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Silberschatz, Galvin and Gagne 2002 14.1 Operating System Concepts Memoria secondaria Struttura del disco Scheduling del disco Gestione dellunità a disco.

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1 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Memoria secondaria Struttura del disco Scheduling del disco Gestione dellunità a disco Gestione dello spazio di swap La struttura RAID Affidabilità dei dischi Realizzazione della memoria stabile Cenni sui dispositivi di memoria terziaria

2 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Struttura del disco blocco logico I dischi vengono indirizzati come giganteschi vettori monodimensionali di blocchi logici, dove il blocco logico rappresenta la minima unità di trasferimento (dim. tipica 512 byte). Larray di blocchi logici viene mappato sequenzialmente nei settori del disco: Il settore 0 è il primo settore della prima traccia del cilindro più esterno. Il settore 0 è il primo settore della prima traccia del cilindro più esterno. La corrispondenza prosegue ordinatamente lungo la prima traccia, quindi lungo le rimanenti tracce del primo cilindro, e così via, di cilindro in cilindro, dallesterno verso linterno. La corrispondenza prosegue ordinatamente lungo la prima traccia, quindi lungo le rimanenti tracce del primo cilindro, e così via, di cilindro in cilindro, dallesterno verso linterno.

3 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling del disco Il SO è responsabile delluso efficiente dellhardware. Per i dischi ciò significa garantire tempi di accesso contenuti e ampiezze di banda maggiori. tempo di accesso Il tempo di accesso al disco si può scindere in due componenti principali: Tempo di ricerca (seek time ) è il tempo impiegato per spostare la testina sul cilindro che contiene il settore desiderato. Tempo di ricerca (seek time ) è il tempo impiegato per spostare la testina sul cilindro che contiene il settore desiderato. Latenza di rotazione (rotational latency ) è il tempo necessario perché il disco ruoti fino a portare il settore desiderato sotto alla testina. Latenza di rotazione (rotational latency ) è il tempo necessario perché il disco ruoti fino a portare il settore desiderato sotto alla testina. Per migliorare le prestazioni si può intervenire solo sul tempo di ricerca, e si tenta quindi di minimizzarlo. Seek time distanza di spostamento. larghezza di banda La larghezza di banda del disco è il numero totale di byte trasferiti, diviso per il tempo trascorso fra la prima richiesta del servizio e il completamento dellultimo trasferimento.

4 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling del disco Una richiesta di accesso al disco può venire soddisfatta immediatamente se unità a disco e controller sono disponibili; altrimenti la richiesta deve essere aggiunta alla coda delle richieste inevase per quellunità. algoritmo di scheduling Il SO ha lopportunità di scegliere quale delle richieste inevase servire per prima: uso di un algoritmo di scheduling. Gli algoritmi di scheduling del disco verranno testati sulla coda di richieste per i cilindri (0–199): 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 La testina dellunità a disco è inizialmente posizionata sul cilindro 53.

5 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling FCFS First Come First Served FCFS (First Come First Served ): è un algoritmo intrinsecamente equo. Si produce un movimento totale della testina pari a 640 cilindri.

6 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling SSTF Seleziona la richiesta con il minor tempo di seek a partire dalla posizione corrente della testina. Shortest Seek Time First SSTF (Shortest Seek Time First ) è una forma di SJF; può causare lattesa indefinita di alcune richieste. Si ha un movimento totale pari a 236 cilindri. SSTF non è ottimo: spostandosi dal ci- lindro 53 al 37, e poi al 14, prima di invertire la marcia per servire le altre richieste, si riduce la distanza a 208 cilindri.

7 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling SCAN algoritmo dellascensore Il braccio della testina si muove da un estremo allaltro del disco, servendo sequenzialmente le richieste; giunto ad un estremo inverte la direzione di marcia e, conseguentemente, lordine di servizio. È chiamato anche algoritmo dellascensore. Si ha un movimento totale pari a 236 cilindri.

8 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling C–SCAN Garantisce un tempo di attesa più uniforme rispetto a SCAN. La testina si muove da un estremo allaltro del disco servendo sequenzialmente le richieste. Quando raggiunge lultimo cilindro ritorna immediatamente allinizio del disco, senza servire richieste durante il viaggio di ritorno. Considera i cilindri come una lista circolare, con lultimo cilindro adiacente al primo.

9 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scheduling C–LOOK Versione ottimizzata (e normalmente implementata) di C–SCAN. Il braccio serve lultima richiesta in una direzione e poi inverte la direzione senza arrivare al termine del disco.

10 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Scelta di un algoritmo di scheduling SSTF è comune ed ha un comportamento naturale. LOOK e C–LOOK hanno migliori prestazioni per sistemi con un grosso carico di lavoro per il disco (minor probabilità di blocco indefinito). Le prestazioni dipendono dal numero e dal tipo di richieste. Le richieste di servizio al disco possono essere influenzate dal metodo di allocazione dei file. Lalgoritmo di scheduling del disco dovrebbe rappresentare un modulo separato del SO, che può essere rimpiazzato da un algoritmo diverso qualora mutassero le caratteristiche del sistema di calcolo. Sia SSTF che LOOK sono scelte ragionevoli per un algoritmo di default.

