Almacenaje secundario - Departamento de Ciencias e Ingeniería de

Sistema de Archivos
Almacenaje Secundario
Módulo 12
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
Modulo 12: Almacenaje secundario
Revisión
Estructura de Disco
Discos Adjuntos
Planificación de Disco
Administración de Disco
Administración del Espacio de Swap
Estructura de RAID
Implementación de Almacenaje Estable
Dispositivos de Almacenaje Terciario
Aspectos de Sistemas Operativos
Rendimiento y Costos
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Objetivos
 Describe la estructura física de los dispositivos de
almacenaje secundario y terciario y el resultado de su
uso
 Explica las características del redimiento de los
dispositivos de almacenaje masivos.
 Discute los servicios del SO provistos por el almacenaje
masivo, incluyendo RAID y HSM
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Estructura de Disco
Los dispositivos de disco son vistos como un arreglo
unidimensional de bloques lógicos, donde el bloque
lógico es la mas pequeña unidad de transferencia.
Ese arreglo de bloques lógicos es mapeado
secuencialmente en sectores del disco.
El sector 0 es el primer sector de la primera pista
sobre el cilindro más externo.
El mapeo procede en orden a través de esa pista,
luego el resto de las pistas en el cilindro, y luego el
resto de los cilindros desde el más externo hasta el
más interno.
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Revisión
 Los discos magnéticos son el núcleo del almacenaje
secundario de las computadoras modernas

Los discos rotan 60 a 200 veces por segundo

El ritmo de transferencia es el ritmo con que los datos
fluyen entre el dispositivo y la computadora.

Tiempo de posicionamiento (tiempo de acceso al
azar) es el tiempo que lleva mover el brazo del disco
hasta el cilindro deseado (tiempo de búsqueda ) y el
tiempo que demora el sector deseado en pasar por
debajo de las cabezas del disco (latencia rotacional)

Un aterrizaje de cabeza tiene lugar cuando las cabezas
del disco hacen contacto con la superficie del disco.
 Esto
es malo
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Revisión
 Los discos pueden ser removibles
 Los discos son asociados a la computadora vía canal de
E/S
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
Los canales varían incluyendo EIDE, ATA, SATA,
USB, Fiber Channel (FC), SCSI

El controlador huésped en la computadora usa el
canal para comunicarse con el controlador del disco
embebido en el mismo disco o en el arreglo de
almacenaje..
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Mecanismo de la Cabeza del Disco
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Revisión
 Cinta Magnética
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
Fue el primer medio de almacenaje secundario masivo

Relativamente permanente y mantiene grandes cantidades de
datos

Bajo tiempo de acceso

El acceso aleatorio es ~1000 veces mas lento que el disco

Principalmente usado para respaldo, almacenaje de datos con
uso poco frecuente, medio de transferencia entre sistemas

Mantenida en el spool y bobinada o rebobinada

Cuando el dato está bajo de la cabeza, el ritmo de transferencia
es comparable al disco

