›

Bài giảng Hệ điều hành - Disk Management - Nguyễn Xuân Vinh

pptx 48 trang huongle 3240
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ điều hành - Disk Management - Nguyễn Xuân Vinh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxbai_giang_he_dieu_hanh_disk_management_nguyen_xuan_vinh.pptx

Nội dung text: Bài giảng Hệ điều hành - Disk Management - Nguyễn Xuân Vinh

  1. 1 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH INTRODUCTION TOOPERATINGSYSTEMS nguyenxuanvinh@hcmuaf.edu.vn DISK MANAGEMENT NHẬP MÔNHỆĐIỀUHÀNH Nguyễn XuânVinh [214242]
  2. Giới thiệu q Ngày nay thiết bị lưu trữ sử dụng nhiều loại ổ cứng với mục đích khác nhau GV: NGUYỄN XUÂN VINH § SSD § HDD (3.5 inches, 2.5 inches) Ø5400 rpm Ø7200 rpm MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 2
  3. 3 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH Giới thiệu 512G =670 USD 1TB =150 USD
  4. 4 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH SSD
  5. Giới thiệu q 1 sector = 512byte q 1 block = 4K,8K,16K,32K = nhiều sector GV: NGUYỄN XUÂN VINH q 1 track = 63 sector q 15 tracks = 1 cylinder MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 5
  6. Chuẩn giao tiếp Các chuẩn giao tiếp của ổ đĩa cứng Giao tiếp Tốc độ GV: NGUYỄN XUÂN VINH Tên tiếng Anh đầy đủ (viết tắt) truyền dữ liệu Small Computer Nhiều loại, xem SCSI System Interface thêm Ultra160 SCSI 160 MBps Ultra320 SCSI 320 MBps Advanced MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH ATA Max = 133 MBps Technology Attachment NHẬP SATA Serial ATA 150 150 MBps SATA II Serial ATA 300 300 MBps SATA 3 Serial ATA 600 600 MBps 23/05/2021 SAS Serial Attached SCSI 12 Gbps /XX 6
  7. Quản lý đĩa q Tất cả các ổ đĩa đều là file trong thư mục /dev với ký hiệu § hd*: đĩa IDE (VD: hda, hdb, hdc, ) GV: NGUYỄN XUÂN VINH § sd*: đĩa SCSI (VD: sda, sdb, sdc, ) q Tối đa 8 ổ IDE và 16 ổ SCSI q Tối đa 16 partition cho ổ IDE và 15 partition cho ổ SCSI MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 7
  8. Chia đĩa fdisk /dev/sda: lệnh dùng để chia phân khu ổ đĩa Option: GV: NGUYỄN XUÂN VINH § m : menu § n : tạo 1 phân khu đĩa mới § p : hiện các phân khu đã chia § w: lưu lại MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 8
  9. Format đĩa mkfs –t ext4 /dev/sda1: Format partition sda1 với filesystem là ext4 mount /dev/sda1 /data: ánh xạ partition sda1 vào thư mục data GV: NGUYỄN XUÂN VINH df –T: kiểm tra lại định dạng file system và các mount point Các mount point sẽ tự động mất khi khởi động lại máy MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 9
  10. 10 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH /etc/fstab q thi filenàyđểxemdanhsáchcácmounpointvà mout tựđộng Chứa danhsáchcácmountpointkhikhởiđộng: hệ thốngsẽthực
  11. Mass Storage q Many systems today need to store many terabytes of data q Don’t want to use single, large disk GV: NGUYỄN XUÂN VINH § too expensive § failures could be catastrophic q Would prefer to use many smaller disks MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 11
  12. RAID q Redundant Array of Inexpensive Disks q Basic idea is to connect multiple disks together to provide GV: NGUYỄN XUÂN VINH § large storage capacity § faster access to reading data § redundant data q Many different levels of RAID systems § differing levels of redundancy, error checking, capacity, and cost MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH q RAID implementations NHẬP § Hardware-based RAID § Software-based RAID 23/05/2021 /XX 12
  13. Hardware-based RAID q On a desktop system, a hardware RAID controller may be an expansion card connected to a bus (e.g. PCI or PCIe), a component integrated into the motherboard; there are controllers GV: NGUYỄN XUÂN VINH for supporting most types of drive technology, such as IDE/ATA, SATA, SCSI, SSA, Fibre Channel, and sometimes even a combination. The controller and drives may be in a stand-alone enclosure, rather than inside a computer, and the enclosure may be directly attached to a computer, or connected via a SAN MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP Hot swap 23/05/2021 /XX 13