11 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Gestione dellunità a disco Formattazione di basso livelloformatta- zione fisica Formattazione di basso livello, o formatta- zione fisica Si suddivide il disco in settori che possono essere letti e scritti dal control- lore del disco. Per poter impiegare un disco per memoriz- zare i file, il SO deve mantenere le proprie strutture dati sul disco. Si partiziona il disco in uno o più gruppi di cilindri. Si partiziona il disco in uno o più gruppi di cilindri. Formattazione logica o creazione di un file system. Formattazione logica o creazione di un file system. boot Il blocco di boot inizializza il sistema. Il bootstrap è memorizzato in ROM. Il bootstrap è memorizzato in ROM. Il caricamento del sistema avviene grazie al bootstrap loader. Il caricamento del sistema avviene grazie al bootstrap loader. Si impiega laccantonamento dei settori per gestire i blocchi difettosi. Configurazione del disco in MS–DOS

12 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Gestione dello spazio di swap Spazio di swap Spazio di swap: la memoria virtuale impiega lo spazio su disco come unestensione della memoria centrale. Lo spazio di swap può essere ricavato allinterno del normale file system o, più comunemente, si può trovare in una partizione separata del disco. 4.3BSD UNIX Esempio: Gestione dello spazio di swap di 4.3BSD UNIX: Alloca lo spazio di swap allavvio del processo; si riserva spazio sufficiente per il segmento di testo e il segmento dei dati. Il kernel impiega due mappe di swap per ogni processo per tener traccia delluso dello spazio di swap. La mappa per il segmento di testo indicizza blocchi di 512K. La mappa per il segmento dei dati ha dimensione fissa, ma contiene indirizzi relativi a blocchi di dimensioni variabili. Ogni nuovo blocco aggiunto è grande il doppio del precedente. Solaris 2 Solaris 2 alloca lo spazio di swap al momento in cui una pagina viene spostata fuori dalla memoria fisica, non allatto della sua creazione.

13 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Esempio: 4.3 BSD UNIX Mappa di swap per il segmento dei dati Mappa di swap per il segmento di testo

14 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Struttura RAID RAID, Redundant Array of Independent Disksaffidabilità ridondanza RAID, Redundant Array of Independent Disks laffidabilità del sistema di memorizzazione viene garantita tramite la ridondanza. Le tecniche per aumentare la velocità di accesso al disco implicano luso di più dischi cooperanti. sezionamentodel disconterfogliatura Il sezionamento del disco o interfogliatura tratta un gruppo di dischi come ununica unità di memorizzazione: ogni blocco di dati è suddiviso in sottoblocchi memorizzati su dischi distinti. Il tempo di trasferimento per rotazioni sincronizzate diminuisce proporzional- mente al numero dei dischi nella batteria. Gli schemi RAID migliorano prestazioni ed affidabilità memorizzando dati ridondanti: Il mirroring o shadowing conserva duplicati di informazione. Il mirroring o shadowing conserva duplicati di informazione. La struttura a blocchi di parità interfogliati utilizza un minor grado di ridondanza, mantenendo buona affidabilità. La struttura a blocchi di parità interfogliati utilizza un minor grado di ridondanza, mantenendo buona affidabilità.

15 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Struttura RAID Livelli RAID RAID (0 + 1) e (1 + 0)

16 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Realizzazione della memoria stabile Per realizzare una memoria stabile: Si replicano le informazioni in più dispositivi di memoria non volatile con modalità di malfunzionamento indipendenti. Si replicano le informazioni in più dispositivi di memoria non volatile con modalità di malfunzionamento indipendenti. Si aggiornano le informazioni in modo controllato, per assicurare il ripristino dei dati dopo ogni malfunzionamento, anche se avvenuto durante il trasferimento o durante leventuale recupero degli stessi da un malfunzionamento precedente. Si aggiornano le informazioni in modo controllato, per assicurare il ripristino dei dati dopo ogni malfunzionamento, anche se avvenuto durante il trasferimento o durante leventuale recupero degli stessi da un malfunzionamento precedente.

17 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Dispositivi di memorizzazione terziaria I compiti principali del SO sono la gestione dei dispositivi fisici e la presentazione di una macchina virtuale astratta alle applicazioni utente. La caratteristica fondamentale della memorizzazione terziaria è il basso costo. mezzi rimovibili Generalmente, viene effettuata su mezzi rimovibili, ad esempio floppy disk, CD–ROM, nastri magnetici. La maggior parte dei SO gestisce i dischi rimovibili come i dischi fissi: un nuovo supporto viene formattato, e un file system vuoto viene generato sul disco. I nastri sono presentati come un mezzo di memorizzazione a basso livello, e le applicazioni non aprono un file, ma lintero nastro. In genere lunità a nastro è riservata per unapplicazione alla volta.

18 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Affidabilità e costi nella gerarchia di memoria Il disco fisso è un supporto più affidabile di un floppy o di un nastro magnetico, così come è superiore laffidabilità dei CD–ROM rispetto ai supporti rimovibili magnetici. Limpatto della testina su un settore del disco fisso generalmente distrugge dati; in situazione analoga i supporti ottici, o i nastri magnetici mostrano maggior affidabilità. La memoria principale è un supporto molto più costoso del disco. Il costo dello spazio disco è superiore a quello dei supporti magnetici a nastro. Nella gerarchia delle memorie (dalla memoria primaria alla terziaria) si va da supporti più piccoli e costosi, ma rapidamente accessibili, verso supporti grandi e poco costosi, con basse prestazioni.

19 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Costo al megabyte per la DRAM, 1981–2000

20 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Costo al megabyte per lhard disk, 1981–2000

21 Silberschatz, Galvin and Gagne Operating System Concepts Costo al megabyte del nastro magnetico, 1984–2000


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