20-200GB de almacenaje típico

Las tecnologías comunes son 4mm, 8mm, 19mm, LTO-2 y SDLT
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4
Almacenaje Adjunto en Red
 El almacenaje adjunto en red (NAS: Network-Attached Storage ) es
un almacenaje disponible sobre la red más que sobre una conexión
local (como un canal)
 NFS y CIFS son protocolos comunes
 Implementados via llamadas a procedimientos remotos (RPCs)
entre el huésped y el almacenaje
 Un nuevo protocolo iSCSI usa IP para transportar el protocolo SCSI
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Almacenamiento en Area de Red (SAN)
 Común en ambientes grandes de almacenamiento
 Múltiples huéspedes adjuntos a múltiples arreglos de
almacenamiento
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Planificación de Disco
El sistema operativo es responsable de usar el hardware
eficientemente — para los dispositivos de disco esto significa
menor tiempo de acceso y mayor ancho de banda del disco.
El tiempo de acceso tiene dos componentes importantes
 Tiempo de búsqueda: es el tiempo que lleva mover las
cabezas al cilindro que contiene el sector deseado.
 Latencia rotacional es el tiempo adicional de espera por la
rotación del disco hasta que el sector deseado está bajo
las cabezas lectoras-escritoras.
Minimizar el tiempo de búsqueda.
Tiempo de búsqueda  distancia a la búsqueda
El ancho de banda del disco es el número total de bytes
transferi-dos, dividido por el total de tiempo entre el primer
requerimiento de servicio y la terminación de la última
transferencia.
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Planificación de Disco (Cont.)
Existen varios algoritmos para planificar el servicio de
los requerimientos de E/S.
Se ilustran los mismos con una cola de requerimientos
(0-199).
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
La cabeza ha resuelto el requerimiento al sector 53
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Primero en Entrar- Primero en Salir FCFS
Fácil de implementar
Equitativo
¿Excesivas búsquedas ?
14
37
53 65 67
98
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
122124
183
Pistas: 45
130
640
638
579
469
361
276
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El Tiempo de Búsqueda mas Corto Primero SSTF
Selecciona el requerimiento con el mínimo tiempo de
búsqueda desde la posicón que que ocupa la cabeza en
ese momento.
La planificación SSTF es una forma de planificación
SJF; puede causar inanición de algunos requerimientos.
Se muestra el mismo ejemplo anterior realizado con el
algoritmo SSTF.
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SSTF
Minimiza tiempo de búsqueda
El tiempo medio depende de la carga
El tiempo de servicio es < cuando la cola es mas larga!
Puede llevar a esperas largas - inequitativo
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
14
37
53 65 67
98
122124
183
FCFS: 640
Pistas: 12
236
177
175
151
67
44
14
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SCAN
El brazo del disco comienza en un extremo del disco y
se mueva hacia el otro extremo, en su recorrido sirve
todos los requerimientos hasta que llega al otro extremo
donde se invierte el movimiento de la cabeza y continua
sirviendo los requerimientos.
Se lo llama, también algoritmo del ascensor.
Se muestra el mismo ejemplo anterior implementando
este algoritmo.
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SCAN (Cont.)
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
14
37
53 65 67
98
122124
183
FCFS: 640
SSTF: 236
118
39
16
236
Pistas: 177
151
120
175
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LOOK
Versión de SCAN
El brazo va tan lejos en cada dirección
como el último requerimiento.
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
14
37
53 65 67
98
122124
183
FCFS: 640
SSTF: 236
208
149
147
123
92
90
39
Pistas: 16
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C-SCAN (Circular SCAN)
Provee un tiempo de espera mas uniforme que el
SCAN.
La cabeza se mueve de un extremo a otro del disco
sirviendo los requerimientos en el camino. Cuando
alcanza el otro extremo inmediatamente retorna al
comienzo del disco sin servir ningún requerimiento en
ese viaje de retorno.
Trata los cilindros como una lista circular que salta
desde el último cilindro al primero o viceversa, según
sea la convención.
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C-SCAN
FCFS: 640
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
SSTF: 236
Pistas: 160
69
45
14
183
12
130
71
14
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37
53 65 67
98
122124
183
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10
C-LOOK
Versión del C-SCAN
El brazo solo va tan lejos como el último requerimiento
en cada dirección, luego invierte la dirección
inmediatamente, sin retornar al extremo del disco sino
hasta el último requerimiento en esa dirección.
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C-LOOK (Cont.)
FCFS: 640
Cola = 98, 183, 37,
122, 14, 124,65, 67
SSTF: 236
Pistas: 130
69
45
14
153
12
71
14
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37
53 65 67
98
122124
