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Questions and Answers
Quale algoritmo fornisce un tempo di attesa più uniforme per le richieste nel sistema disco?
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Il processo di formattazione fisica di un disco è eseguito dal sistema operativo.
Il processo di formattazione fisica di un disco è eseguito dal sistema operativo.
False
Qual è il numero totale di tracce attraversate dalla testina durante l'operazione descritta?
Qual è il numero totale di tracce attraversate dalla testina durante l'operazione descritta?
640
La testina di un disco torna all'inizio senza __________ le richieste quando utilizza il C-SCAN.
La testina di un disco torna all'inizio senza __________ le richieste quando utilizza il C-SCAN.
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Abbina i termini al loro significato:
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Qual è la dimensione comune dei blocchi fisici durante la formattazione fisica?
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L'algoritmo C-SCAN riesce a garantire un tempo medio di attesa minimo.
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Quale vantaggio offre il RAID livello 5 rispetto al RAID livello 4?
Quale vantaggio offre il RAID livello 5 rispetto al RAID livello 4?
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Il RAID livello 6 è in grado di resistere al guasto di tre dischi contemporaneamente.
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Qual è il principale uso delle memorie a stato solido nei dispositivi mobili?
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Il RAID livello 5 combina striping con _____ distribuita.
Il RAID livello 5 combina striping con _____ distribuita.
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Abbina i livelli RAID alle loro caratteristiche:
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Qual è la principale funzione dei sistemi RAID?
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Il RAID di livello 0 offre una maggiore affidabilità rispetto ad altri livelli di RAID.
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Cos'è lo striping nel contesto dei sistemi RAID?
Cos'è lo striping nel contesto dei sistemi RAID?
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Nel RAID livello 0, un disco virtuale è visto come un array di __.
Nel RAID livello 0, un disco virtuale è visto come un array di __.
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Abbina i livelli RAID con le loro caratteristiche principali:
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Quale dei seguenti livelli RAID non offre alcuna forma di protezione dei dati?
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Il RAID livello 0 divide i dati in strisce di dimensione non uniforme.
Il RAID livello 0 divide i dati in strisce di dimensione non uniforme.
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Come si mappano gli strip sui dischi nel RAID livello 0?
Come si mappano gli strip sui dischi nel RAID livello 0?
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Il controller del RAID suddivide gli strip tra i dischi secondo la formula numero-strip MOD __.
Il controller del RAID suddivide gli strip tra i dischi secondo la formula numero-strip MOD __.
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Qual è la dimensione minima di una striscia se k=1 in RAID livello 0?
Qual è la dimensione minima di una striscia se k=1 in RAID livello 0?
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Quale dei seguenti descrive meglio il RAID livello 01?
Quale dei seguenti descrive meglio il RAID livello 01?
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Il RAID livello 01 è più costoso del RAID livello 10.
Il RAID livello 01 è più costoso del RAID livello 10.
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Qual è il vantaggio principale del RAID livello 10 rispetto al RAID livello 01?
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Nel RAID livello 01, i dati sono suddivisi in __________ distribuiti su più dischi.
Nel RAID livello 01, i dati sono suddivisi in __________ distribuiti su più dischi.
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Abbina le seguenti definizioni ai livelli RAID corretti:
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Qual è un esempio di utilizzo per RAID livello 01?
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Il RAID livello 01 permette cinque letture in parallelo per un blocco di dati.
Il RAID livello 01 permette cinque letture in parallelo per un blocco di dati.
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Come viene gestita la ricostruzione di una stringa persa in un array di stringhe binarie?
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Il RAID livello 01 è anche conosciuto come __________.
Il RAID livello 01 è anche conosciuto come __________.
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Secondo la descrizione del RAID, quale affermazione è vera?
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Qual è la funzione della stringa di parità nel sistema RAID?
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Il RAID livello 4 utilizza il striping a livello di byte.
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Che cosa rappresenta la stringa-j nella formula data?
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Il RAID livello 4 garantisce il mantenimento dei dati in caso di guasto di un disco, ma con minore ________.
