Vezbe 09 Struktura Uredjaja Za Masovo Skladistenje

Embed Size (px)

Citation preview

VEBE 9

VEBE 9Struktura ureaja za masovnu memoriju

U ovom poglavlju demonstriraemo strukturu sekundarne i tercijalne memorije. Glavni akcenat bie stavljen na diskove i preformanse diskova.

Disk struktura

Diskovi predstavljaju glavni ureaj sekundarne memorije. U prolosti to je bila magnetna traka, ali zbog sporosti i sekvencijalnog pristupa, diskovi su postali dominantni dok se traka uglavnom koristi za arhiviranje podataka.

Moderni disk ureaji se adresiraju kao iroko jednodimenziono polje logikih blokova, gde je logiki blok najmanja jedinica transfera. Veliina logikog bloka je obino 512 bajtova, mada neki diskovi u svom bazinom formatu (low level formating) imaju mogunost da se promeni veliina bloka, na primer 1024 bajta.

Jednodimeziono polje logikih blokova se mapira u trodimenzione sektore na disku sekvencijalno, tako na primer logiki blok 0 se mapira u prvi sektor, prve staze, spoljanjeg cilindra. Iza toga se mapiraju svi sektori staze, pa se pree na sledeu stazu, pa na sledei cilindar. U praksi ovo mapranje nije krajnje jednostavo, kako na prvi pogled izgleda, zbog vie razloga:

promenljiva gustima medijuma

Promenljiva gustina medijuma je posledica kruzne geometrije. Kod magnetnih diskova se koristi konstatna rotaciona brzina (CAV=constant angular velocity), pa spoljni cilindri imaju vie medijuma, a samim tim i veu brzinu transfera. U tom kontekstu se uvode zone na disku (bit zone recording). Kod CD-ROM ureaj za audio zapis se mora obezbediti ista brzina sa medijuma, a kako su spoljni cilindri bogatiji medijumom, za njih se smanuje brzina okretanja, a postie se konstantna linearna brzina (CLV=constant linear velocity)

prostor za zamenjivanje defektivnih blokova

Pojedini blokovi na disku su rezervisani za zamenu (remapiranje), ukoliko se pojave loi blokovi na disku, to unosi dodatne probleme u mapiranju.

Rasporeivanje disk zahteva (Disk Scheduling)

Jedan od zadataka operativnog sistema je efikasno korienje hardvera. Kod I/O ureaja zbog niskih performansi mora da se obrati posebna paznja. Uzmimo magnetne diskove. Vreme pristupa kod diska ima 3 glavne komponente:

vreme pozicioniranja: vreme potrebno da se glave diska pozicioniraju sa tekue pozicije na zahtevani cilindar

vreme rotacionog kanjenja: vreme potrebno da se ispod magnetne glave postavi zahtevani blok podataka, a direktno zavisi od brzine okretanja rotacionih povrina diska

transfer podataka sa magnetnog medijuma: brzina transfera direktno zavisi od gustine medijuma i brzine okretanja rotacionih povrina diska

Brzina disk transfera (bandwidth) je kolinik ukupnog broja prenetih bajtova i ukupnog vremena koje obuhvata ove tri komponente. U vieprocesnoj okolini veliki broj disk zahteva postoji u jednom trenutku vremena. Pravilnim raspreivanjem ovih zahteva (disk scheduling), moemo smanjiti ukupno vreme pozicioniranja ili rotacionog kanjenja. Svaki zahtev koji je upuen disku sadri sledee informacije:

da li operacija itanja ili pisanja

adresu bloka na disku

adesu memorijskog bafera

broja bajtova koje treba preneti

Vie zahteva stie, a u jednom trenutku disk moe obraditi samo jedan. Postoje vie algoritama koji e obaviti rasporeivanje disk zahteva.

FCFS (First Come First Served)

Najprostija forma algoritma, koji prosleuje zahteve u onom redosledu u kome su stigli. Osim krajnjeg fer odnosa prema prispelim zahtevima, algoritam ne obezbeuje dobre performanse. Uzmimo sledei primer, gde red ekanja za disk izgleda kao na sledeoj slici...