  14. Software-based RAID q RAID 0: Block-level striping without parity or mirroring q RAID 1: Mirroring without parity or striping GV: NGUYỄN XUÂN VINH q RAID 2: Bit-level striping with dedicated Hamming-code parity q RAID 3: Byte-level striping with dedicated parity q RAID 4: Block-level striping with dedicated parity q RAID 5: Block-level striping with distributed parity q RAID 6: Block-level striping with double distributed parity MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH q RAID 10: Mirroring without parity, and block-level striping NHẬP 23/05/2021 /XX 14
  15. RAID levels comparision Level # Drive Space Fault Read Write Figure Efficiency Tolerance Performan Performan ce ce GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID 0 2 1 0 (none) nX nX RAID 1 2 1/n n - 1 nX 1X RAID 2 3 1 – 1/n – * Variable Variable log2(n-1) MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 15
  16. Striping q Take file data and map it to different disks q Allows for reading data in parallel GV: NGUYỄN XUÂN VINH file data block 0 block 1 block 2 block 3 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP Disk 0 Disk 1 Disk 2 Disk 3 23/05/2021 /XX 16
  17. Parity qWay to do error checking and correction qAdd up all the bits that are 1 GV: NGUYỄN XUÂN VINH § if even number, set parity bit to 0 § if odd number, set parity bit to 1 qTo actually implement this, do an exclusive OR of all the bits being considered MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH qConsider the following 2 bytes NHẬP byte parity 10110011 1 01101010 0 23/05/2021 qIf a single bit is bad, it is possible to correct it /XX 17
  18. Mirroring q Keep to copies of data on two separate disks q Gives good error recovery GV: NGUYỄN XUÂN VINH § if some data is lost, get it from the other source q Expensive § requires twice as many disks q Write performance can be slow § have to write data to two different spots MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH q Read performance is enhanced NHẬP § can read data from file in parallel 23/05/2021 /XX 18
  19. Parity vLà bit cho biết tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ vDùng để phát hiện lỗi khi truyền dữ liệu và GV: NGUYỄN XUÂN VINH không thể sửa lỗi 8 bits including parity 7 bits of data (count of 1 bits) even odd 0000000 (0) 00000000 (0) 10000000 (1) MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH 1010001 (3) 11010001 (4) 01010001 (3) NHẬP 1101001 (4) 01101001 (4) 11101001 (5) 23/05/2021 1111111 (7) 11111111 (8) 01111111 (7) /XX 19
  20. EVEN PARITY BIT A wants to transmit: 1001 GV: NGUYỄN XUÂN VINH A computes parity bit value: 1^0^0^1 = 0 A adds parity bit and sends: 10010 B receives: 10010 B computes parity: 1^0^0^1 = 0 B reports correct transmission after observing expected even result. MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 20
  21. EVEN PARITY BIT A wants to transmit: 1001 GV: NGUYỄN XUÂN VINH A computes parity bit value: 1^0^0^1 = 0 A adds parity bit and sends: 10010 TRANSMISSION ERROR B receives: 11010 B computes overall parity: 1^1^0^1 = 1 B reports incorrect transmission after MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH observing unexpected odd result. NHẬP 23/05/2021 /XX 21
  22. ODD PARITY BIT A wants to transmit: 1001 GV: NGUYỄN XUÂN VINH A computes parity bit value: 1^0^0^1 = 1 A adds parity bit and sends: 10011 B receives: 10011 B computes overall parity: 1^0^0^1 = 1 B reports correct transmission after MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH observing expected odd result. NHẬP 23/05/2021 /XX 22
  23. ODD PARITY BIT A wants to transmit: 1001 GV: NGUYỄN XUÂN VINH A computes parity bit value: 1^0^0^1 = 1 A adds parity bit and sends: 10011 TRANSMISSION ERROR B receives: 11011 B computes overall parity: 1^1^0^1 = 0 B reports correct transmission after MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH observing expected odd result. NHẬP 23/05/2021 /XX 23