Il RAID livello 4 garantisce il mantenimento dei dati in caso di guasto di un disco, ma con minore ________.
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Abbina i seguenti livelli RAID con le loro caratteristiche:
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Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo il RAID livello 4?
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Nel RAID livello 4, se un disco fallisce, si può sempre recuperare i dati.
Nel RAID livello 4, se un disco fallisce, si può sempre recuperare i dati.
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Qual è la lunghezza massima delle stringhe nel RAID secondo quanto riportato?
Qual è la lunghezza massima delle stringhe nel RAID secondo quanto riportato?
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La parità nel RAID livello 4 viene calcolata usando gli strip che stanno nella stessa ________.
La parità nel RAID livello 4 viene calcolata usando gli strip che stanno nella stessa ________.
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Cosa accade quando uno strip di un disco viene modificato nel RAID livello 4?
Cosa accade quando uno strip di un disco viene modificato nel RAID livello 4?
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Study Notes
Parte V: Gestione della memoria di massa
- La parte V si occupa della gestione della memoria di massa.
- La parte VI riguarda il File System.
Parte VI: File System
- La memoria di massa (capitolo 11) è trattata.
- L'interfaccia del File System (capitolo 13).
- La realizzazione del File System (capitolo 14).
11 Memoria di massa (memoria secondaria)
- Struttura del disco rigido (hard disk).
- Scheduling del disco rigido.
- Gestione dell'area di swap.
- Sistemi RAID
- Memorie a stato solido.
11.1.1 Struttura del disco rigido
- Un hard disk (HD) è costituito da una serie di dischi (piatti) sovrapposti.
- I piatti hanno un diametro compreso tra 4,5 e 9 cm.
- Ogni piatto è suddiviso in tracce circolari concentriche.
- Ogni traccia è suddivisa in settori.
- L'insieme di tracce nella stessa posizione su diversi piatti definisce il cilindro.
- Un braccio del disco supporta una testina di lettura/scrittura per ogni piatto.
- Le testine si muovono tutte insieme, spostandosi su vari settori del piatto corrispondente.
- Il funzionamento è simile al braccio di un giradischi.
- Lo schema dell'hard disk con testine mobili è mostrato nelle figure 11.1 e 11.2.
11.1.1 Struttura del disco rigido (cont.)
- I settori sono le unità minime di memorizzazione delle informazioni.
- Fino al 2010, la dimensione standard era di 512 byte, ma ora molti produttori usano settori fino a 4 KB.
- Ogni settore memorizza un blocco di dati.
- I piatti ruotano tutti insieme, con velocità comprese tra 5400 e 15000 RPM (giri al minuto).
- Una testina può leggere/scrivere un settore solo quando questo si trova esattamente sotto la testina stessa.
- Il tempo di accesso ad un settore dipende da due componenti principali:
- Seek time (tempo di posizionamento): tempo impiegato per spostare la testina sulla traccia con il settore richiesto.
- Rotational latency (latenza rotazionale): tempo richiesto per il piatto con il settore interessato che ruoti portando il settore sotto la testina.
- I tempi di accesso sono sempre dell'ordine di qualche millisecondo.
11.1.5 Mappatura degli indirizzi
- Un hard disk può essere visto come un array unidimensionale di blocchi logici di 512 (e più di recente 4096) byte, la più piccola unità di trasferimento dati.
- Ogni settore contiene un blocco logico.
- L'array unidimensionale di blocchi logici è tradotto in settori del disco sequenzialmente.
- Il settore 0 rappresenta il primo settore della traccia più esterna del primo piatto.
- I settori successivi sono numerati consecutivamente.
- La mappatura blocchi logici → settore disco è complicata dai difetti di fabbricazione e dalle diverse lunghezze delle tracce.
- Il numero di settori per traccia non è costante; è maggiore nelle tracce più esterne.
11.2 Scheduling dei dischi rigidi
- Il sistema operativo (SO) riceve richieste di accesso a dati sul disco e deve organizzarle per ottimizzare le prestazioni.