183
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Selección de un Algoritmo de Planificación de
Disco
SSTF es común y tiene una atracción natural.
SCAN y C-SCAN se desempeñan mejor para sistemas
que tienen carga pesada sobre el disco.
El desempeño depende del número y tipos de requerimientos.
El servicio de los requerimientos al disco pueden ser
influenciado por el método de alocación de archivos.
El algoritmo de planificación de disco debe ser escrito
como un módulo separado del sistema operativo,
permitiéndose ser reemplazado por otros algoritmo si
es necesario.
Tanto SSTF o LOOK es una elección razonable como
algoritmo por defecto.
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Administración de Disco
Formato en bajo nivel, o formato físico — Divide un
disco en sectores que el controlador de disco puede leer
y escribir.
El uso de un disco es para contener archivos, el sistema
operativo necesita registrar sus propias estructuras de
datos en el disco.
Partición de un disco en uno o varios grupos de
cilindros.
Formato lógico o ―hacer un sistema de archivos‖ .
Boot block inicializa el sistema.
El bootstrap está almacenado en ROM.
Programa cargador bootstrap .
Métodos para administrar los bloques malos.
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12
Manejo de Espacio de Swapping
Espacio de Swap — la memoria virtual usa el espacio de
disco como una extensión de la memoria principal.
El espacio de swap puede ser extraído del sistema de
archivos normal , es más, comunmente, puede estar en una
partición separada de disco.
Manejo del espacio de Swap
4.3BSD aloca el espacio de swap cuando el proceso
comienza; reserva el segmento de texto (el programa) y el
segmento de datos.
EL kernel usa mapas de swap para controlar el uso del
espacio de swap.
Solaris 2 aloca el espacio de swap solo cuando la página
es forzada fuera de la memoria física, no cuando la página
de memoria virtual es creada.
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Estructura RAID
RAID – múltiples discos proveen confiabilidad via
redundancia.
RAID es establecido en seis niveles diferentes.
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13
RAID (cont)
Varias mejoras en las técnicas de uso del disco
involucran el uso de varios discos trabajando
cooperativamente.
La división de discos (striping) usa un grupo de discos
como una unidad de almacenaje.
Los esquemas RAID mejoran la confiabilidad y el
rendimiento almacenando datos redundantes.
Espejado o sombra mantiene duplicados de cada
disco.
Paridad en bloques entrelazados usa mucha menos
redundancia.
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Niveles RAID
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14
Implementación de Almacenaje Estable
Los esquemas de bitácora de escritura adelantada
requiere almacenaje estable.
Para implementar el almacenaje estable:
Replicar información sobre más de un medio de
almacenaje no volátil con modo de fallas
independientes.
Actualizar información de manera controlada para
asegurar que se puede recuperar el dato estable
luego de una falla durante la transferencia o
recuperación.
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Dispositivos de Almacenajes Terciarios
Bajo costo es la característica definida de los
almacenajes terciarios.
Generalmente, el almacenaje terciario es establecido
sobre medios removibles.
Ejemplos comunes son: floppy disks, CD-ROMs, DVD,
pen drives.
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Cintas
Comparada al disco, una cinta es menos costosa y almacena mas
datos, pero el acceso aleatorio es mucho mas lento.
La cinta es un medio económico para propósitos que no requieren
acceso aleatorio rápido, p.e., copias de backup de datos de disco,
pues mantienen gigantescos volúmenes de datos.
Las grandes instalaciones usan cambiadores robóticos de cintas
que mueven cintas entre dispositivos y las almacena en estantes de
una librería de cintas.

stacker – librería que mantiene varias cintas

silo – librería mantiene miles de cintas
A disk-resident file can be archived to tape for low cost storage; the
computer can stage it back into disk storage for active use.
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Aspectos del Sistema Operativo
Una de las mayores tareas son administrar los
dispositivos físicos y presentar una abstracción de
máquina virtual para las aplicaciones.
Para los discos duros, el SO provee dos
abstracciones:
Dispositivos crudos – un arreglo de bloques de
datos.
Sistemas de Archivos – el SO encola y planifica los
requerimientos entrelazados de varias
aplicaciones.
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16
Precio por Megabyte de DRAM, desde 1981 a 2008
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Precio por Megabyte de Disco, desde 1981 a 2008
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17
Precio por Megabyte de Cintas, desde 1984 a 2008
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Fin
Módulo 12
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
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