Blokkos eszközök. RAM lemezek

Átírás

1 Input és Output 1

2 RAM lemezek Blokkos eszközök Memória egy részének lefoglalása Lemezhez hasonló használat Nem állandó jellegű tárolás, de rendkívül gyors elérés Hasznos telepítésnél 2

3 Blokkos eszközök Lemezek RAID 3

4 Lemezek Logikai felépítés: blokkok egy dimenziós tömbje Fizikai felépítés: 4

5 Lemezkezelés Lemez hozzáférések sorrendje nagyon fontos Nagy a sebesség különbség a memória és a lemez között Az átviteli sebesség nagyban függ A kérések sorrendjétől -> lemezfej ütemező Az adatok elhelyezésétől a lemezen -> file rendszer A lemezfej ütemezőnek ismernie kell a lemez geometriáját 5

6 Lemez geometria Fizikai geometria Virtuális geometria A lemez konstans sebességgel forog. Belső zónák rövidebbek, a fej lassabban mozog felettük. Külső zónák nagyobb területűek, több adatot képesek tárolni. 6

7 Merevlemez művelet A merevlemez egy mozgó eszköz: pontosan kell pozicionálni az olvasáshoz Egy lemez műveletet befolyásol Várakozási idő: a processzus várakozik az eszközre, hogy hozzáférjen Hozzááférési idő: a lemez fej pozicionálás Transzfer idő: szektorok olvasása/írása a fej alatt 7

8 Alacsony formátum Egy szektor beolvasása után az adatot át kell adni az operációs rendszernek. Ez sajnos időt vesz el és amikor a következő kérés bejön elmulasztja a szektort. No interleaving Interleaving Dupla interleaving 8

9 Alacsony formátum Modern eszközök nem használják az interleaving technikát, inkább beolvassák az egész track-et az eszközvezérlő cache-ébe 9

10 Lemezfej ütemező Egy blokk olvasásának, írásának idejét 3 tényező befolyásolja Keresési idő (domináns): T S A fej mozgatása a megfelelő pályára Forgatási késleltetés Forgási sebesség: r rpm, egy fordulat 6 ms, átlagos késleltetés 3 ms Aktuális transzfer idő b byte, N byte per sáv T = b r N 10

11 Lemezfej ütemező Egy lemezhez több I/O kérés is befuthat A kérések véletlenszerű feldolgozása nagyon rossz hatékonysághoz vezet 11

12 FIFO, First-In-First-Out ütemező Ahogy bejönnek a kérések úgy dolgozzuk fel Fair, igazságos (nincs éheztetés) Hosszú válaszidő, kis sávszélesség Néhány processzusig jó Sok processzus esetén a random felé tart 12

13 FIFO Fej mozgása: 640 cylinder 13

14 SSTF, Shortest Seek Time First Az aktuális pozícióból kiindulva a legkevesebb fej mozgatást igénylő kérést szolgálja ki 14

15 SSTF Fej mozgása: 236 cylinder 15

16 Elevator, lift algoritmus (SCAN) Pásztázó algoritmus A fej a lemez egyik végétől a másikig halad Az útba eső kéréseket szolgálja ki Sávszélesség nagy, nincs kiéheztetés 16

17 SCAN Fej mozgása: 208 cylinder 17

18 Olyan mint a SCAN, de C-SCAN Ahogy a fej az egyik irányba mozog kicsolgálja a kéréseket Ha elér a lemez végére, azonnal az elejére ugrik a fej 18

19 C-SCAN 19

20 Egyéb trükkök Kiszolgálási idő csökkentése Az összetartozó adatok legyenek egymás mellett A leggyakrabban használt adatok legyenek a lemez közepén Tároljuk a leggyakoribb adatokat többször Olvassunk, írjunk egyszerre több blokkot Adattömörítés 20

21 RAID SLED: Single Large Expensive Disk Redundant Array of Inexpensive Disks Olcsó lemezek redundáns tömbje Általában hardware-ben van implementálva Software RAID egyre gyakoribb a modern operációs rendszerekben Lemezek tönkremenetele elleni védelem, redundancia Egy virtuális lemez jön létre, nem kell új interface 21

22 RAID 0 Diszkeket fűzünk össze Logikai blokkokat felváltva osztjuk ki Párhuzamos I/O műveletek, gyorsabb Nagyobb teljesítmény Nincs redundancia Adatvesztés nő Blokknál nagyobb egység (strip) 22

23 RAID, virtuális lemez 23

24 RAID 1 Lemez tükrözés Minden adatot két független lemezen tárolunk Fele tárolókapacitás Adatvesztés esélye csökken Egyszerű, de drága 24

25 RAID 0+1,

26 RAID 2, 3 RAID 2 Redundancia Hamming kódolással Memóriához hasonló RAID 3 26

27 RAID 4 RAID 0-t kiegészítjük egy paritás lemezzel Egy lemez kiesése esetén a paritás lemez és a többi lemez segítségével helyreállítható az adat 27

28 Előnyök: RAID 4 Viszonylag olcsó Egy blokk olvasásához egy lemez kell Független olvasások, párhuzamosítás Hátrányok Az írás nem párhuzamosítható A paritás lemezt minden írás használja A lemezek igénybevétele nem egyforma 28

29 RAID 5 RAID 4 javítása A paritás blokkot az adatok közé keverjük A lemezek igénybevétele egyforma 29

30 RAID 6 Több paritás blokk, több lemezen 30

31 RAID Magas megbízhatóság: 1, 5, 0+1, 1+0 Nagy teljesítmény: 0, 1, 0+1, 1+0 Alacsony költség: 0, 5 Bármelyik kettőt teljesíthetjük 31

