A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Enderson Ferreira - Armazenamento Secundário Periféricos de Entrada/Saída UCUAL Registradores Memória Memória Principal/Primária.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Enderson Ferreira - Armazenamento Secundário Periféricos de Entrada/Saída UCUAL Registradores Memória Memória Principal/Primária."— Transcrição da apresentação:

1 Enderson Ferreira - Armazenamento Secundário Periféricos de Entrada/Saída UCUAL Registradores Memória Memória Principal/Primária RAM/DRAM/SDRAM Memória Secundária Discos magnéticos / ópticos Memória Terciária Fitas/cartuchos magnéticos Modelo de Von Neumann Hierarquia de memória UCP - não voláteis - normalmente magnéticas - muito lentas (em relação à mem. principal – solução: caché) Abordagem nessa aula: - Discos Magnéticos - Interfaces - R.A.I.D. caché

2 Enderson Ferreira - UCPMemória Adaptador de barramento Controlador de barramento universal Controlador de disco Controlador de vídeo Controlador de teclado Interface Serial Interface Paralela cache L1 cache L2 memory bus (barramento de memória) I/O bus (barramento de E/S)

3 Enderson Ferreira - Discos Magnéticos e Interfaces

4 Enderson Ferreira - Discos Magnéticos e Interfaces Trilha Prato Pratos Trilhas Setores

5 Enderson Ferreira - Discos Magnéticos e Interfaces Parâmetros de desempenho: - tempo médio de busca - atraso rotacional ou latência de rotação - tempo de transferência Parâmetros de confiabilidade: - MTBF = MTTF - taxa de erros de leitura de bit recuperáveis - taxa de erros de leitura de bit irrecuperáveis - sobretaxa de transferência - atraso em fila

6 Enderson Ferreira - Discos Magnéticos e Interfaces Especificações técnicas de confiabilidade de discos magnéticos. (Seagate, 2002)

7 Enderson Ferreira - Discos Magnéticos e Interfaces Mecanismos de Detecção e Predicção de Erros: - CRC (Cyclic Redundancy Check) - S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technologies) Interfaces: - IDE/ATA vs SCSI - Alternativas: - USB - Firewire IEEE Canais de fibra (fiber channel) - Serial ATA

8 Enderson Ferreira - canal 1 canal 0 barramento PCI Controladora de E/S Controladora SCSI ID0 ID1ID2ID16 ID0ID1ID2ID16 Topologia das Interfaces (SCSI)

9 Enderson Ferreira - Padrão SCSIQtde de discos suportados Tamanho máximo de cabo Velocidade do barramento Largura de barramento Taxa de transf. SCSI-186 m5 MHz85MB/s Fast SCSI83 m10 MHz810 MB/s SCSI-283 m5 MHz85 MB/s Fast/Wide Scsi m10 MHz1620 MB/s Ultra SCSI81,5 m20 MHz820 MB/s Ultra/Wide SCSI 161,5 m20 MHz1640 MB/s Ultra2 SCSI (LVD) 1612 m40 MHz1680 MB/s Ultra3/160 SCSI 1612 m40 MHz16160 MB/s Tabela de versões da interface SCSI (DOMINGUEZ; COLLIGAN, 1999)

10 Enderson Ferreira - Topologia das Interfaces (ATA / SATA) Controlador ATA Canal ATA Secundário MestreEscravo Canal ATA Primário MestreEscravo Controlador Serial ATA SATA Port SATA Drive SATA Port SATA Drive - 16 linhas de dados (paralela) - até 133MB/s (DMA modo 6) - 2 devices por canal/cabo - 40 pinos cabo de dados - 4 pinos cabo de alimentação - 4 linhas de dados (serial Tx e Rx) - 1,5Gb/s diferential NRZ serial stream - 1 device por SATA port - 7 pinos conector de dados -15 pinos conector de alimentação Especificação em :

