Bài giảng Hệ điều hành: Chương 6

ệ ề

H đi u hành

ươ

ư

ữ

ấ

Ch

ng

6: C u trúc l u tr đĩa

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ổ

T ng quan

ố

• C u trúc đĩa ấ • Đi u ph i đĩa ề • Qu n lý đĩa ả • SWAP • RAID

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ấ

C u trúc đĩa

ơ ử ụ

ớ

ơ ấ ượ ề

• Đĩa có ba u đi m chính h n s d ng b ư ộ ể ữ ể ư nh chính đ l u tr : – Dung l ữ ớ ư ng l u tr l n h n r t nhi u. – Giá trên m t bit r h n. ẻ ơ ộ – Thông tin không b m t đi khi không còn cung ị ấ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ệ ấ c p đi n.

ấ

C u trúc đĩa

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ề

ố

Đi u ph i đĩa

• T c đ đĩa bao g m ba ph n. ầ ọ ế

ầ

ố ộ – seek time : di chuy n đ u đ c đ n track hay

ố ầ ế ế – latency time : ch cho đ n khi kh i c n thi t

ế ướ ầ i đ u đ c đ n d

ồ ể cylinder thích h p ợ ờ ọ ậ

ể ữ ệ ữ – transfer time : v n chuy n d li u gi a đĩa và

ộ ớ b nh

ề

ấ

• seek time và latency time là m t nhi u th i ờ

gian nh t ấ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ậ

Thu t toán FCFS

ụ ầ

ố ạ

• Ví d : c n ph i đ c các kh i t I các ả ọ ứ ự ư

nh sau :

cylinder theo th t – 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67

ả ử ệ ạ ầ

ở ị

• Gi

s hi n t

ọ i đ u đ c đang

v trí 53.

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ậ

Thu t toán SSTF

ậ

ẽ ể ị ế t theo v trí l n l

• Thu t toán này s di chuy n đ u đ c đ n ầ ọ ế ầ ượ ầ t g n ấ ọ

ủ ầ ố ạ

ụ ầ

ọ

ả ử ệ ạ ầ

ở ị

ố ầ các kh i c n thi ệ ớ ị v i v trí hi n hành c a đ u đ c nh t. • Ví d : c n đ c các kh i t I các cylinder ư nh sau : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67. Gi

ọ i đ u đ c đang

s hi n t

v trí 53.

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ậ

Thu t toán SCAN

ể ầ ậ • Theo thu t toán này, đ u đ c s di chuy n v m t ề ộ

ừ ọ ẽ ể

ủ phía c a đĩa và t ụ ầ ố ạ ọ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ệ ạ ầ ở ị đó di chuy n qua phía kia. • Ví d : c n đ c các kh i t I các cylinder nh ư ả ử sau : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67. Gi s hi n t ọ i đ u đ c đang v trí 53.

ậ

Thu t toán CSCAN

ậ ươ ỉ nh thu t toán SCAN, ch • Thu t toán này t

ủ

ẽ ậ ứ ậ ộ ầ ắ ầ ủ

ụ ầ ọ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ệ ạ ầ ở ị ự ư ng t ế ể khác là khi nó di chuy n đ n m t đ u nào đó c a ở ề ầ đĩa, nó s l p t c tr v đ u b t đ u c a đĩa. • Ví d : c n đ c các kh i t I các cylinder nh ư ố ạ ả ử s sau : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67. Gi hi n t ọ i đ u đ c đang v trí 53.

ậ

Thu t toán LOOK

ườ ỉ ế • Thông th ng thì đ u đ c ch chuy n đ n

ế ọ ầ ấ ở ỗ ướ m i h ể ng ch không đ n

ứ ượ ỉ c ch nh theo

ọ

ụ ầ ố ạ ọ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ệ ạ ầ ở ị cylinder xa nh t ố cu i. Do đó SCAN và CSCAN đ ậ ị ự ế và g i là l p l ch LOOK. th c t • Ví d : c n đ c các kh i t I các cylinder nh ư ả ử sau : 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, và 67. Gi s hi n t ọ i đ u đ c đang v trí 53.

ị

ạ Đ nh d ng đĩa

ớ

ộ

ừ

ế ữ ữ ệ

• M t đĩa t ộ ắ ỉ tính m i ch là m t phi n tr ng • Tr ướ ể ư ộ c khi m t đĩa có th l u tr d li u, ể b ộ ả ượ nó ph i đ c chia thành các sector đ ể đi u khi n đĩa có th đ c và vi

ế t.