32 Egyszerűbb szerkezet Egyszerűbb vezérlő Hajlékony lemez Operációs rendszernek több a munkája Nem használnak lemezfej ütemezőt Szigorúan egymás után fogadják és szolgálják ki a kéréseket Cserélhetők (merev lemezzel ellentétben) 32

33 Hajlékony lemez Többféle lemezformátum van 5.25 hüvelykes lemez 360 Kbyte -1.2 MB 3.5 hüvelykes lemez 360 Kbyte MB Formátum meghatározás Magasabb számozású szektorok és pályavonalak olvasása (kizárásos alapon) Probléma lehet a hibás szektor 33

34 Hibakezelés Hibák Programozói hiba Nem létező szektor kérése Hibajavító kód átmeneti hibája Olvasófejen porszem van Hibajavító kód tartós hibája Lemez blokkja fizikailag káros Keresési hiba A 6. Cilinderhez küldött fej a 7. Cilinderhez mozdul Vezérlő hiba Vezérlő elutasítja a parancsok elfogadását 34

35 Programozói hiba A vezérlők ellenőrzik a paramétereket Elvileg nem kellene előfordulnia Ebben az esetben a legtöbb amit tehetünk, pillanatnyi lemezkérés hibát jelezni Reméljük hogy nem fog túl sokszor előfordulni 35

36 Időleges Porszemek Hibajavító kód hibája Ha hiba nem szűnik meg, hibás blokk Kerülni kell a használatát Állomány mely tartalmazza a hibás blokkokat Foglalásnál már nem próbálkozunk többet Olvasás még mindig problémás lehet Biztonsági mentésnél»ne sávonként mentsünk»állományonkénti olvasás biztonságosabb 36

37 Hibajavító kód hibája Hibás szektor Egy üres szektor használata Szektorok eltolása 37

38 Keresési hiba Általában mechanikus hiba Általában a vezérlő javítja a hibát Beállítja a hiba bitet Megpróbálja újra kalibrálni az eszközt Ha nem oldja meg a problémát, javítani kell az eszközt 38

39 Vezérlési hiba A vezérlő egy önálló kis számítógép Váratlan események Végtelen vezérlő ciklus Elveszít egy pályavonalat A legrosszabb esetre egy speciális áramkör Arra utasítja a vezérlőt, hogy mindent felejtsen el és újra állítsa be magát 39

40 Terminálok Régebben a számítógéppel terminálokon keresztül kommunikáltak a felhasználók Képernyő + billentyűzet + vezeték Csoportosítás Tárcímleképzéses csatoló Elektronikailag a számítógép része RS-232 szabványt használó, soros vonallal kapcsolódik Hálózati csatolón keresztül kommunikál 40

41 Tárcímleképzéses terminál 41

42 Tárcímleképzéses terminál A legegyszerűbb képernyő üzemmód Karakteres 25 x 80 1 byte -ASCII karakter 1 byte -karakter attribútuma 4000 byte Video memória Grafikus Pixel alapú 42

43 Tárcímleképzéses terminál A billentyűzet teljesen elvált Soros vagy párhuzamos vonalon kommunikál Minden billentyű leütéskor a CPU-hoz egy megszakítés érkezik Az I/Okapu kiolvasásával kapjuk meg a leütött karaktert 43

44 Egy olyan eszköz, mely RS-232 terminálok billentyűzetből és megjelenítőből áll soros vonalon bitenként kommunikál Csatlakozó 9 vagy 25 tűs Bitenként kell elküldeni a karaktereket Stop bit Start bit Paritás bit 44

45 Hálózati terminálok X Window System 45

46 Órajel megszakítás Az op. rsz. beállíthatja Programozható órák CPU felé (megszakítás) Impulzusok Számláló mely minden Impulzusnál csökken Zérus esetén, megszakítés és újratöltés Programozható kezdeti érték 46

47 Real-Time Clock (RTC) CPU-tól független CPU Cycle Counter Órák Linux alatt Idő múlásának nyilvántartása (gettimeofday) Időmérés Kernel Clock megszakítást generál fix intervallumokban 47

48 Idő karbantartása Óra szoftver Processzus csak a megadott ideig fusson CPU kihasználtság nyilvántartása alarm() rendszerhívás kezelése Watchdog időzítők Profilozás, statisztika 48

49 Alarm Több időzítő szimulálása egy órával Időzítés: 4203, 4207, 4213, 4215, 4216 Minden órajel csökkenti a Next signal számlálót Ha zérus lesz Elküldi a jelzést A lista elejéről betölti a következő számláló értéket 49

50 Unix 1970 jan 1 -től Windows 1980 jan 1 -től Idő karbantartása 50

51 Power management Energia egyre inkább probléma a hadrware tervezők számára Hosszú élettartamú akkumulátorok mobil eszközökhöz Hő kezelése Operációs rendszer tudja mi történik a gépen Jelentős szerep az energiakezelésben Kikapcsolhat egységeket Csökkentheti a teljesítményt (energia takarékosság) 51

52 Fogyasztási statisztika 52

53 Lemeznél Power management Időbe telik a leállítás és a felpörgetés Segít Bufferelés, RAM lemez Képernyőnél mely rész háttérvilágítását lehet lekapcsolni 53

54 Power management CPU alvó állapotba helyezhető Megszakítás ébreszti (a) a CPU teljes sebességen fut (b) a CPU fele sebességen fut Negyes akkor fogyasztás 54

55 ACPI Advanced Configuration and Power Interface Intel, Microsoft, Toshiba fejlesztette Definiál Hardware regisztereket Szilikonban implementálva BIOS interface Rendszer és eszköz állapotokat ACPI Thermal model 55

56 ACPI 56