Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Ổ đĩa và RAID giới thiệu về lịch sử hình thành và phát triển của ổ đĩa, RAID, động lực của RAID, một số vấn đề của RAID. Đây là tài liệu học tập và tham khảo dành cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 7 - TS. Nguyễn Qúy Sỹ
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
H C VI N CÔNG NGH BƯU CHÍNH VI N THÔNG
Posts and Telecommunications Institute of Technology
KI N TRÚC MÁY TÍNH
Chương VII: đĩa và RAID
Gi ng viên: TS. Nguy n Quý S
Email: synq@ptit.edu.vn
Hà n i, 17 December 2009
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u
• Hơn 50 năm trư c!
– 13th September 1956
– The IBM RAMAC 350
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• D li u trên đĩa 1” 8GB trên tay ph i g p 80.000 l n đĩa
trên tay trái có kích thư c 24” c a máy RAMAC…
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• đĩa trông như th nào?
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• Các tham s
– 2-30 đ u t (s đĩa * 2)
– Đư ng kính 14’’ to 2.5’’
– 700-20480 rãnh/b m t
– 16-1600 sector/rãnh
– sector size:
• 64-8k bytes
• 512 đ i v i h u h t PC
• Chú ý: có các kho ng tr ng gi a các sector
– Dung lư ng: 20M-500G
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• Đ đ c đĩa, ph i xác đ nh
– cylinder #, surface #, sector #, kích thư c chuy n giao, đ a ch b
nh
– Th i gian chuy n giao bao g m:
• Th i gian tìm ki m: tìm đư c rãnh
• Kho ng th i gian tr ng: nh n đư c sector và
• Th i gian chuy n giao: l y đư c bit kh i đĩa Track
Sector
Rotation
Seek Time Delay
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• So sánh đĩa và b nh RAM
đĩa B nh RAM
Kích thư c nh nh t sector Thông thư ng: byte
Ghi sector byte, word
Truy c p ng u nhiên 5ms 50 ns
not on a good curve faster all the time
Truy c p liên t c 200MB/s 200-1000MB/s
Giá thành $.002MB $.10/MB
Va ch m Không v n đ M t n i dung
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• C u trúc đĩa
– Các đĩa đánh đ a ch như là các m ng 1 chi u c a các khôia
logic
• Kh i logic là kh i nh nh t c a chuy n giao
– M ng này đư c ánh x liên t c trên các sector c a đĩa
• Đ a ch 0 là sector đ u tiên c a rãnh đ u tiên n m ngoài cùng
(cylinder ngoài cùng)
• Các đ a ch tăng lên trong rãnh, sau đó trong các rãnh c a
cylinder, sau đó ngang qua các cylinder t trong ra ngoài
– Chuy n đ i v lý thuy t là có th nhưng thư ng khó kh n
• M t s sector có th b khi m khuy t
• S lư ng sector trên m t thay đ i
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Gi i thi u (t)
• Disk Partitioning-Phân m nh đĩa
– M i m nh gi ng như m t đĩa riêng bi t
– Sector 0 là MBR
• Ch a mã kh i đ ng + b ng phân m nh
• B ng phân m nh có sector b t đ u và kích thư c m i m nh
– T o d ng m c cao (formatting)
• Th c hi n cho t ng m nh
• Xác đ nh kh i kh i đ ng, danh sách ch tr ng, c u trúc thư m c
và h th ng file r ng
– Khi kh i đ ng, x y ra như th nào?
• BIOS n p MBR, chương tình kh i đ ng ki m tra đ xem m nh
tích c c
• Đ c sector kh i đ ng t m nh này, sau đó n p Kernel OS...
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID
• Đ ng l c c a RAID
– Các đĩa đang đư c c i thi n, nhưng v n không nhanh b ng CPU
• 1970 th i gian tím ki m: 50-100 ms.
• 2000s th i gian tìm ki m:
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID
• Đ ng l c c a RAID
– Các đĩa đang đư c c i thi n, nhưng v n không nhanh b ng CPU
• 1970 th i gian tím ki m: 50-100 ms.
• 2000s th i gian tìm ki m:
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-What?
• RAID là Redundant Array of Inexpensive Disks
– Trong công nghi p, “I” là “Independent”
– Thay th cho SLED-Single Large Expensive Disk
• Các đĩa nh và r , vì v y d dàng đ t nhi u đĩa (10 t i
100) trong m t h p đ tăng dung lư ng, ho t đ ng và tính
kh d ng
• H p RAID có m t b đi u khi n RAID gi ng như SLED
trong máy tính
• D li u c ng v i m t s thông tin d phòng đư c tháo d
trên các đĩa theo m t s cách
• Tháo d th nào quy t đ nh t i ho t đ ng và đ tin c y.