  24. Cách lưu dữ liệu Ổ đĩa 1 Ổ đĩa 2 Ổ đĩa 3 XOR 01101101 11010100 = 10111001 GV: NGUYỄN XUÂN VINH Ổ đĩa 1 Ổ đĩa 3 XOR = 11010100 01101101 10111001 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP DỮ LIỆU BỊ MẤT 23/05/2021 /XX 24
  25. RAID Level-0 q Often called striping q Break a file into blocks of data GV: NGUYỄN XUÂN VINH q Stripe the blocks across disks in the system q Simple to implement § disk = file block % number of disks § sector = file block / number of disks q provides no redundancy or error detection MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH § important to consider because lots of disks means low Mean NHẬP Time To Failure (MTTF) 23/05/2021 /XX 25
  26. RAID Level-0 GV: NGUYỄN XUÂN VINH file data block 0 block 1 block 2 block 3 block 4 0 block 0 0 block 1 1 block 2 1 block 3 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH 2 block 4 sectors sectors 2 3 NHẬP 3 4 4 5 5 23/05/2021 Disk 0 Disk 1 /XX 26
  27. 27 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID Level-0
  28. 28 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID Level-0 v v Nhược điểm: khẳ năng mất dữ liệu tăng lên n lần Ưu điểm: tăng tốc độ đọc ghi lên n lần
  29. RAID Level-1 (Mirror) qA complete file is stored on a single disk qA second disk contains an exact copy of the file GV: NGUYỄN XUÂN VINH qProvides complete redundancy of data qRead performance can be improved § file data can be read in parallel qWrite performance suffers MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH § must write the data out twice NHẬP qMost expensive RAID implementation § requires twice as much storage space 23/05/2021 /XX 29
  30. RAID Level-1 (Mirror) GV: NGUYỄN XUÂN VINH file data block 0 block 1 block 2 block 3 block 4 0 block 0 0 block 0 1 block 1 1 block 1 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH 2 block 2 sectors sectors 2 block 2 3 block 3 NHẬP 3 block 3 4 block 4 4 block 4 5 5 23/05/2021 Disk 0 Disk 1 /XX 30
  31. 31 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID Level-1(Mirror)
  32. RAID Level-2 q Stripes data across disks similar to Level-0 § difference is data is bit interleaved instead of block interleaved GV: NGUYỄN XUÂN VINH q Uses ECC to monitor correctness of information on disk q Multiple disks record the ECC information to determine which disk is in fault q A parity disk is then used to reconstruct corrupted or lost data MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 32
  33. RAID Level-2 file data block 0 block 1 block 2 block 3 block 4 GV: NGUYỄN XUÂN VINH MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP Data Disk Data Disk ECC Disk ECC Disk Parity Disk 23/05/2021 /XX 33
  34. 34 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID Level-2 Bit-redundancy (HemmingCodeECC)
  35. RAID Level-2 q Reconstructing data § assume data striped across eight disks GV: NGUYỄN XUÂN VINH § correct data: 10011010 § parity: 0 § data read: 10011110 § if we can determine that disk 2 is in error § just use read data and parity to know which bit to flip MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 35
  36. RAID Level-2 qRequires fewer disks than Level-1 to provide redundancy qStill needs quite a few more disks GV: NGUYỄN XUÂN VINH § for 10 data disks need 4 check disks plus parity disk qBig problem is performance § must read data plus ECC code from other disks § for a write, have to modify data, ECC, and parity disks MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH qAnother big problem is only one read at a time NHẬP § while a read of a single block can be done in parallel § multiple blocks from multiple files can’t be read because of the bit-interleaved placement of data 23/05/2021 /XX 36
  37. RAID Level-3: Bit-interleaved Parity q One big problem with Level-2 are the disks needed to detect which disk had an error GV: NGUYỄN XUÂN VINH q Modern disks can already determine if there is an error § using ECC codes with each sector q So just need to include a parity disk § if a sector is bad, the disk itself tells us, and use the parity disk to correct it MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 37
