La memoria secondaria

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1 La memoria secondaria E di solito un disco rigido che contiene dati e programmi in modo permanente (può essere anche un cd-rom, floppy disk, etc). Tempi di accesso: Floppy: O(100) ms Hard disk: O(10) ms Programmi e dati risiedono sul disco rigido e vengono caricati nella RAM quando è necessario per poi tornarvi aggiornati se e quando necessario.

2 La memoria secondaria - 2

3 La memoria secondaria traccia testina settore cilindro piatto braccio rotazione

4 La memoria secondaria - 3 Tempo di accesso a un settore: SEEK+LATENCY+TRANSMISSION SEEK = ricerca della traccia LATENCY = ricerca del settore da trasferire TRANSMISSION = trasmissione del settore

5 La memoria secondaria - 4 Esempio Accesso ad un settore di 0.5 Kb per un disco che abbia SEEK Velocità di rotazione TRANSMISSION = 9ms = 7200 rpm = 4 Mb/s *60/ /4000 = 13.3 ms

6 Prestazioni e affidabilità dei dischi le prestazioni (velocità) di un singolo disco sono limitate dalla tecnologia usata, - per aumentare le prestazioni si può pensare di far operare in parallelo più dischi: - per servire in parallelo più richieste, - per servire in parallelo una singola richiesta (se i dati sono distribuiti su più dischi); anche l affidabilità dei dischi è limitata, - avendo un numero elevato di dischi poco costosi, si può anche aumentare la affidabilità, introducendo ridondanza (per rilevare eventuali errori, ma anche per correggerli).

7 RAID

8 Sistemi RAID Redundant Array of Inexpensive Disks è uno standard per memorizzare dati su più dischi: 1. un insieme di dischi fisici viene visto dal SO come un disco logico unico (meno costoso, più affidabile) 2. i dati sono distribuiti su più dischi fisici, 3. si sfrutta l abbondanza di capacità per memorizzare informazioni di ridondanza (parità) che consentono di recuperare i dati in caso di guasto; lo standard RAID prevede 7 livelli diversi (da 0 a 6), che non indicano relazioni gerarchiche, ma organizzazioni diverse con diverse funzionalità;

9 RAID 0 (non ridondante) inteso solo a migliorare le prestazioni a basso costo, usa la tecnica di disk striping: i dati di ciascun file sono suddivisi in strip (strisce: che potrebbero essere settori o blocchi), strip consecutivi sono collocati, a rotazione, su dischi diversi, una richiesta di I/O è gestita accedendo in parallelo ai diversi strip collocati su dischi diversi:

10 RAID 0 (prestazioni) per applicazioni che richiedono alte velocità di trasferimento: - serve un system bus veloce, - conviene avere strip di dimensioni inferiori alle richieste, per gestire queste ultime in parallelo su più dischi; per applicazioni che richiedono tempi di risposta brevi, ovvero con una elevata frequenza delle richieste (sistemi interattivi transazionali): - le richieste sono tipicamente numerose, - ciascuna richiesta riguarda pochi dati, per cui i tempi di I/O sono sono dominati dai tempi di seek e di rotazione, - conviene avere strip di dimensioni superiori alle richieste, così ciascuna richiesta è soddisfatta da un singolo disco.

11 RAID 1 (mirroring) la ridondanza consiste nella duplicazione dei dati (mirroring), le operazioni di lettura di uno strip vengono effettuate su uno qualsiasi dei due dischi che lo contengono, le operazioni di scrittura di uno strip vengono effettuate in parallelo sui due dischi (va aggiornata anche la copia) e quindi alla velocità del più lento dei due (con seek time maggiore).

12 RAID 1 (prestazioni) in caso di guasto di un disco l esecuzione del processo può continuare usando la copia: - è una forma di backup fatta in tempo reale, - raddoppia il costo, se le richieste sono in maggioranza di lettura, presenta anche vantaggi rispetto al RAID 0: - la velocità di trasferimento può raddoppiare, perché le operazioni di lettura possono coinvolgere, in parallelo, un disco e (altri strip del) la sua copia, - la frequenza delle richieste può raddoppiare, perché c è il doppio di dischi disponibili per gli accessi; se le richieste sono di scrittura, le prestazioni sono le stesse del RAID 0.

