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Gestion de mémoire secondaire 1- Structure d`un disque 2
Gestion de mémoire secondaire F. Boyer, Laboratoire Sardes [email protected] 1- Structure d’un disque 2- Ordonnancement des requêtes 3- Gestion du disque - formatage - bloc d’amorçage - récupération d’un bloc défectueux 4- Fiabilité des disques 5- Gestion de l’espace de swap © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 1 Ce cours a été conçu à partir de… ■ Cours de E. Berthelot ◆ http://www.iie.cnam.fr/%7EBerthelot/ ■ Cours de A. Sylberschatz ◆ www.sciences.univnantes.fr/info/perso/permanents/attiogbe/SYSTEME/CoursSysteme.html ■ Cours de A. Griffaut ◆ http://dept-info.labri.fr/~griffault/Enseignement/SE/Cours ■ Cours de H. Bouzourfi, D. Donsez ◆ http://www-adele.imag.fr/~donsez/cours/#se © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 2 Supports de stockage ■ Disques durs ■ Disques optiques ■ Bandes magnétiques © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 3 Bandes magnétiques ■ Différentes technologies (serpentine, parallèles, hélicoidales) ■ Capacités de stockage jusqu’à 100Go (NCPT/Next Compatible Tape Product de Philips) ■ Vitesse de 4 à 10 Mo/s ■ Par rapport aux disques optiques : moins chères mais accès aléatoires plus lents ■ Utilisées pour les sauvegardes (systèmes information, bases de données, serveurs Web, etc) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 4 Disques optiques ■ Plusieurs technologies (write-once / réinscriptible) ■ CR-ROM : ◆ 500 à 700 Mo ◆ 150 Ko/s ■ DVD : ◆ 4 à 18 Go ◆ DVD lecture seule ◆ DVD-R (inscriptible une fois) ◆ DVD-RW (lect/ecr) ◆ DVD-RAM (lect/ecr, technologie optique-magnétique) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 5 Disques durs ■ Plus rapide que les supports de stockage précédents ■ Accès aléatoire ■ Capacité : 4 (MicroDrive) à 80 Go (Maxtor) ■ Utilisés pour : ◆ le stockage de données persistentes ◆ La mise en œuvre d’une mémoire virtuelle ◆ La mise en œuvre du « swapping de processus » © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 6 Quelques Chiffres Taille Coût au Go Vitesse de rotation Vit. de transfert – piste interne Vit. de transfert – piste externe Taille du cache Temps moyen de dépl. bras Délai rotationnel moyen Nbre de cylindres Nbre de plateaux Nbre de têtes Mean Time between failures © 2004, F. Boyer, UJF EIDE Ultra ATA100 40 Go 1,9 euros 7200 t/min 555Mbits/s 100Mbits/s 2Mo 9,5ms 4,16ms 16383 2 4 600000 h Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 SCSI Ultra 160 80 Go 16,46 euros 15000 t/min 700Mbits/s 200Mbits/s 8Mo 3,6ms 2ms 18479 4 8 1200000h 7 Structure d’un disque dur ■ Conceptuellement : ◆ Suite de blocs séquentiels ◆ Le bloc est la plus petite unité de transfert ■ Physiquement : ◆ Ensemble de plateaux (double faces) ◆ Chaque plateau est composé de pistes (circonférences sur le plateau) ◆ Chaque piste est composée de secteurs. © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 8 Structure d’un disque dur (2) Cyclindres 0..K 0 1 2 têtes Pistes 0..K plateaux à double faces © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 bras 9 Structure d’un disque dur (3) Piste découpée en secteurs (ex:512o) Nb de secteurs par piste constant / variable (nouveaux disques) secteurs 1 0 NbS-1 © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 10 Adressage de l’espace disque ■ Numérotation des secteurs : ◆ Piste 0 sur Face 0 : secteurs 0..nbsp-1 ◆ Piste 0 sur face 1 : secteurs nbsp..2nbsp – 1 ◆ Piste 0 sur face 2 : secteurs 2nbsp .. 3nbsp – 1 ◆ … ◆ Piste 0 sur face nbf-1 : secteurs (nbf-1)*nbsp.. nbf*nbsp – 1 ◆ Piste 1 sur face 0 : secteurs nbf*nbsp .. bbf * nbsp + nbsp-1 ◆ etc ■ Avec : nbf = nombre de faces du disque nbsf = nombre de secteurs par face nbsp = nombre de secteurs par piste nbsc = nombre de secteurs par cylindre © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 11 Adressage de l’espace disque ■ Linéarisation de l’espace : on donne un numéro de secteur logique N composé comme suit : No cylindre nc No face nf No secteur ns N = ns + nf * nbsf + nc * nbsc © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 12 Quantum d’allocation ■ Les opérations élémentaires se font sur un nombre entier de secteurs (bloc) : ◆ un disque de 20 Mo structuré en secteurs de 512 octets en contient 40 000 ◆ un disque de 5Go structuré en secteurs de 4096 octets en contient 1.2 millions Æ grande diversité Î Définir le quantum d’allocation Perte d’espace © 2004, F. Boyer, UJF Nombre d’unités allouables Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 13 Ordonnancement des requêtes disque ■ Objectif: minimiser les temps d’accès ■ Temps d’accès ◆ Temps de positionnement du bras = temps de déplacement de la tête de lecture/écriture sur la bonne piste ◆ Temps de positionnement rotationnel = temps d’attente pour que le bloc désiré passe sous la tête ◆ Temps de transfert ■ Bande passante = nombre total de bits fransférés divisé par le temps total entre l”émission de la requête et sa terminaison. © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 14 Requête ■ Une requête spécifie : ◆ type d’opération (entrée / sortie) ◆ adresse disque ◆ adresse mémoire ◆ nb octets © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 15 Algorithmes d’ordonnancement disque ■ Différents algorithmes (FCFS, SSTF, SCAN, ...) ■ Illustration avec une liste de requêtes (0-199) : ◆ 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 ◆ Hypothèse : initialement, la tête pointe sur 53 © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 16 FCFS(First Come - First Served) L’illustration montre un mouvement total de la tête de 640 pistes. © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 17 SSTF (Shortest Seek Time First) ■ Sélectionner la requête la plus proche de la position courante de la tête ■ SSTF est une forme de scheduling pouvant causer la famine de certaines requêtes © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 18 SSTF (2) Mouvement de la tête de 236 pistes © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 19 SCAN ■ SCAN = balayage ■ La tête démarre à une extrémité et se déplace jusqu’à l’autre extrémité en servant toutes les requêtes au passage (piste par piste) ■ Parfois appelé algorithme de l’ascenceur (ou chasseneige) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 20 SCAN (2) Mouvement de la tête de 208 pistes © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 21 C-SCAN ■ Circular-SCAN ■ Fournit un temps d’attente encore plus uniforme que SCAN ■ Quand la tête arrive à une extrémité du disque, elle retourne immédiatement au début du disque. © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 22 C-SCAN (2) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 23 C-LOOK ■ Version of C-SCAN ■ Recherche une requête avant de traverser le disque © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 24 C-LOOK (2) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 25 Sélection d’un algorithme ■ SSTF largement utilisé ■ SCAN et C-SCAN plus performants pour les systèmes qui font une utilisation intensive des disques Dans tous les cas : ■ Performance dépend du nombre et type des requêtes ■ Requêtes peuvent dépendre de l’implémentation du SGF (fichiers contigus, chainés, indexé) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 26 Gestion du disque ■ Formatage ◆ Formatage physique = découpage en secteurs ❖ Secteur : en-tête, contenu ❖ En-tete possède un code correcteur d’erreur (ECC), actualisé à chaque écriture ◆ Formatage logique ❖ Installation des données du système (ex: FAT, inodes, etc) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 27 Gestion des blocs défectueux ■ Blocs initialement défectueux ■ Blocs devenant défectueux en cours d’utilisation ■ Gestion par le contrôleur ◆ Formatage ◆ Réserve de blocs sains © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 28 Gestion des pannes ■ Disque = composant le moins fiable d’un système ■ Sauvegardes ◆ récupération des données de reprise ■ Disques RAID ◆ prévention de la perte de données ◆ Parallélisation des accès © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 29 Sauvegardes ■ Sauvegarde de reprise / sauvegarde incrémentale ◆ Jour 1 : copier tous les fichiers d’une partition ◆ Jour 2 : copier sur un autre support tous les fichiers modifiés depuis Jour 1 ◆ Jour 3 : copier sur un autre support tous les fichiers modifiés depuis Jour 2 ◆ … ◆ Jour N : retourner au jour 1 ■ Incohérence ou perte d’objets : remonter dans les sauvegardes incrémentales jusqu’à trouver l’objet cherché © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 30 Sauvegardes (2) Nature de la sauvegarde période conservation incrémentale 8 heures 15 jours reprise 7 jours 3 mois Æ Fiabilité limitée (perte d’informations possibles) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 31 Disques RAID ■ (Redondant Arrays of Inexpensive Disks) ■ Redondance des données ■ Parallélisation des E/S ■ 5 niveaux de disques RAID ■ Niveaux 1 et 5 très utilisés © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 32 Disque RAID 0 ◆ Découpage d’une partition en bandes de taille égales ◆ Répartition des partition sur différents disques © 2004, F. Boyer, UJF 1 4 7 10 13 2 5 8 11 14 3 6 9 12 15 Disque 1 Disque 2 Disque 3 Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 33 Disques RAID (niveau 1) ■ RAID-1 ◆ Disques miroir utilise un disque miroir pour chaque disque duplique chaque écriture la lecture peut se faire sur n’importe quel disque miroir © 2004, F. Boyer, UJF 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Disque 1 Disque 2 Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 34 Disques RAID (niveau 5) ■ RAID-5 ◆ Parité entrelacée utilise un disque pour stocker des blocs de parité (EOR : ou exclusif) 100 disques –> temps moyen de perte de données est de 90 années (2 à 3 ans avec les gros disques chers) © 2004, F. Boyer, UJF 1 3 5 7 9 2 4 6 8 10 Disque 1 Disque 2 EOR(1,2) EOR(3,4) EOR(5,6) EOR(7,8) EOR(9,10) Disque 3 Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 35 Disques RAID Æ Solutions peu chères Æ performantes Æ fiables © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 36 RAID Levels © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 37 RAID (0 + 1) and (1 + 0) © 2004, F. Boyer, UJF Cours de Systèmes d’Exploitation – RICM2 38
