• Để đọc đĩa, phải xác địnhnhớ • Thời gian tìm kiếm: tìm được rãnh • Khoảng thời gian trống: nhận được sector và • Thời gian chuyển giao: lấy được bit khỏi đĩa 1.. • Cấu trúc đĩa– Các ổ
Trang 1Posts and Telecommunications Institute of Technology
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Chương VII: Ổ đĩa và RAID
Giảng viên: TS Nguyễn Quý Sỹ
Email: synq@ptit.edu.vn
Trang 2• Hơn 50 năm trước!
1 Giới thiệu
Trang 3• Dữ liệu trên đĩa 1” 8GB trên tay phải gấp 80.000 lần đĩa
trên tay trái có kích thước 24” của máy RAMAC…
1 Giới thiệu (t)
Trang 4• Ổ đĩa trông như thế nào?
1 Giới thiệu (t)
Trang 5• 512 đối với hầu hết PC
• Chú ý: có các khoảng trống giữa các sector
1 Giới thiệu (t)
Trang 6• Để đọc đĩa, phải xác định
nhớ
• Thời gian tìm kiếm: tìm được rãnh
• Khoảng thời gian trống: nhận được sector và
• Thời gian chuyển giao: lấy được bit khỏi đĩa
1 Giới thiệu (t)
Track Sector
Seek Time
Rotation Delay
Trang 7$.10/MB Mất nội dung
sector sector 5ms not on a good curve 200MB/s
$.002MB Không vấn đề
Trang 8• Cấu trúc đĩa
– Các ổ đĩa đánh địa chỉ như là các mảng 1 chiều của các khôia
logic
• Khối logic là khối nhỏ nhất của chuyển giao
• Địa chỉ 0 là sector đầu tiên của rãnh đầu tiên nằm ngoài cùng
(cylinder ngoài cùng)
• Các địa chỉ tăng lên trong rãnh, sau đó trong các rãnh của
cylinder, sau đó ngang qua các cylinder từ trong ra ngoài
• Một số sector có thể bị khiếm khuyết
• Số lượng sector trên một thay đổi
1 Giới thiệu (t)
Trang 9• Disk Partitioning-Phân mảnh đĩa
• Chứa mã khởi động + bảng phân mảnh
• Bảng phân mảnh có sector bắt đầu và kích thước mỗi mảnh
• Thực hiện cho từng mảnh
• Xác định khối khởi động, danh sách chỗ trống, cấu trúc thư mục
và hệ thống file rỗng
• BIOS nạp MBR, chương tình khởi động kiểm tra để xem mảnh
tích cực
• Đọc sector khởi động từ mảnh này, sau đó nạp Kernel OS
1 Giới thiệu (t)
Trang 10• Động lực của RAID
• 1970 thời gian tím kiếm: 50-100 ms.
• 2000s thời gian tìm kiếm: <5 ms.
• Sau 3 thập kỷ cải thiện được 20 lần
file trên các đĩa khác), I/O song song có thể nâng cao thời gian truy cập
• 100 đĩa có thời gian trung bình 1/100 giữa các lỗi của 1 đĩa
cần một số thứ để trợ giúp độ tin cậy/tính hiệu dụng
– Để tăng cường độ tin cậy, chúng ta có thể bổ sung dữ liệu dự
phòng cho các đĩa ngoài tháo dỡ
1 RAID
Trang 11• Động lực của RAID
• 1970 thời gian tím kiếm: 50-100 ms.
• 2000s thời gian tìm kiếm: <5 ms.
• Sau 3 thập kỷ cải thiện được 20 lần
file trên các đĩa khác), I/O song song có thể nâng cao thời gian truy cập
• 100 đĩa có thời gian trung bình 1/100 giữa các lỗi của 1 đĩa
cần một số thứ để trợ giúp độ tin cậy/tính hiệu dụng
– Để tăng cường độ tin cậy, chúng ta có thể bổ sung dữ liệu dự
phòng cho các đĩa ngoài tháo dỡ
1 RAID
Trang 12• RAID là Redundant Array of Inexpensive Disks
100) trong một hộp để tăng dung lượng, hoạt động và tính khả dụng
trong máy tính
trên các đĩa theo một số cách
1 RAID (t)-What?
Trang 13• Một số vấn đề của RAID
• Hạt nhỏ mịn: Tháo rời từng file lên tất cả các đĩa Điều này mang
lại thông lượng cao đối với file, nhưng giới hạn chuyển giao cả file cung lúc
• Hạt to thô: Tháo rời từng file trên chỉ một ít đĩa Giới hạn thông
lượng cho 1 file nhưng cho phép truy cập file song song nhiều hơn
• Phân phát đồng nhất thông tin dự phòng trên các đĩa: tránh các
vấn đề cân bằng tải
• Tập trung thông tin dự phòng trên một số lượng nhỏ các đĩa:
phân mảnh thành các đĩa dữ liệu và đĩa dự phòng
1 RAID (t)
Trang 14• Mức 0 là mảng đĩa không dự phòng
1 RAID (t)-RAID mức 0
Stripe 0 Stripe 4
Stripe 3 Stripe 1 Stripe 2
Stripe 8 Stripe 10 Stripe 11
Stripe 7 Stripe 6
Stripe 5 Stripe 9
data disks
Trang 15• Các đĩa “soi gương”
Stripe 8 Stripe 10 Stripe 11
Stripe 7 Stripe 6
Stripe 5 Stripe 9
Stripe 0 Stripe 4
Stripe 3 Stripe 1 Stripe 2
Stripe 8 Stripe 10 Stripe 11
Stripe 7 Stripe 6
Stripe 5 Stripe 9
Trang 16• Bạn cần làm gì để phát hiện và chuẩn hoá một lỗi bit?
bit: <b3, b2, b1, b0>, ví dụ 0110
– Parity(<b3, b2, b1, b0 >) = P0 = b0 ⊗ b1 ⊗ b2 ⊗ b3
– Parity(<b3, b2, b1, b0, p0>) = 0 if all bits are intact
– Parity có thể phát hiện một lỗi đơn nhưng không thể xác định
được bit nào bị lỗi
1 RAID (t)-Parity và mã Hamming
Trang 17• Phát hiện và chuẩn hoá yêu cầu nhiều việc hơn
chuân rhoá c lỗi 1 bit
là bị lỗi lỗi ở bit thứ 5.
1 RAID (t)-Parity và mã Hamming (t)
Trang 18• Tháo rời mức bit với các mã Hamming (ECC) để chuẩn hoá lỗi
ECC disks
Trang 19• Sử dụng 1 đĩa parity
trên tất cả các đĩa khác
toán dữ liệu bị mất
1 RAID (t)-RAID mức 3
data disks
Parity disk Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Parity
Trang 20• Kết hợp mức 0 và 3 – parity ở mức khối cùng với tháo rời
Stripe 5 Stripe 9
P4-7 P8-11
Trang 21• Parity phân bố đan xen giữa các khối
tất cả các đĩa (cũng như dữ lệu trên tất cả các đĩa)
1 RAID (t)-RAID mức 5
data and parity disks
Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3 P0-3 Stripe 4
Stripe 8 P8-11 Stripe 10
P4-7 Stripe 6
Stripe 5 Stripe 9
Stripe 7 Stripe 11
Trang 22• Level 5 với một bit parity mở rộng
1 RAID (t)-RAID mức 6
Trang 231 RAID (t)-RAID mức 0+1 và 1+0
Trang 24Kết thúc bài 7