11 Enderson Ferreira - Modo de Transferência de Dados Taxa máxima de Transferência de Dados Pinos por Conector Quantidade de Condutores Versão ATA PIO Modo 03,33 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 15,22 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 28,33 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 311,1 MB/s40 Fast ATA PIO Modo 416,7 MB/s40 ATA-3 DMA Modo 111,1 MB/s40 Fast ATA DMA Modo 1 (Multiword)13,3 MB/s40 ATA-2 DMA Modo 2 (Multiword)16,6MB/s40 ATA-3 Ultra ATA DMA Modo 233,3 MB/s40 ATA-4 Ultra ATA DMA Modo 344,4 MB/s4080ATA-5 Ultra ATA DMA Modo 466,6 MB/s4080ATA-5 Ultra ATA 100 DMA Modo 599,9 MB/s4080ATA-5 Tabela de versões da interface ATA (DOMINGUEZ; COLLIGAN, 1999) Ultra ATA 133 DMA Modo 6133 MB/s4080ATA-5

12 Enderson Ferreira - Comutador ServidoresMatrizes de Disco Comutação de Malha Ponto a Ponto Servidor Discos Rx Tx Loop Arbitrário Servidor Rx Tx Topologia das Interfaces (Fiber Channel)

13 Enderson Ferreira - A Importância do Armazenamento Secundário processor-centricdata-centric (COURTRIGHT, 1997)

14 Enderson Ferreira - Fragmentação de Dados 64KBytes 16KBytes

15 Enderson Ferreira - Fragmentação de Dados 9GB Matriz de 7x9GB de discos físicos 1 Disco lógico de 63 GB

16 Enderson Ferreira - Fragmentação de Dados - alto desempenho - paralelismo de instruções de E/S independentes - instruções de E/S abrangendo dados fragmentados em múltiplos discos - baixa confiabilidade - Kim e Salem, 1984

17 Enderson Ferreira - R. A. I. D. - acrônimo de Redundant Array of Inexpensive Disks - David Patterson, Universidade Berkeley - Califórnia de Discos de Baixo Custo Matrizes Redundantes

18 Enderson Ferreira - RAIDs Originais - RAID nível 1 - Espelhamento - RAID nível 2 - Código de Hamming - RAID nível 3 - Paridade N+1 - Entrelaçamento nível de byte - RAID nível 4 - Paridade N+1 - Entrelaçamento nível de bloco - RAID nível 5 - Paridade N+1 Distribuída - Entrelaçamento nível de bloco

19 Enderson Ferreira - RAID nível 1 - Espelhamento Bit Dados 1 Bit Dados 2 Bit Dados 3 Bit Dados 4 DISCO 0 Bit Verificação 1 Bit Verificação 2 Bit Verificação 3 Bit Verificação 4 DISCO 1 DADOS ESPELHADOS

20 Enderson Ferreira - RAID nível 1 - Espelhamento - Palavra código: 2 bits – 1 dado e 1 verificação - alto custo - Sobretaxa = 100% - alto desempenho leitura - acesso simultâneo em ambos discos - política de escolha do disco a ser acessado pela estimativa do tempo de busca para cada instrução de leitura - alta confiabilidade – simplicidade na implementação

21 Enderson Ferreira - RAID nível 2 – Código de Hamming A-D0-3 = Bits de dados ECC A-Dx, ECC A-Dy, ECC A-Dz = paridades dos subconjuntos de A-D0-3 A0A1A2A3ECC AxECC AyECC Az B0B1B2B3ECC BxECC ByECC Bz C0C1C2C3ECC CxECC CyECC Cz D0D1D2D3ECC DxECC DyECC Dz

22 Enderson Ferreira - b1b2 b4 b5 b6 b3 b7 b1b2 b Palavra Código b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b1, b2 e b4 = verificação b3, b5, b6 e b7 = dados (1011) Código de Hamming

