Memoria secondaria. Struttura del disco. Scheduling del disco. Gestione dell unità a disco. Affidabilità dei dischi: RAID

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1 Memoria secondaria Struttura del disco Scheduling del disco Gestione dell unità a disco Affidabilità dei dischi: RAID Sistemi Operativi 13.1 Struttura del disco I dischi vengono indirizzati come grandi array monodimensionali di blocchi logici, dove per blocco logicosi intende la minima unità di trasferimento. L array di blocchi logici viene mappato sequenzialmente nei settori del disco. Il settore 0 è il primo settore della prima traccia del cilindro più esterno. La corrispondenza prosegue ordinatamente lungo la prima traccia, quindi lungo le rimanenti tracce del primo cilindro, e così via di cilindro in cilindro dall esterno verso l interno. Sistemi Operativi

2 Scheduling del disco Il sistema operativo è responsabile dell uso efficiente dell hardware. Per i dischi questo significa garantire tempi di accesso contenuti e ampiezze di banda maggiori. Il tempo di accesso ha due componenti principali: Tempo di seek è il tempo impiegato per spostare le testine al cilindro che contiene il settore desiderato. Latenza di rotazione è l ulteriore tempo necessario per attendere che il disco ruoti fino a portare il settore desiderato sotto alla testina. Per migliorare le prestazioni si può intervenire solo sul tempo di seek, e si cerca quindi di minimizzarlo. Seek time distanza di spostamento La larghezza di banda del disco è il numero totale di byte trasferiti, diviso per il tempo trascorsofra la prima richiesta del servizio e il completamento dell ultimo trasferimento. Sistemi Operativi 13.3 Scheduling FCFS FCFS (First Come First Served): si ha un movimentototale di 640 cilindri. Sistemi Operativi

3 Scheduling SSTF Seleziona la richiesta con il minor tempo di seek a partire dalla posizoine corrente. SSTF è una forma di SJF; può causare l attesa indefinita per qualche richiesta. Si ha un movimento totale di 236 cilindri. Sistemi Operativi 13.5 Scheduling SCAN Il braccio della testina parte da un estremo del disco, e si sposta all altro estremo, servendo sequenzialmentele richiestefino all arrivo all altro estremo dove invertel ordine di servizio. E chiamato anche algoritmo dell ascensore. Si ha un movimento totale di 208 cilindri. Sistemi Operativi

4 Scheduling C SCAN Si ha un tempo di attesa più uniforme rispetto a SCAN. La testina si muove da un estremo del disco all altro. Quando raggiunge la fine ritorna subito all inizio del disco e riparte. Considera i cilindri come una listacircolare. Sistemi Operativi 13.7 Scheduling C LOOK Versione ottimizzata di C-SCAN Il braccio arrivafino all ultima richiestain una direzione e poi inverte la direzione senza arrivare al termine del disco. Sistemi Operativi

5 Scelta di un algoritmo di scheduling SSTF è comune ed ha un comportamento naturale. SCAN e C-SCAN hanno migliori prestazioni per sistemi con un grosso carico di lavoro per il disco (minor probabilità di blocco indefinito). Le prestazioni dipendono dal numero e dal tipo di richieste. Le richieste di servizio al disco possono essere influenzate dal metodo di allocazionedei file. L algoritmo di scheduling del disco dovrebbe essere scrittocome un modulo separato del SO, permettendo di rimpiazzarlo con un algoritmo diverso. Sia SSTF che LOOK sono scelte ragionevoli per un algoritmo di default. Sistemi Operativi 13.9 Gestione del disco Formattazione di basso livello, o formattazione fisica Si divide il disco in settori che possono essere letti e scritti dal controllore del disco. Per poter impiegare un disco per memorizzare i file, il sistema operativo deve comunque tenere le proprie strutture dati sul disco. Si partiziona il disco in uno o più gruppi di cilindri. Formattazione logica o creazione di un file system. Il blocco di boot inizializza il sistema. Il bootstrap è memorizzato in ROM oppure In ROM c è un programma bootstrap loader che carica da disco il programma d avvio completo. Si impiegano metodi come l accantonamento di settori per gestire blocchi difettosi. Sistemi Operativi

6 Affidabilità dei dischi Miglioramento delle prestazioni dei dischi: implica l impiego di dischi multipli cooperanti. Il sezionamento del disco tratta gruppi di dischi come una singola unità di memorizzazione. Ogni blocco di dati è suddiviso in diversi sotto-blocchi memorizzati in dischi distinti (es. 1 byte diviso in 8 bit) Lo schema RAID (Redundant Array of Independent Disks) migliora le prestazioni e l affidabilità memorizzando dati ridondanti. Miglioramento dell affidabilità tramite ridondanza (Mirroring o shadowing: mantengono dei duplicati di ciascun disco) Migliori prestazioni tramite parallelismo Sistemi Operativi RAID Forniscono ridondanza usando il sezionamento combinato con i bit di parità Diversi Livelli RAID realizzano il compromesso fra costi e prestazioni (Dal livello 0 al 6) Sistemi Operativi

7 RAID 0 (non-redundant) Sezionamento a livello di blocchi, senza ridondanza Sistemi Operativi

8 RAID 1 (mirrored) Sezionamento a livello di blocchi, con ridondanza RAID 2 (redundancy through Hamming code) Sezionamento dei dati a più vie, con fette molto piccole (byte), ed uso di tre bit di correzione memorizzati nei 3 dischi supplementari 8

9 RAID 3 (bit-interleaved parity) Sezionamento dei dati a più vie ed uso di un solo bit di parità memorizzato nel disco supplementare Prestazioni: alti tassi di trasferimento dati, grazie al sezionamento Comunque una sola richiesta di I/O alla volta è eseguibile Sistemi Operativi RAID 4 (block-level parity) Sezionamento a livello dei blocchi, con blocco di parità relativo ai blocchi di più dischi memorizzato in un disco supplementare Prestazioni: la lettura di un blocco coinvolge un solo disco, dunque migliora il parallelismo per operazioni di lettura, con alti tassi di trasferimento Sistemi Operativi

10 RAID 5 (block-level distributed parity) Dati e informazioni di parità sono distribuite fra i vari dischi Sistemi Operativi Migliora l affidabilità RAID 6 (dual redundancy) Memorizza oltre alla parità anche ulteriori codici per la correzione di errori Sistemi Operativi