ạ

ớ

ấ ặ

ừ

ườ

• C u trúc d li u cho m t sector th ữ ệ ề

ộ

• Đ nh d ng c p th p đi n vào đĩa v i m t ộ t cho t ng sector. ng bao ườ ng

ộ ế

ể ọ ề ề ị ấ ệ ữ ệ ấ c u trúc d li u đ c bi ộ ữ ệ ấ ồ g m m t tiêu đ , m t vùng d li u (th là 512 byte), và mã k t thúc.

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ị

ạ Đ nh d ng đĩa

ứ ể

c s d ng b i b đi u khi n đĩa, ch ng

ư ố ệ ủ

ộ

ế ữ ệ

• Các tiêu đ và mã k t thúc ch a thông tin ề ế ẳ ở ộ ề ượ ử ụ đ ử ạ h n nh s hi u c a sector và m t mã s a ỗ i (ECC). l • Khi b đi u khi n vi ộ ề

t d li u vào m t

ộ

ị

ườ c c p nh t v i m t giá tr tính t

ộ ng, ECC ừ ấ ả t c

t

ể sector trong quá trình I / 0 bình th ậ ớ ượ ậ đ ự ữ ệ các byte trong khu v c d li u.

c đ c, ECC đ ớ

ự ượ ọ i và so sánh v i giá tr đ

ượ c ị ượ ư c l u

• Khi d li u khu v c đ ữ ệ ạ tính toán l tr .ữ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ị

ạ Đ nh d ng đĩa

ướ ể ử ụ ậ • Tr

ẫ ầ ể ứ ạ

ộ c khi có th s d ng m t đĩa đ ch a các t p ấ ả ghi l ệ ề tin, h đi u hành v n c n ph i i các c u trúc ủ ữ ệ d li u riêng c a mình trên đĩa. ướ ầ ộ

ệ ề ề

• B c đ u tiên là phân vùng đĩa thành m t ho c ặ ỗ nhi u nhóm các cylinder. H đi u hành coi m i ộ phân vùng nh th là m t đĩa riêng bi

ữ ư ể ệ ề ệ t. ấ

ề ệ ố ữ , h đi u hành l u tr các c u trúc d ầ ấ

ể ả ồ

ổ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ộ ố • Ti p theo ư ế ệ li u ban đ u v h th ng file vào đĩa. Các c u trúc ồ ữ ệ d li u này có th bao g m b n đ không gian ặ ư ộ còn d và không gian đã phân b (m t FAT ho c ầ ư ụ inodes) và m t th m c tr ng ban đ u.

ở ộ

ố

Kh i kh i đ ng

ầ

ế

ư

ữ ộ

• H u h t các h th ng l u tr m t ch ệ ố ỏ

ộ

ươ ươ ươ

ươ ở ộ ấ đĩa. ệ ề

ả

ạ

ở ộ

c

ặ ổ

ộ

ng trình bootstrap nh trong ROM kh i đ ng, ụ ệ ng trình này có nhi m v là l y m t ch ầ ủ ừ ng trình bootstrap đ y đ t ch • Ch ở ộ i và kh i đ ng h đi u ng trình t ữ ố ầ ủ ượ ư hành đ y đ đ c l u tr trong các kh i ố ị ộ ị ở ộ kh i đ ng t i m t v trí c đ nh trên đĩa. ượ ộ ộ M t đĩa có m t phân vùng kh i đ ng đ ệ ở ộ ọ đĩa h g i là m t đĩa kh i đ ng ho c th ng.ố

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ở ộ

ố

Kh i kh i đ ng

ủ

– H th ng Windows 2000 đ t mã kh i đ ng c a nó

ầ

ứ

ở ộ ọ

ặ trong sector đ u tiên trên đĩa c ng (g i là Master Boot ặ Record ho c MBR) ệ

– Ngoài vi c ch a mã kh i đ ng, MBR

ứ

ệ ố

ộ ờ

ế phân vùng h th ng kh i

ứ ở ộ ộ ả có ch a m t b ng danh sách các phân vùng cho đĩa ở ứ c ng và có m t c cho bi đ ngộ ộ

ượ

ở ộ c phân vùng kh i đ ng, c g i là sector

ọ ở ộ ở ộ

ượ ọ ạ ủ i c a quá trình ệ ố

i các h th ng con khác

ị

– M t khi h th ng xác đ nh đ ị ệ ố ừ ầ phân vùng (đ nó đ c sector đ u tiên t ầ ế ụ ớ kh i đ ng) và ti p t c v i ph n còn l ả ồ kh i đ ng, trong đó bao g m t ụ ệ ố nhau và h th ng d ch v .