- Il SO non può influenzare la latenza rotazionale del disco, che è mediamente pari a 1,5 volte il tempo di una rotazione completa.
- Il SO può minimizzare il seek time medio riordinando le richieste in modo che le testine si debbano muovere il meno possibile.
- Vi sono diversi algoritmi di scheduling, come ad esempio FCFS e C-SCAN.
11.2.1 Scheduling FCFS
- Coda delle richieste: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
- In tutto la testina attraversa 640 tracce.
- Invece di trattare 122-14-124, era meglio fare 122-124-14.
11.2.3 C-SCAN (Circular SCAN)
- Fornisce tempi di attesa più uniformi rispetto ad altri algoritmi, ma non garantisce il minimo tempo medio di attesa.
- La testina si muove da un estremo all'altro del piatto servendo le richieste.
- Quando raggiunge l'estremità ritorna immediatamente all'inizio senza servire richieste.
- Tratta i settori/cilindri come una lista circolare.
11.5.1 Formattazione del disco
- Un disco, prima dell'uso, necessita di una formattazione a basso livello (formattazione fisica).
- Questa formattazione (di solito fatta dal produttore dell'HD) assegna un numero ad ogni settore e predispone uno spazio per il codice di correzione degli errori.
- Durante la formattazione fisica, si può scegliere la dimensione dei blocchi fisici (512/4096 byte per settore).
11.5.1 Formattazione dell'HD (cont.)
- Il SO esegue una formattazione logica per creare e gestire il file system.
- Si crea l'elenco dei blocchi liberi e una directory iniziale.
- Si riservano aree per il SO, come il boot block (blocco di avviamento) e l'area che contiene gli attributi dei file.
11.5.1 Il blocco di avviamento (boot block)
- Il boot block contiene il codice necessario per avviare il sistema operativo.
- All'accensione, un piccolo programma nella ROM istruisce il controller del disco per caricare il boot block nella RAM.
- Il controllo passa al codice del boot block, che carica l'intero sistema operativo dal disco.
11.6 Gestione dell'area di swap
- L'area di swap è l'area riservata dal SO durante la formattazione logica dell'HD.
- Può essere gestita come un file grande all'interno del file system (come in Windows, nel file pagefile.sys).
- In alternativa, può essere una partizione separata dell'HD, trattata con strategie di allocazione diverse per massimizzare la velocità di accesso.
- L'allocazione dei blocchi può essere contigua per evitare la ricerca dei blocchi liberi in memoria secondaria.
11.6 Gestione dell'area di Swap(cont.)
- È preferibile sovradimensionare l'area di swap per garantire la disponibilità immediata di spazio libero.
- In Solaris, si consiglia di usare un'area di swap pari alla differenza tra spazio di indirizzamento logico e fisico.
- Linux suggerisce un'area di swap doppia rispetto alla RAM.
- Per sistemi multipli, si può prevedere un'area di swap per ciascun disco per bilanciare il carico di lavoro.
11.8 Sistemi RAID
- Un HD (o SSD) è più lento del processore e della RAM.
- Il guasto di un hard disk è potenzialmente dannoso e può compromettere tutti i dati.
- Un sistema RAID è una configurazione di memoria secondaria che aumenta le prestazioni e l'affidabilità di più hard disk.
- In generale, il sistema RAID viene usato in settori dove la sicurezza dei dati è fondamentale (es: finanza, banche)
11.8 Sistemi RAID (cont.)
- Il concetto di RAID è stato introdotto nel 1988 da Patterson, Gibson e Katz.
- L'acronimo originale era Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID), successivamente ridefinito come Redundant Array of Independent Disks (RAID).
- Il concetto è simile alla contrapposizione RISC/CISC.
- Un sistema RAID è composto da più dischi (un array di dischi) e viene gestito in modo da essere visto come un unico dispositivo dal sistema operativo.
11.8 Sistemi RAID (cont.)
- L'idea centrale di un sistema RAID si basa su:
- Distribuire l'informazione su più dischi per parallelizzare l'accesso e migliorare le prestazioni.