Relativne performanse prikazaemo u ukupnom broju cilindara za koje se pomeraju glave diska, a savreno je jasno da to je vie pomeranja da u performanse slabije. Za sluaj sa slike ukupno vreme pomeranja glava diska iznosi 640 cilindara.

SSTF

Ideja je da se opsluuju zahtevi koji su najblii tekuoj poziciji glava, a sa tom idejom dobijamo algoritam SSTF (shortest seek time first). Dakle od prispelih zahteva uzima se onaj koji e imati najmanje vreme pozicioniranja. Algoritam podsea an SJF algoritam za procese. Algoritam je optimalan po pitanju vremena pozicioniranja. Za isti sluaj kao kod FSCF algoritma, SSFT e realizovati sekvencu kao na slici i ukupno vreme pomeranja glava diska iznosie 236 cilindara.

Meutim, SSFT algoritam ima problem zakucavanja (stravation), zato to glave ostaju veoma dugo u jednoj zoni, tako da zahtevi iju su cilindri daleko od trenutne pozicije, dugo ekaju da dou na red.

SCAN

Ideja SCAN algoritma je da radi na principu lifta, krene se od prizemlja pa do vrha a svi tekui zahtevi koji su na tom putu se obrauju, pa potom lift ide natrag takoe opsluujui sve zahteve koji su na putu. Isto tako funkcionie i SCAN algoritam, koji kree od poetka diska i servisira sve zahteve koje nae na tekuem cilindru, ako nema zahteva nastavlja se dalje i tako do kraja diska, kada se algoritam vraa nazad.

Po performansama moe biti slabiji od SSFT, ali u ovom sluaju to nije tano, SSFT e realizovati sekvencu kao na slici i ukupno vreme pomeranja glava diska iznosie 236 cilindara, dok e za SCAN da se napravi 208 pomeranja. SCAN je mnogo bolji po pitanju zakucavannja od SSFT, ali favorizuje unutranje cilindre a osobito centralne u odnosu na najudaljenije.

C-SCAN

Da bi se svi cilindri podjednako dobro tretirali napravljena je varijanta SCAN algoritma, koja se zove kruni ili cirkularni SCAN, C-SCAN. Modifikacije je u tome to kada lift dostigne vrh, ne ide natrag opsluujui sve cilindre, nego se automatski vraa na poetak, pa kree opsluivanje iz poetka.

C-SCAN uvek radi u rastuem smeru.

LOOK i C-LOOKOvi algoritmi SCAN i C-SCAN se modifikuju tako da glava ne ide do kraja diska ili poetka diska, nego do poslednjeg zahteva koji je u redu ekanja u tom smeru, pa se onda vraa. Pri emu LOOK ide u oba smera a C-LOOK samo u rastuem smeru do poslenjeg zahteva kada se vraa na najblii zahtev poetku diska, to je prikazano na slici. Zovu se look algoritmi zato to gledaju da li da idu do kraja diska ili ne. Uvek se u praksi koriste LOOK algoritmi umesto SCAN algoritama.

Izbor algoritma za disk rasporeivanje

Kako izabrati najbolji algoritam. SSTF deluje najbolji na prvi pogled, bar daleko bolji u odnosu na FCFS, ali koji je bolji izmeu SSTF, SCAN i LOOK varijanti, zavisi od optreenja, odnosno prispelih disk zahteva. SCAN i LOOK, preciznije njihove cirkularne varijante imaju mnogo bolju raspodelu opsluivanja i nemaju problem zakucavanja (starvation), tako da u veoma optreenim sistemima C-LOOK bi bio najbolje reenje. Treba naglasiti da su ovo prilino stari algoritmi. Postoje modernije varijate koje minimiziraju obe mehanike komponente i poziciniranje i rotaciono kanjenje, pri emu rotaciono kanjenje postaje mnogo dominantnija komponenta u savremenim diskovima. Jedan takav algoritam je SATF (shortest access time first) koji radi kao i SSTF ali rauna obe mehanike komponente. Najsavremeniji algoritmi uzimaju u obzir keiranje na samom disk ureaju i po pravilu C-LOOK algoritmi u kombinaciji sa ugraenim disk keiranjem daje najbolje rezultate, to potvruju brojne simulacije iz otvorene literature.