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

• Windows 2000 ệ ố

ở ộ

ố

Kh i kh i đ ng

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ố ỏ Kh i h ng

ở

ộ

ể

ộ ầ i r ng các đ u đĩa bay

ổ

ạ

• Trên các ộ ố ử

ể ướ

• M t s b đi u khi n có th h

• B i vì đĩa có b ph n chuy n đ ng v i ớ ậ ỏ ớ ạ ằ dung sai nh (nh l ấ ễ ị ỗ ề ặ i. ngay trên b m t đĩa), chúng r t d b l ư ả ơ đĩa đ n gi n, ch ng h n nh ố ớ ộ ề m t s đĩa v i b đi u khi n IDE, kh i ằ x uấ x lý b ng tay ộ ố ộ ề ế ộ

ượ

ằ

ể ẫ ng d n đ t qua

ẳ ể – format, chkdsk. ể ố ấ thay th m t kh i x u b ng cách tr sector.

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

Không gian swap

ề

• Không gian swap đ

ậ

ả

ớ

ượ ử ụ c s d ng theo nhi u ệ ề ộ cách khác nhau tùy thu c vào h đi u hành ộ ử ụ s d ng các thu t toán qu n lý b nh khác nhau.

• H th ng s an toàn h n ẽ

ơ n u ế không gian

ệ ố swap l nớ

ề

ấ

ị thi ượ

ế ậ t l p ủ ộ ng c a b

• Trong Linux v a qua đã đ ngh ừ không gian swap g p đôi dung l ớ ậ nh v t lý

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ị

Đ nh v không gian swap

ộ

ể ư

ộ i m t

ệ ố

• M t không gian swap có th c trú t file trong h th ng t p tin bình th

ạ ườ ng ư

ễ

ặ

ấ

ế ậ ệ ệ ấ ổ

ữ ệ ả ầ ầ

ậ • Cách ti p c n này, m c dù d dàng nh ng ả ự ệ th c hi n không hi u qu . – Duy t c u trúc th m c và c u trúc d li u ư ụ ờ phân b đĩa c n có th i gian và c n ph i truy ậ c p đĩa nhi u thêm.

ể ả ề ệ ượ – Ngoài ra hi n t

ờ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ộ ế ủ ế ả ặ ọ ả ổ th i gian trao đ i do ph i tìm nhi u trong quá trình đ c ho c vi ng phân m nh có th làm tăng ề t hình nh c a m t ti n trình.

ị

Đ nh v không gian swap

c t o ra trong

ộ

ậ

ặ ấ

• Không gian swap có th đ ể ượ ạ ệ t. m t phân vùng riêng bi • Không h th ng t p tin ho c c u trúc th ư ệ ố ụ ượ ặ c đ t trong không gian này. Thay

ệ

t

ả

i phóng các

ổ ể c s d ng đ phân b và gi các phân vùng thô. ả

• Ch

ử ụ ứ

ữ ệ

ể ư

m c đ vào đó, ả ộ ộ m t b qu n lý không gian swap riêng bi ượ ử ụ đ kh iố t ừ ươ ng trình qu n lý này s d ng các thu t ố ư i u hóa cho t c đ toán t là đ l u tr hi u qu

ậ ả ố ộ ch không ph i ả

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ấ

C u trúc RAID

• đĩa ti p t c đ

ờ ẻ ơ đ đính kèm

ộ ố ượ

ộ ệ ố ặ ữ ệ

ệ ố ộ ọ c v n hành song song. ấ

thi n đ tin c y c a d li u l u tr ữ

ế ụ ượ ỏ ơ Ổ c thu nh h n và r h n, do đó, ế ể ề ặ ả là kh thi v m t kinh t bây gi ộ ệ ố ề nhi u đĩa cho m t h th ng máy tính. • Có m t s l ạ ớ ổ đĩa trong m t h th ng t o ng l n ơ ộ ể ả c h i đ c i thi n t c đ đ c ho c ghi d li u, ượ ậ ế n u các đĩa đ ơ ữ ề ộ ệ ự ả • M ng d phòng các đĩa đ c l p (redundant arrays

ng đ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ượ ử c s ộ ấ ể ả ế ấ ườ ề ệ i quy t các v n đ hi u su t và đ tin

• H n n a, đi u này cung c p ti m năng đ c i ể ả ề ậ ủ ữ ệ ư ộ ậ of independent disks RAIDs), th ụ d ng đ gi c y.ậ

RAID 0

ố

• (Phân chia c p kh i mà không có ặ ấ ư ho c sao l u) không có

ẵ ẻ mã ch n l ự d phòng ấ ả ệ

ệ ư

ẽ • Nó cung c p c i thi n hi u su t và ấ ữ ổ ư l u tr b sung nh ng không có ị ỗ i. kh năng ch u l • B t c đĩa h ng nào s phá h y ỏ

ả

ớ ố ổ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ả ủ ấ ứ ả ả m ng các đĩa, và kh năng x y ra ỗ l đĩa trong i gia tăng v i s các m ngả ố ố ạ ộ ạ ộ • S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ • S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: 1