23 Enderson Ferreira Leitura errada do bit b1 e b4 não conferem. Soma-se os índices para detectar o bit errado b5 Detecção e Correção de Erro Código de Hamming

24 Enderson Ferreira - RAID nível 2 – Código de Hamming Tamanho msg em bits (m) Núm. de bits de redundância (r) Tam. da palavra código em bits (n) Percentual de sobretaxa

25 Enderson Ferreira - RAID nível 3 - Paridade N+1 Entrelaçamento nível de byte B1 B4 B7 B10... DISCO 0 B2 B5 B8 B11... DISCO 1 B3 B6 B9 B12... DISCO 2 P(B1,B2,B3) P(B4,B5,B6) P(B7,B8,B9) P(B10,B11,B12)... DISCO 3 bn = bits de dados P(bx,by,bz) = paridade de bx, by e bz

26 Enderson Ferreira - RAID nível 3 - Paridade N+1 Entrelaçamento nível de byte - Palavra Código: N+1 bits – paridade par ou XOR dos N bits - mínimo de 3 discos - Confiabilidade: detecção simples de erro por paridade - baixo custo – Sobretaxa = 1/N-1 - alto desempenho em pequenas leituras - baixo desempenho em grandes leituras/escritas - Stripe = 1 byte

27 Enderson Ferreira - RAID nível 4 - Paridade N+1 Entrelaçamento nível de bloco B0 B1 B2... B511 B512 B513 B B1023 B1024 B1025 B B1535 P(B0,B512,B1024) P(B1,B513,B1025) P(B2,B514,B1026)... P(B511,B1023,B1535 K0 K1 K2 P(K0,K1,K2) K3K4K5P(K3,K4,K5) K6K7K8P(K6,K7,K8) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 Bn = byte de dados P(Bx,By,Bz) = paridade de Bx, By e Bz Kn = Blocos de dados de 512 Bytes P(Kx,Ky,Kz) = bloco de paridade de Kx, Ky e Kz

28 Enderson Ferreira - RAID nível 4 - Paridade N+1 Entrelaçamento nível de bloco - custo e confiabilidade idem RAID 3 - bom desempenho em grandes leituras - baixo desempenho em escrita - gargalo: disco de paridade - operações RMW

29 Enderson Ferreira - K6K7K8P(K6,K7,K8) K9K10K11P(K9,K10,K11) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 K0K1K2P(K0,K1,K2) K3K4K5P(K3,K4,K5) RAID nível 5 - Paridade N+1 distribuída Entrelaçamento nível de bloco Bn = byte de dados P(Bx,By,Bz) = paridade de Bx, By e Bz Kn = Blocos de dados de 512 Bytes P(Kx,Ky,Kz) = bloco de paridade de Kx, Ky e Kz

30 Enderson Ferreira - RAID nível 5 - Paridade N+1 distribuída Entrelaçamento nível de bloco - custo e confiabilidade idem RAIDs 3 e 4 - baixo desempenho em pequenas escritas - desempenho aceitável para grandes escritas - paridade distribuída

31 Enderson Ferreira - K8K10K11 K12K13K15 DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 K0K1K2 K5K6K7K4 K9 K14 K3 RAIDs Derivados - RAID 0 (Sem Redundância)

32 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco D E F A B C INFORMAÇÃO VERIFICAÇÃO

33 Enderson Ferreira - Discos de Dados (D) Discos de Paridade (P) Total de discos (N) SobretaxaSobretaxa Hamming / N 44850%75% / %50% / % % % %31% / %19% / %6% / %1% / 1024 RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco

34 Enderson Ferreira - Falhas de Sistemas MTTFs CARACTERÍSTICOS DE ALGUNS COMPONENTES DE SISTEMA ~ Fonte Alimentação AC - MTTF=4.900 horas MTTF= horas Cabo alimentação MTTF= horas Discos Ventilação MTTF= horas Cabo Scsi MTTF= horas Controladora SCSI MTTF= horas