Veoma je poeljno da program za disk rasporeivanje bude realizovan kao poseban modul kako bi se mogao lako promeniti. ZADATAK 1.Posmatrajte disk sa 5000 cilindara oznaenih brojevima od 0-4999. Glave za itanje i pisanje se trenutno nalaze cilindru 143, a prethodno su bile pozicionirane na cilindru 125. Trenutni raspored reda za rad sa diskom u FIFO poretku je: 86, 1470, 913, 1774, 948, 1509, 1022, 1750, 130.

Odredite redosled opsluivanja disk zahteva i ukupan pomeraj (ukupan broj cilindara obuhvaen seek sekvencom), ukoliko se za rasporeivanje zahteva koriste sledei algoritmi: (a) FCFS, (b) SSTF, (c) SCAN, (d) LOOK, (e) C-SCAN, (f) C-LOOK. Za poetni trenutak usvojite momenat u kome su glave diska na 143 cilindru.

(a)Raspored zahteva prema FCFS algoritmu je (brojevi u zagradi predstavljaju pomeraj koji glave diska prave pri prelasku na sledei cilindar, izraen u broju cilindara):

143, 86 (57), 1470 (1384), 913 (557), 1774 (861), 948 (826), 1509 (561), 1022 (487), 1750 (728), 130 (1620).

Ukupan pomeraj glava: 7801 cilindara.(b)Raspored zahteva prema SSTF algoritmu je: 143, 130 (13), 86 (44), 913 (827), 948 (35), 1022 (74), 1470 (448), 1509 (39), 1750 (241), 1774 (24).

Ukupan pomeraj glava: 1745 cilindara.(c)Raspored zahteva prema SCAN algoritmu je: (prethodno je bio na 125 pa ide na gore)143 , 913 (770), 948 (35), 1022 (74), 1470 (448), 1509 (39), 1750 (241), 1774 (24), 4999 (3225), 130 (4869), 86 (44).

Ukupan pomeraj glava: 9769 cilindara.(d)Raspored zahteva prema LOOK algoritmu je: (prethodno je bio na 125 pa ide na gore)143 , 913 (770), 948 (35), 1022 (74), 1470 (448), 1509 (39), 1750 (241), 1774 (24), 130 (486), 86 (44).

Ukupan pomeraj glava: 3319.(e)Raspored zahteva prema C-SCAN algoritmu je: (uvek ide na gore)143 , 913 (770), 948 (35), 1022 (74), 1470 (448), 1509 (39), 1750 (241), 1774 (24), 4999 (3225), 0 (4999), 86 (86), 130 (44).

Ukupan pomeraj glava: 9813.(f)Raspored zahteva prema C-LOOK algoritmu je: (uvek ide na gore)143 , 913 (770), 948 (35), 1022 (74), 1470 (448), 1509 (39), 1750 (241), 1774 (24), 86 (1688), 130 (44).

Ukupan pomeraj glava: 3363.

RAID structure

Koliko god sa su brzi i kvalitetni savremeni diskovi, po performansama daleko zaostaju za savremenim procesorima. Brojne tehinke pokuavaju da poveaju perfomanse diskova. Jedna od tehnika koja se koristi je RAID (redundant array of inexpensive disks), bazira se na tehnici koja spaja vie diskova u jedan veliki logiki disk, u kojem vie diskova rade u paraleli i tako poveaju performanse. Pored toga mora se obezbediti solidna pouzdanost jednog takvog sistema putem redundansi na razliitim diskovima. U prolosti RAID je pravljen od malih jeftinih diskova koji su bili altrenativa velikim skupim diskovima, to za savremeni trenutak ne vai. Danas se RAID smatra kao sinonim za brzinu i pouzdanost pre nego to tu ima bilo kakvih ekonomskih faktora. RAID unosi dve fundamentalne osobine:

