bài giảng Khối lưu trữ hệ thống

Khối lưu trũ hệ thống
Tổng quan về khối cấu trúc lưu trữ bộ nhớ (Overview of Mass
Storage Structure)
Cấu trúc Đĩa (Disk Structure)
Phiếu đính kèm Đĩa (Disk Attachment)
Sự Lập lịch Đĩa (Disk Scheduling)
Quản lý Đĩa (Disk Management)
Quản lý Không gian Tráo đổi(Swap-Space Management)
Cấu trúc hệ thống đĩa dự phòng (RAID Structure)
Phiếu đính kèm Đĩa (Disk Attachment)
Sự Thi hành lưu trữ ổn định (Stable-Storage Implementation)
Những thiết bị lưu trữ cấp ba (Tertiary Storage Devices)
Những vấn đề về hệ điều hành (Operating System Issues)
Những vấn đề thực thi (Performance Issues)

Đối tượng
•
Mô tả cấu trúc vật lý của thiết bị lưu trữ
cấp 2 và 3 và kết quả tác động của nó
•
Giải thích những đặc trưng sử dụng của
khối thiết bị lưu trữ
•
Thảo luận về hệ điều hành phục vụ cho
khối lưu trữ bao gồm: hệ thống đĩa dự
phòng (RAID) và HSM

Tổng quan về khối cấu trúc lưu
trữ bộ nhớ (Overview of Mass
Storage Structure)

•
Phần lớn, đĩa từ là thiết bị lưu trữ thứ cấp của
máy tính hiện đại
•
Đĩa quay từ 60 tới 200 vòng trên giây
•
Tốc độ truyền là tốc độ mà dữ liệu di chuyển
giữa dĩa và máy tính
•
Định vị thời gian (random-access time) là
thời gian di chuyển cánh tay đĩa tới trụ từ mong
muốn (seek time) và thời gian cho cung từ
mong muốn quay dưới đầu đọc (rotational
latency:sự tiềm ẩn vòng quay))

•
Rơi đầu từ là kết quả của sự va chạm
đầu từ với bề mặt đĩa. Đó là hổng
•
Đĩa có thể di chuyển được
•
Đĩa được gắn kết với máy tính qua cổng
vào/ra
•
Busses vary bao gồm EIDE, ATA, SATA,
USB, Fibre Channel , SCSI
•
Bộ điều khiển chủ trong máy tính sử dụng
bus để điều chỉnh bộ điều khiển đĩa được
xây dựng trong đĩa hay mảng lưu trữ

Cơ chế Chuyển động của đầu từ
Đĩa

•
Băng từ:
•
Là phương tiện lưu trữ thứ cấp
•
Lưu trữ lượng dữ liệu lớn và tương đối
bền
•
Thời gian truy cập chậm
•
Truy nhập ngẫu nhiên chậm hơn đĩa vào
khoảng 1000 lần
•
Chủ yếu được sử dụng cho việc sao lưu,
lưu trữ dữ liệu ít khi được sử dụng,
phương tiện truyền giữa các hệ thống

•
Tồn tại dưới dạng ống truy cập bằng cách
tua tới hoặc tua lại dưới đầu đọc
•
Một lần dữ liệu được đọc, tốc độ truyền
có thể so sánh với đĩa
•
Khả năng lưu trữ tiêu biểu 20-200 GB
•

Nhưng thông số kỹ thuật phổ biến là
4mm, 8mm, 19mm, LTO-2 and SDLT

Cấu trúc Đĩa
•
Ổ đĩa được xem như một mảng lớn những khối
logic, ở đó khối logic là đơn vị truyền nhỏ nhất
•
Một mảng lớn những khối lôgic được ánh xạ tới
những cung từ đĩa tuần tự
•
Cung từ 0 là cung từ đầu tiên của rãnh từ đầu
tiên trên từ trụ ở ngoài cùng.
•
Ánh xạ thực hiện thông qua rãnh đó, rồi đến các
rãnh còn lại trên từ trụ và đi từ ngoài cùng vào
trong cùng thông qua phần còn lại của từ trụ

Phiếu đính kèm Đĩa
•
Sự lưu trữ được kết nối với máy chủ truy
cập qua những cỗng vào/ ra (I/O ports)
xuyên qua bus vào/ra
•
Chuẩn ghép nối SCSI thực chất là bus có
trên 16 thiết bị trên một cáp, chuẩn ghép
nối người khỡi xướng SCSI yêu cầu hoạt
động và chuẩn ghép nối mục tiêu SCSI
thi hành nhiệm vụ