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)
• M t s v n đ c a RAID
– Tính ch t h t
• H t nh m n: Tháo r i t ng file lên t t c các đĩa. Đi u này mang
l i thông lư ng cao đ i v i file, nhưng gi i h n chuy n giao c file
cung lúc
• H t to thô: Tháo r i t ng file trên ch m t ít đĩa. Gi i h n thông
lư ng cho 1 file nhưng cho phép truy c p file song song nhi u hơn
– D phòng
• Phân phát đ ng nh t thông tin d phòng trên các đĩa: tránh các
v n đ cân b ng t i
• T p trung thông tin d phòng trên m t s lư ng nh các đĩa:
phân m nh thành các đĩa d li u và đĩa d phòng
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-RAID m c 0
• M c 0 là m ng đĩa không d phòng
• Các file đư c tháo d trên các đĩa, không có thông tin d phòng
• Thông lư ng đ c cao
• Thông lư ng ghi t t nh t (không có thông tin d phòng đ ghi)
• L i đĩa b t kỳ gây ra m t d li u
• Đ tin c y kém hơn SLED
Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3
Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7
Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11
data disks
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-RAID m c 1
• Các đĩa “soi gương”
• D li u đư c ghi vào 2 nơi
• Khi l i, ch c n s d ng đĩa còn l i
• Khi đ c, ch n đĩa nhanh nh t đ đ c
• Ho t đ ng ghi tương t như m t đĩa duy nh t, ho t đ ng đ c nhanh
hơn 2 l n
• Đ t
Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3 Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3
Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7 Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7
Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11 Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11
data disks mirror copies
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-Parity và mã Hamming
• B n c n làm gì đ phát hi n và chu n hoá m t l i bit?
– Gi s , b n có m t s nh phân đư c bi u di n b i t p h p các
bit: , ví d 0110
• Phát hi n d dàng
• Parity:
– Đ m s lư ng bit 1 xem nó ch n hay nó l
– Parity ch n b ng 0 n u s lư ng bit 1 ch n
– Parity() = P0 = b0 ⊗ b1 ⊗ b2 ⊗ b3
– Parity() = 0 if all bits are intact
– Parity(0110) = 0, Parity(01100) = 0
– Parity(11100) = 1 => ERROR!
– Parity có th phát hi n m t l i đơn nhưng không th xác đ nh
đư c bit nào b l i
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-Parity và mã Hamming (t)
• Phát hi n và chu n hoá yêu c u nhi u vi c hơn
• Các mã Hamming có th phát hi n l i 2 bit, phát hi n và
chuân rhoá c l i 1 bit
• 7/4 Hamming Code
– h0 = b0 ⊗ b1 ⊗ b3
– h1 = b0 ⊗ b2 ⊗ b3
– h2 = b1 ⊗ b2 ⊗ b3
– H0() = 0
– H1() = 1
– H2() = 0
– Hamming() = =
– N u 1 bit b l i, ví d
– Hamming() = = so v i ,
là b l i. l i bit th 5.
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-RAID m c 2
• Tháo r i m c bit v i các mã Hamming (ECC) đ chu n hoá l i
• T t c 7 c n (đ u t ) đư c đ ng b và d ch chuy n cùng nhau
• B đi u khi n ph c t p
• Truy c p cùng m t lúc
• Ch ch u đư c 1 l i, nhưng không suy gi m ho t đ ng
Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6
data disks ECC disks
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-RAID m c 3
• S d ng 1 đĩa parity
– M i bit c a đĩa parity là m t hàm parity c a các bit tương ng
trên t t c các đĩa khác
• Đ c truy c p t t c các đĩa d li u
• Ghi truy c p t t c các đĩa c ng v i đĩa parity
• Khi l i đĩa, đ c các đĩa còn l i c ng v i đĩa parity đ tính
toán d li u b m t
Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Parity
Parity disk
data disks
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
- Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. RAID (t)-RAID m c 4
• K t h p m c 0 và 3 – parity m c kh i cùng v i tháo r i
• Đ c truy c p t t c các đĩa d li u
• Ghi truy c p t i t t c các đĩa d li u c ng v i đĩa parity
• T i n ng trên đĩa parity
Stripe 0 Stripe 1 Stripe 2 Stripe 3 P0-3
Stripe 4 Stripe 5 Stripe 6 Stripe 7 P4-7
Stripe 8 Stripe 9 Stripe 10 Stripe 11 P8-11
Parity disk
data disks
Hà n i, 17 December 2009 H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