13 RAID 3 (bit di parità) la dimensione degli strip è piccola (byte o word), l accesso parallelo ai dischi è sincronizzato (le testine di tutti i dischi si trovano nella stessa posizione), vi è un disco in più, che contiene solo i bit di parità calcolati sui bit nella medesima posizione di tutti gli altri dischi: se un disco va fuori uso, il suo contenuto può essere ricostruito a partire dagli altri dischi.

14 La memoria ROM ROM (memoria di sola lettura read only memory) La ROM contiene le informazioni necessarie all avvio del computer e conserva questi dati anche quando il computer viene spento (BIOS) PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) FLASH (si cancella per blocchi non per byte come EEPROM)

15 La scheda madre La CPU, la memoria primaria e secondaria e le altre periferiche sono interconnesse mediante un insieme di linee elettriche che formano un bus I dati transitano lungo il bus, dalla memoria e dai dispositivi periferici verso la CPU e viceversa La scheda madre contiene il bus e gli alloggiamenti per la CPU, la memoria primaria e secondaria e la schede per il controllo delle periferiche

16 Diagramma a cipolla

17 Sistema operativo (SO) Il calcolatore elabora informazioni codificate in sequenza di bit I dispositivi si interfacciano con il calcolatore tramite complessi protocolli di comunicazione Il sistema operativo astrae questa complessità facilitando l uso e la gestione del calcolatore 1. Interfaccia (astrazione dei dispositivi) 2. Multitasking - gestione dei processi 3. Gestione degli accessi e dei privilegi 4. Gestione delle risorse memoria/memoria virtuale

18 Ruoli del sistema operativo: 1) Interfaccia Astrazione dei dispositivi (driver): consente che programmi e utenti interagiscano con i dispositivi in modo naturale Es. 1: accedere al disco tramite file e non dovendo specificare le coordinate (cil, trk, sec) Es. 2: ottenere le coordinate del puntatore del mouse e non gli spostamenti dall ultimo aggiornamento Permette all utente di organizzare le informazioni (file, cartelle) in maniera naturalele

19 Ruoli del sistema operativo 2) Multitasking Gestione dei processi Numerosi processi attivi nello stesso istante (come se fossero in parallelo) Politica di time-sharing, in cui il tempo è diviso in slot ed il SO assegna ogni slot ad un processo

20 Ruoli del sistema operativo 2) Multitasking Il SO divide il tempo di calcolo disponibile in tanti slot che vengono assegnati a turno ai vari processi attivi. Controllo tramite priorità e interruzioni assegna l accesso alle risorse di calcolo per un certo tempo (slot temporale) al processo Giochi SO Processi attivi Giochi Matematica Internet il processo cui è assegnato lo slot accede alla CPU e porta avanti il suo compito CPU

21 Ruoli del sistema operativo 2) Multitasking Il SO divide il tempo di calcolo disponibile in tanti slot che vengono assegnati a turno ai vari processi attivi. Controllo tramite priorità e interruzioni Finito il tempo concesso, il SO interrompe il processo Giochi, e lo passa al processo Internet, secondo nella scala di priorità SO Processi attivi Giochi Matematica Internet CPU

22 Ruoli del sistema operativo 2) Multitasking Il SO divide il tempo di calcolo disponibile in tanti slot che vengono assegnati a turno ai vari processi attivi. Controllo tramite priorità e interruzioni Ora toccherebbe al processo Matematica, ma una interruzione dal processo Giochi che ha priorità più alta, fa cambiare l ordine al SO SO Processi attivi Giochi Matematica Internet CPU

23 Ruoli del sistema operativo 2) Multitasking Il SO divide il tempo di calcolo disponibile in tanti slot che vengono assegnati a turno ai vari processi attivi. Controllo tramite priorità e interruzioni Una volta gestita l interruzione, e assegnato al processo a più alta priorità uno slot ulteriore, è il turno del processo Matematica SO Processi attivi Giochi Matematica Internet CPU

24 Ruoli del sistema operativo 3) Gestione dei privilegi Modalità supervisore: accesso a istruzioni privilegiate di gestione del sistema Modalità utente accesso proibito alle istruzioni provilegiate

25 Ruoli del sistema operativo 4) Gestione delle risorse Memoria centrale Partizionamento in pagine della stessa lunghezza Gestione dello swap (memoria virtuale) Se la RAM non è sufficiente per i processi attivi, il SO organizza l ultilizzo di parte della memoria di massa come se fosse RAM aggiuntiva: prestazioni inferiori costo inferiore memoria dinamica (aumenta o diminuisce a seconda delle necessità)