35 Enderson Ferreira - Solução: Redundância nos Pontos Críticos de Falha Solução para Tolerância a Falhas de Sistema

36 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - Ortogonal Controladores de Barramento ou Cadeia Opção 1 Opção 2

37 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - RM-2 (Redundant Matrix) - possibilita dupla falha simultânea de disco sem perda de dados D0D1D2 P12P23P30 D3 P01 - utiliza dupla paridade - sobretaxa com redundância = 1/M e N = 2M+1

38 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - Dados e Paridade não entrelaçados C0 C1 C2 C512 C513 C514 P(A512,B512) P(A513,B513) P(A514,B514) B0 B1 B2 B512 B513 B514 P(A0,C512) P(A1,C513) P(A2,C514) A0 A1 A2 A512 A513 A514 P(B0,C0) P(B1,C1) P(B2,C2) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 - idealizado para sistemas de Banco de Dados (Gray et al. apud Gibson, 1991) - melhor desempenho em pequenas leituras -mesmo custo de N+1, alternativa para mirror - não fragmenta os dados: cada disco corresponde a 1 sistema de arquivos

39 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - Código Não-Binário AB C1 C2 *1 + + Modulo 2 AB C1 C2 *1 *2 *1 + + Modulo 4 Binário Não-Binário

40 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 0+1 D0 D1 D2 RAID 0 D3 D4 D5 RAID 0 RAID 1 D0D1 D0D1 RAID 1 D2D3 RAID 1 D4D5 RAID 1 D0 D1 D2 RAID 0

41 Enderson Ferreira - RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 0+3 D0D1D2 RAID 0 D3D4D5 RAID 0 D6D7D8 RAID 0 D0 D1 D2 RAID 3

42 Enderson Ferreira - ASHAR, Kanu G. Magnetic Disk Drive Technology: Heads, Media, Channel, Interfaces and Integration. New York, USA: IEEE Press, CARDENAS, D. Glen; CATENA, Jose-Maria. SCSI vs. IDE. A Complete Assessment. Site ProRec.com, Disponível em. Acesso em 13 dez COURTRIGHT, William V. A Transactional Approach to Redundant Disk Array Implementation. A Dissertation submitted to the Department of Electrical and Computer Engineering in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. Pittsburgh: Carnegie Mellon University, DOMINGUEZ, Ricardo; COLLIGAN, Tom. SCSI vs. ATA: Interface Comparison. Site da Dell Computer Corporation: Vectors Technology Information Center, Disponível em. Acesso em 8 ago FERREIRA, Enderson; ALMEIDA JR, Jorge Rady de. Análise de Confiabilidade de Sistemas Redundantes de Armazenamento em Discos Magnéticos. São Paulo, p. (Mestrado) – EPUSP / PCS GIBSON, Garth A. Redundant Disk Arrays - Reliable, Parallel Secondary Storage. The MIT Press, GILBERT, H. IDE and SCSI Disks. Das Boot, PC Lube and Tune, Disponível em. Acesso em 16 jan HWANG, Kai; JIN, Hai; HO, Roy S. C. Orthogonal Striping and Mirroring in Distributed RAID for I/O-Centric Cluster Computing. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, IBM. Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology. How S.M.A.R.T are your hard disk drives? Site da IBM: IBM Personal Systems Group, Disponível em. Acesso em 12 dez PATTERSON, David A., CHEN, Peter, GIBSON, Garth, KATZ, Randy H. Introduction to Redundant Arrays of Inexpensive Disks. Berkeley: University of California, SEAGATE. Especificações Técnicas HDs. Site da Seagate Technology LLC, Disponível em. Acesso em 18 nov Referências


Carregar ppt "Enderson Ferreira - Armazenamento Secundário Periféricos de Entrada/Saída UCUAL Registradores Memória Memória Principal/Primária."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google