  38. RAID Level-4 q Big problem with Level-2 and Level-3 is the bit interleavening § to access a single file block of data, must access all the disks GV: NGUYỄN XUÂN VINH § allows good parallelism for a single access but doesn’t allow multiple I/O’s q Level-4 interleaves file blocks § allows multiple small I/O’s to be done at once MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 38
  39. RAID Level-4 q Still use a single disk for parity q Now the parity is calculated over data from multiple blocks GV: NGUYỄN XUÂN VINH § Level-2,3 calculate it over a single block q If an error detected, need to read other blocks on other disks to reconstruct data MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 39
  40. Level-4 vs. Level-2,3 0 1 2 3 a b 4 different disks GV: NGUYỄN XUÂN VINH Transfer Units c d a0 b0 c0 d0 a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 a3 b3 c3 d3 L3 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH a b c d NHẬP L3 Parity a0 a1 a2 a3 b0 b1 b2 b3 c0 c1 c2 c3 d0 d1 d2 d3 L4 23/05/2021 0 1 2 3 /XX L4 Parity 40
  41. RAID Level-4 q Reads are simple to understand GV: NGUYỄN XUÂN VINH § want to read block A, read it from disk 0 § if there is an error, read in blocks B,C, D, and parity block and calculate correct data q What about writes? § it looks like a write still requires access to 4 data disks to recalculate the parity data MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP § not true, can use the following formula Ønew parity = (old data xor new data) xor old parity § a write requires 2 reads and 2 writes 23/05/2021 /XX 41
  42. RAID Level-4 q Doing multiple small reads is now faster than before q However, writes are still very slow GV: NGUYỄN XUÂN VINH § this is because of calculating and writing the parity blocks q Also, only one write is allowed at a time § all writes must access the check disk so other writes have to wait MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 42
  43. 43 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH RAID Level-5(Block-levelDistributed Parity) Tăng tốc độ và độ an toàn 1 dữ liệu sẽ chia lưu trên 2 ổ đĩa và lưu Cần ít nhất 3 ổ đĩa. backup trên ổ đĩa còn lại
  44. RAID Level-5 q Level-5 stripes file data and check data over all the disks § no longer a single check disk GV: NGUYỄN XUÂN VINH § no more write bottleneck q Drastically improves the performance of multiple writes § they can now be done in parallel q Slightly improves reads § one more disk to use for reading MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 44
  45. RAID Level-5 Level-4 Level-5 check data and check disks data disks disk GV: NGUYỄN XUÂN VINH 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 S0 S0 S1 S1 S2 S2 MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP S3 S3 S4 S4 23/05/2021 S5 S5 /XX 45
  46. RAID Level-5 qNotice that for Level-4 a write to sector 0 on disk 2 and sector 1 on disk 3 both require a write to disk five for GV: NGUYỄN XUÂN VINH check information qIn Level-5, a write to sector 0 on disk 2 and sector 1 on disk 3 require writes to different disks for check information (disks 5 and 4, respectively) qBest of all worlds MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH § read and write performance close to that of RAID Level-1 NHẬP § requires as much disk space as Levels-3,4 23/05/2021 /XX 46
  47. RAID Level-10 q Combine Level-0 and Level-1 q Stripe a files data across multiple disks GV: NGUYỄN XUÂN VINH § gives great read/write performance q Mirror each strip onto a second disk § gives the best redundancy q The most high performance system q The most expensive system MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH NHẬP 23/05/2021 /XX 47
  48. 48 /XX 23/05/2021 NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH GV: NGUYỄN XUÂN VINH HỎI ĐÁP