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Capítulo 21 Discos rígidos - Coggle Diagram
Capítulo 21
Discos rígidos
Discos rígidos
: Dispositivo de armazenamento magnético
Características:
Um ou mais discos metálicos
Taxa de transferência entre 0.5 e 2 Gbps
Criado em 1954
Latência entre 2 e 10 ms
Características:
Velocidade de rotação entre 4.200 e 15.000 RPM
Capacidade entre 100s GB e 10 TB
Estrutura lógica do disco rígido
Estrutura:
Faces (ou cabeças): duas por disco metálico
Trilhas (ou cilindros): faixas concêntricas
Setores: “fatias” angulares
Blocos físicos:
Interseção entre cabeça, trilha e setor
Tamanho fixo de 512 ou 4.096 bytes
Endereçamento dos blocos:
Esquema CHS: Cylinder, Head, Sector (interno)
Esquema LBA: Large Block Array (firmware ou BIOS)
Interface de acesso
Padrões de interface do controlador:
SCSI
2,5 Gbit/s
paralelo
servidores
obsoleto
SATA
6 Gbit/s
serial
desktops
atual
IDE
1 Gbit/s
paralelo
desktops
obsoleto
SAS
12 Gbit/s
serial
servidores
atual
Estrutura do driver:
Interação por eventos e DMA
Transfere grupos de blocos físicos (clusters)
Blocos lógicos ou clusters: 512 a 64 K Bytes
Escalonamento de acessos
O disco é um dispositivo
lento
!
Latência rotacional tr ≈ 5ms
Tempo de busca ts ≈ 10ms (seek time)
O disco é um dispositivo
sequencial
: trata um pedido por vez!
Tratamento dos pedidos de acesso ao disco:
A fila é organizada de acordo com um algoritmo
Busca-se
desempenho e justiç
a
Pedidos dos processos são mantidos em uma fila
Algoritmos de escalonamento clássicos
SSTF - Shortest Seek-Time First
Menor tempo de busca primeiro. Atender o pedido que está
mais próximo
da cabeça
SCAN, C-SCAN, LOOK e C-LOOK (“elevador”)
SCAN
A cabeça “varre” (scan) o disco nos dois sentidos.
Também chamado de “algoritmo do elevador”
Bom desempenho e mais justiça no atendimento dos pedidos
C-SCAN
Variante “circular” do algoritmo SCAN.
Varre o disco somente em um sentido
Tempo de espera mais homogêneo aos pedidos pendentes.
LOOK
Otimização do algoritmo SCAN
A cabeça não avança até o final do disco
C-LOOK
Otimização do algoritmo C-SCAN
FCFS - First Come, First Served
Atender as requisições na ordem em que foram emitidas.
Escalonadores de disco no Linux
Noop
Baseado em FCFS
Agrupa pedidos ao mesmo bloco ou blocos adjacentes
Usado em SSD e sistemas RAID
Deadline e Anticipatory
Associa prazos aos pedidos (500 ms leitura, 5s escrita)
Baseado no algoritmo C-SCAN, priorizando os prazos
Anticipatory: agrupa leituras do mesmo processo
CFQ - Completely fair queueing
Pedidos são distribuídos em várias filas (64 por default)
Cada fila tem uma fatia de tempo para acessar o disco
Sistemas RAID
Problemas dos discos rígidos:
Discos são lentos
Discos podem falhar, levando à perda de dados
Estratégia RAID: Redundant Array of Independent Disks
Redundância
(cópias) permitem tolerar falhas
Implementado em hardware dedicado ou so ware
Operações em paralelo
permitem maior desempenho
Opera com blocos (abaixo dos arquivos)
Criar um
disco lógico
a partir de discos físicos
Níveis RAID:
RAID 1
- espelhamento de discos
Estratégia
: espelhamento (cópias do disco)
Boa velocidade, tolera falhas de disco, mas tem alto custo.
RAID 2
- redundância de bits (não usado)
RAID 0
- soma de discos (linear ou stripping)
linear
Estratégia
: concatena discos em sequência
Mais espaço e velocidade, sem redundância.
striping
Estratégia
: concatena discos em faixas de blocos
Desempenho mais equilibrado entre discos.
RAID 3
- redundância de bytes (não usado)
RAID 4
- redundância de blocos, disco de paridade
Estratégia
: disco com blocos de paridade dos demais discos
Não é usado, base conceitual do RAID 5.
RAID 5
- redundância de blocos, blocos de paridade distribuídos
Estratégia
: blocos de paridade espalhados nos discos
Mais velocidade com tolerância a falhas e baixo custo.
RAID 6
- dois blocos de paridade, para tolerar mais erros