- Duplicare l'informazione su più dischi per permettere il recupero in caso di guasto di uno dei dischi.
11.8 Sistemi RAID (cont.)
- Esistono diversi livelli RAID, con funzionalità e prestazioni differenti.
- I livelli più utilizzati sono RAID 0, RAID 1, RAID 01, RAID 4 e RAID 5.
- RAID 0: non implementa alcuna ridondanza e utilizza lo striping per migliorare le prestazioni ma con un'affidabilità minore.
- RAID 1: implementa la mirroring, duplicando i dati su più dischi per una maggiore affidabilità.
- RAID 0+1 (o 01): combina striping e mirroring.
- Raid 5: combina lo striping con una parità distribuita
11.8.x RAID Livello 0 (block striping)
- I dischi sono uniti a formare un array.
- I dati sono separati e distribuiti tra tutti i dischi.
- Il RAID livello zero non implementa alcuna ridondanza o duplicazione dei dati.
- Maggiore velocità rispetto ai sistemi non RAID
- Minor affidabilità
11.8.x RAID Livello 1 (mirroring)
- Ogni blocco di dati su un disco viene duplicato su un altro disco.
- Il risultato è maggiore affidabilità.
- Il costo del livello 1 è maggiore visto che ogni dato è presente su due dispositivi di memorizzazione.
- In caso di guasto su uno dei dispositivi si può recuperare lo stesso dato dall'altro disco identico
11.8.x RAID Livello 0+1 (o 01) (striping+mirroring)
- Combinazione di RAID livello 0 e RAID livello 1.
- Migliora sia le prestazioni grazie allo striping che l'affidabilità grazie al mirroring.
- Maggiori costi rispetto a RAID 0 and RAID 1
11.8.x RAID Livello 4 (striping con parità)
- Si usa lo striping a livello di blocco e si calcola uno strip di parità per ogni strip di dati.
- Un disco memorizza gli strip di parità che si trovano nelle medesime posizioni degli altri dischi
11.8.x RAID Livello 5 (striping con parità distribuita)
- Funziona come RAID 4 ma il carico sul disco di parità viene distribuito.
- Questo rende più complessa la ricostruzione del contenuto se un disco si rompe.
- Fornisce una buona combinazione di prestazioni, affidabilità e capacità di memorizzazione
11.8.x RAID Livello 6 (striping + doppia parità distribuita)
- L'ultimo livello RAID può resistere al guasto di due dischi contemporaneamente, ma richiede un disco in più, e maggiore overhead computazionale.
- Questa soluzione è poco utilizzata perché i guasti di due dischi contemporaneamente sono molto rari.
11.1.2 Memorie a stato solido
- Sono memorie permanenti e riscrivibili, basate sulla tecnologia flash.
- Organizzate in pagine da 2 a 16 KB.
- Ogni scrittura o lettura coinvolge un'intera pagina.
- Hanno una limitazione di riscritture per pagina (circa 100.000).
- Le pagine prima di essere riscritte devono essere cancellate. Le operazioni di scrittura sono più lente delle operazioni di lettura.
- Usate come memorie di massa in dispositivi mobili (smartphones, tablet) e spesso come integrazione dei dischi rigidi nei computer portatili.
11.1.2 Memorie a stato solido (cont.)
- Possono sostituire in parte o in toto i dischi rigidi, migliorandone le prestazioni per una maggiore velocità, compattezza e minore consumo energetico.
- Possono essere utilizzate come memoria di sola lettura, memoria di sola scrittura, o memoria di sola lettura e scrittura a seconda dei casi.
11.1.2 Costi delle memorie
- I costi delle memorie a stato solido sono significativamente maggiori di quelle tradizionali (circa 2$/GB per le memorie a stato solido contro 0,09$ per i dischi rigidi).
- La velocità delle memorie a stato solido supera di molto i dischi rigidi, ma rimane simile alla memoria RAM,
Per chi vuole approfondire
- Sezione 11.6: gestione dell'area di swap.
- Sezione 11.7: connessione dei dispositivi di memorizzazione.
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