RAID 1

ầ

• (ph n chi u mà không c n ho c phân chia

c vi

ố ố ộ ậ

c nhân

ế ả ặ ẵ ẻ mã ch n l ế ữ ệ ượ t kh i), d li u đ ề ệ ớ gi ng h t v i nhi u đĩa ợ ượ (m t "t p h p đ đôi"). ả ử

s có n đĩa trong RAID

ạ ộ ạ ộ ố ố

• Gi 1 – S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: n

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

RAID 2

ấ Hamming), t

ụ • (phân chia c p bit v i mã ch n l ẵ ẻ ộ ấ ả t c c c đ ng b , và d li u đ

ầ ự ở ư ậ ớ ượ ồ ỗ ữ ệ ượ ộ vào m t đĩa

ượ ng

c tính toán trên bit t ữ ấ ộ Hamming đ ượ ư ươ c l u tr trên ít nh t m t đĩa

ứ ch a mã ch n l

• Gi

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: n ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: n

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

các tr c quay đĩa đ phân chia nh v y mà m i bit tu n t khác nhau. • Mã ch n l ẵ ẻ ng trên đĩa và đ ẵ ẻ ứ ả ử s có n đĩa trong RAID 2 ạ ộ ố ạ ộ ố

RAID 3

ớ ẵ ẻ

ộ ầ ự ở ậ c phân chia vì v y m i byte tu n t ụ chuyên d ng), ữ ệ c đ ng b , và d li u ộ vào m t

• (phân chia c p byte v i mã ch n l ấ ượ ồ ụ ấ ả t c các tr c quay đĩa đ t ỗ ượ đ đĩa khác nhau.

ẵ ẻ ượ c tính toán trên byte t • Mã ch n l

ươ ứ ng ng ứ ữ ộ c l u tr trên m t đĩa ch a mã

đ ượ ư ụ chuyên d ng.

• Gi

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: n ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: n

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

trên đĩa và đ ẵ ẻ ch n l ả ử s có n đĩa trong RAID 3 ạ ộ ố ạ ộ ố

RAID 4

ố ớ

ụ ư

ấ ệ ớ ớ ạ ấ ả ẵ ẻ

chuyên d ng) i đây), nh ng vào m t ề ệ ể ạ ổ

• (phân chia c p kh i v i mã ch n l ẵ ẻ ướ ố là gi ng h t v i RAID 5 (xem d ộ ữ ệ t c các d li u mã ch n l gi i h n t ộ ơ đĩa đ n, có th t o ra m t nút c chai v hi u su t.ấ

• Gi

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: 2

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ả ử s có n đĩa trong RAID 4 ạ ộ ố ạ ộ ố

RAID 5

phân tán) phân • (phân chia c p kh i v i mã ch n l

ớ ph i mã ch n l

ấ

ị ủ ở ỏ

ừ ẵ ẻ ữ ệ ỏ đĩa h ng duy nh t. ể ế ọ đĩa h ng, b t k l n đ c ti p theo có th c phân tán

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: 2

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

ố ớ ấ ố ẵ ẻ cùng v i các d li u. • M ng không b h y b i m t ả ộ ổ ấ ỳ ầ ổ Sau khi ượ ẵ ẻ ượ đ đ mã ch n l c tính t • Gi ả ử s có n đĩa trong RAID 5 ạ ộ ố ạ ộ ố

RAID 6

ố ớ

ấ ị ỗ ừ

ạ ộ

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: 3

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

• (phân chia c p kh i v i mã ch n l ẵ ẻ ấ ố phân ph i đôi) ỏ ổ ả i t đĩa h ng, cung c p kh năng ch u l hai ỏ ổ ớ ế ụ ả m ng ti p t c ho t đ ng v i hai đĩa h ng. • Gi ả ử s có n đĩa trong RAID 6 ạ ộ ố ạ ộ ố

RAID 10

• Thu t ng RAID 10 đ ữ

ấ ỏ c phân nh trên

ấ ố thi n hi u su t, sau đó d li u đ ệ nhi u đĩa cho hi u su t t

ả ự ế ậ ượ ử ụ s k t c s d ng miêu t ạ ả ỏ ợ ủ h p c a RAID 0 (phân nh ) và RAID 1 (ph n x ). ả ự ặ ượ c nhân đôi trong c p cho d phòng và c i ữ ệ ượ ệ i đa. ố • Gi

ạ ộ ạ ộ

– S đĩa cho ho t đ ng đ c: 1 ọ – S đĩa cho ho t đ ng vi ế t: m

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

• Đĩa đ ệ ề ả ử ố s s cho RAID 0 là n, s cho RAID 1 là m ố ố

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011