•
Mỗi mục tiêu có thể có tới 8 bộ lôgic (đĩa
gắn với mạch điều khiển thiết bị)
•
FC là cấu trúc tuần tự cao tốc
•
Có thể là cơ cấu chuyển mạch Với 24 bit
vùng địa chỉ trống- cơ sở của mạng lưu trữ
khu vực (SANs) trong nhiều máy chủ tham
gia tới nhiều đơn vị lưu trữ
•
Có thể được xử lý vòng tròn(FC- AL) qua
126 thiết bị

Mạng gắn kết lưu trữ(NAS)
•
Mạng gắn kết lưu trữ (NAS) lưu trữ qua mạng
là tốt hơn qua kết nối địa phương(như BUS)
•
NFS và hệ tập tin internet chung(CIFS) là một
giao thức phổ biến
•
Thi hành qua lời gọi thủ tục từ xa (RPCs)
giữa máy chủ và nơi lưu trữ
•
Giao thức iSCSI Mới sử dụng IP mạng để
chứ đựng giao thức SCSI


Mạng khu vực lưu trữ

•
Phổ biến trong môi trường lưu trữ lớn (và ngày
càng trở nên phổ biến hơn)
•
Nhiều máy chủ gắn với nhiều mảng lưu trữ linh
động

sự lập danh mục đĩa
•
Hệ điều hành chiụ trách nhiệm về việc sử
dụng phần cứng có hiệu quả- cho ổ đĩa,
những phương tiện này có thời gian truy
cập nhanh và độ rộng dải tần đĩa.
•
Thời gian truy cập có hai thành phần cơ
bản
•
Thời gian(Seek time) tìm kiếm là thời
gian di chuyển đầu đọc tới vùng mặt đĩa
có từ trụ chứa những cung từ mong muốn

•
Góc trễ vòng quay(Rotational latency)
là thơì gian được cộng thêm cho việc đĩa
quay những cung từ mong muốn dưới đầu
đĩa.
•
Cực tiểu hóa thời gian tìm kiếm
•
Thời gian tìm kiếm tương đồng với

khoảng cách tìm kiếm
•
Độ rộng dãi tần đĩa là tổng số lượng byte
truyền, được phân biệt bởi tổng thời gian
giữa lần yêu cầu thực nhiệm vụ đầu tiên
và sự kết thúc truyền dữ liệu

•
Những giải thuật riêng biệt thoát khỏi
chương trình phục vụ yêu cầu (vào/ra )
của đĩa.
•
Chúng ta minh họa chúng với một hàng
yêu cầu (0-199).
•
98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
•
Con trỏ Đầu 53

FCFS
•
Minh họa Sự chuyển động toàn bộ đầu từ của
640 từ trụ.
•
Lựa chọn yêu cầu với việc cực tiểu hóa thời gian
tìm kiếm từ con trỏ đầu

•
Sự lập chương trình SSTF là một dạng của sự
lập chương trình SJF, có thể gây ra tình trạng

thiếu một số yêu cầu.
•
Minh họa cho sự chuyển động toàn bộ đầu từ
của 640 từ trụ.

SCAN
•
Cánh tay đĩa bắt đầu tại một vị trí kết thúc
của đĩa và chuyển động tới những vị trí
kết thúc khác, phục vụ những yêu cầu cho
đến khi nó tới vị trí kết thúc khác của đĩa,
nơi mà sự chuyển động đầu từ được quay
lại và bảo đảm sự tiếp tục
•
Đôi khi được gọi giải thuật bậc thang

•
Minh họa cho sự chuyển động toàn bộ đầu từ của
208 từ trụ.

C-SCAN
•
Cung cấp một thời gian chờ đồng bộ nhiều
hơn S_CAN
•
Đầu từ chuyển động từ một vị trí kết thúc của
đĩa tới một vị trí khác. Quản lý những yêu cầu
như nó đã làm .Đến khi nào nó đạt đến vị trí kết
thúc khác, tuy nhiên, ngay lập tức nó quay lại
phần đầu của đĩa, nhưng không có bất kỳ yêu

cầu phục vụ nào trên đường quay lại đó
•
Xử lý những từ trụ theo một danh sách vòng
tròn quanh từ trụ cuối đến từ trụ đầu


C-LOOK
•
Phiên bản của C-SCAN
•
Cánh tay đĩa chỉ đi xa như yêu cầu cuối cùng
trong mỗi hướng, rồi ngay lập tứcquay
ngược trở lại, mà không đi toàn bộ từ đầu tới
cuối đĩa.


Lựa chọn một giải thuật Quản lý
Đĩa
•
SSTF là phổ biến và là một yêu cầu tự
nhiên
•
SCAN và C- SCAN thi hành tốt hơn cho
hệ thống ở vùng tải nặng trên đĩa.
•
Sự thi hành phụ thuộc vào số lượng và
loại yêu cầu