Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition, Kapitel 12: Sekundärminne

12.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Bakgrund Den lägsta nivån i filsystemet är strukturen på sekundärminne Olika delar: Fysisk struktur hos en disk Diskschemaläggning Diskformatering Boot-block, skadade block, swap-utrymme RAID

12.3 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Magnetisk disk

12.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Diskens fysiska struktur Magnetiska diskar utgör huvuddelen av allt sekundärminne idag Diskar består av en mängd flata skivor (4,5 – 13cm i diameter) Information lagras magnetiskt på skivornas ytor Ytan är uppdelad i cirkulära tracks, vilka i sin tur är uppdelad i sektorer Ett läs/skriv-huvud svävar ovanför varje skivyta. Dessa huvuden är förbundna med en diskarm Mängden av de tracks som befinner sig vid en viss armposition kallas en cylinder Diskar roterar med en hastighet på mellan 60 till 200 gånger i sekunden Transfer rate – dataöverföringshastigheten mellan disk och dator Positioning time – tiden det tar att flytta diskarmen till rätt cylinder (seek time) och tiden det tar för rätt sektor att rotera till läs/skriv-huvudet (rotational latency) Head crash läs/skriv-huvudet kommer i kontakt med skivytan Disken är förbunden med datorn genom en I/O bus Olika bussar finns: EIDE, ATA, SATA, USB, Fibre Channel, SCSI En host controller i datorn använder bussen för att prata med en disk controller som finns I disken

12.5 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Magnetisk tape Var en av de första sekundärminnena Kan lagra stora mängder data Lång access-tid jämfört med disk Random access ~1000 gånger långsammare än disk Används huvudsakligen för backup och lagring av data som används sällan

12.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Logisk diskstruktur Diskar adresseras som stora endimensionella arrayer av logiska block, vanligtvis 512B stora Arrayen med logiska block mappas till sektorer sekventiellt: Sektor 0 är den första sektorn i första track på den yttersta cylindern Alla tracks på den yttersta cylindern gås igenom och sen gås cylinder för cylinder igenom ända till den innersta Det kan finnas 100-tals sektorer/track och tals cylindrar/disk

12.7 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Access till diskar Datorer kan accessa diskar antingen genom I/O-portar (host-attached storage) eller över ett nätverk Host-attached storage: En PC använder typiskt IDE eller ATA Max två diskar / buss Arbetsstationer och servrar använder generellt mer sofistikerade arkitekturer SCSI, upp till 16enheter / buss FC (fiber channel)

12.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Network-Attached Storage Network-attached storage (NAS) är access till diskar över ett nätverk Vanliga protokoll är NFS och CIFS iSCSI-protokollet använder för att skicka SCSI-meddelanden

12.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Diskschemaläggning OS ansvarar för att diskarna används effektivt Kort accesstid Hög bandbredd Bägge kan förbättras genom att påverka den ordning som disk I/O- förfrågningar servas Många schemaläggningsalgoritmer finns Dessa illustreras genom följande diskkö för olika cylindrar: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Disken har 200 cylindrar (0-199) och läs/skriv-huvudet står från början vid cylinder 53

12.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition FCFS Huvudet rör sig totalt 640 cylindrar

12.11 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition SSTF (shortest-seek-time-first) FCFS är rättvis men har inte så bra prestanda SSTF väljer den förfrågan som har den kortaste söktiden från huvudets nuvarande position SSTF liknar SJF i det att den kan orsaka svält Huvudet rör sig totalt 236 cylindrar SSTF är mycket bättre än FCFS, men den är inte optimal

12.12 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition SSTF

12.13 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition SCAN Diskarmen sveper fram och tillbaka över disken och servar de förfrågningar den sveper förbi. Diskarmen rör sig alltid från den ena till den andra änden av disken SCAN kallas ibland för elevator algorithm I exemplet rör sig huvudet totalt 208 cylindrar

12.14 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition SCAN

12.15 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition C-SCAN Ger en mer rättvis väntetid än SCAN Skillnad mot SCAN: När huvudet har kommit till slutet på disken hoppar den omedelbart tillbaka till början igen Behandlar cylindrarna som en cirkulär lista SCAN och C-SCAN implementeras sällan så här Vanligtvis går diskarmen bara så långt som behövs i båda riktningarna; algoritmerna kallas då LOOK och C- LOOK

12.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition C-SCAN (Cont)

12.17 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition C-LOOK (Cont)

12.18 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Val av schemaläggningsalgoritm SSTF har en hygglig prestanda SCAN och C-SCAN har bättre prestanda om systemet har mycket diskförfrågningar Prestandan beror på antalet och typen av förfrågningar Förfrågningarna kan bero på filallokeringsmetoden Algoritmen ska skrivas som en separat modul så att den lätt kan bytas ut Antingen SSTF eller LOOK är bra som default-algoritm

12.19 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Annan diskhantering Fysisk diskformatering — dela in en disk i sektorer som disk controller kan läsa och skriva OS måste också lagra sina egna datastrukturer på disken Partitionera disken i en eller flera grupper av cylindrar Logisk diskformatering - “skapa ett filsystem” Bootstrap-programmet startar upp systemet Hittar OS på disken, laddar in kärnan i minnet Bootstrap loader program i ROM Resten av bootstrap-programmet på systemdisken (boot disk)

12.20 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Booting from a Disk in Windows 2000

12.21 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition Hantering av swap-utrymme Swap-utrymme — virtuellt minne använder diskutrymme som en utökning av primärminne Kan variera från några megabytes till flera gigabytes Swap-utrymme kan ligga i: filsystemet – enkelt, men ineffektivt en separat diskpartition – snabbt, men inte så flexibelt

12.22 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition RAID-diskar RAID – tekniker för att förbättra pålitlighet och prestanda vid datalagring Högre pålitlighet kan uppnås genom redundans - spegling av diskar enklast (men dyrast) - ökar mean time to failure Högre överföringshastighet kan uppnås genom parallell access till data - bit-level striping sprider ut bitarna i en byte på olika diskar - block-level striping sprider ut en fils block på olika diskar RAID-teknikerna är ordnade i sex olika nivåer

12.23 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Concepts – 8 th Edition RAID Levels