poveanje performansi preko paralelizma operacija

Kada imamo vie diskova u jednoj logikoj celini kakva je RAID, poveanje performase se realizuju na 2 naina: paralelnim operacijama sa vie diskova istovremeno i konkuretnim disk operacijama takoe sa vie diskova istovremeno. Za paralelizam operacija koristi se tehnika deljenja podataka izmeu razliitih diskova, pri emu se uvodi minimalna jedinica podataka koja se moe nalaziti na jednom disku kontunualno (stripe unit). U sluaju malih stripe jednica, jedan vei logiki blok fiziki se smeta na vie fizikih diskova, dok u sluaju velikih stripe jednica, mali zahtevi se opsluuju sa jednog fizikog diska to moe poveati konkurentnost vie nezavisnih disk operacija u istom trenutku. Minimalno deljenje je takozvani bit-level stripping, gde svaki bit ide na poseban disk. Sledei novo podele je na nivou bajta (byte-level stripping), gde svaki bajt ide na poseban disk. Karaktersitike bit i bajt nivoa deljenja da u svakom disk pristupu uestvuju svi diskovi u paraleli ime se postie maksimalna brzina transfera, ali konkurentnost celog RAID sistema je jednaka 1, samo jedan zahtev u jednom trenutku. Sledei sluaj je deljenje na nivou bloka (block-level striping), blokovi se dele izmeu razliitih fizikih diskova na sledei nain:

blok i => ide na disk po formuli ( i mod n ) + 1, gde je n broj diskova u RAID strukturu. Veliina bloka za deljenje je stepen broja 2, moe biti manja od veliine bloka na disku, moe biti jednaka 512 bajtova ili umnoak 512 bajtova. Kada imamo vee blokove, imamo povolju situaciju u oba sluaja, paralelizam za velike transfere, konkurentnost za male zahteve.

poveanje pozdanosti preko redundanse

Svaki disk ima svoju pouzdanost koja se meri srednjim vremenom do otkaza (obino 100.000 asova). Ako bi imali RAID strukturu od N diskova, tada bi se verovatnoa otkaza jednog takvog sistema poveala N puta. Reenje za problem pouzdanosti je uvoenje redundanse, koja predstavlja uvanje ekstra informacija koje normalno ne bi bile potrebne, ali se uvaju da u sluaju otkaza jednog diska ne doe do gubitka informacija. Najprostija tehnika koja se moe koristiti je duplicirati svaki disk da ima svoju identinu kopiju a naziva tehnika ogledala (mirroring or shadowing). Svaki logiki disk se sastoji od 2 fizika diska, pa u sluaju otkaza jednog od diskova, podaci se dobijaju sa onog drugog diska. Podaci e nestati samo ako strada i drugi disk dok se prvi ne zameni sa zdravim. Srednje vreme otkaza jednog ogledala diskova zavisi od dva faktora: srednjim vremenom do otkaza pojednanih diskova kao od srednjeg vremena za reparaciju. U principu umesto otkazalog diska stavlja se novi disk, kojim se ogledalo reparira, odnosno kopiraju se svi podaci sa zdravog diska, a ogledalo e da pukne ako u toj reparaciji strada zdravi disk. Srednje vreme za koje par u ogledalu gubi podatke (mean time to data loss) jednako je:

mean time to data loss = (mean time to failure)2/(2 x mean time to reapir)

Osnovni nedostatak tehnika ogledala je to za jedan logiki disk se koriste 2 diska, 50% iskorienja kapaciteta. Druga tehnika koja se koristi za poveanje pozdanosti je tehnika parnost (parity).

RAID nivoi (RAID levels)

Kao to smo videli deljenje podataka poveava performasne ali smanjue pouzdanost, tehnika ogledala poveava pouzdanost ali zahteva previe diskova i duplo smanjuje performanse upisa, uvoenje parnosti je dobar kompromis. Poststoji 6 bazinih RAID ema koje se razlikuju po performansama puzdanosti i ceni, koji su prikazani na slici .... U emi na slici P ukazuje na disk parnosti ili bitove za korekciju greke, C predstavlja kopiju diska u ogledalu, a u svim kombinacijama RAID se pravi od 4 diska podataka.

RAID 0RAID 0 predstavlja jednostavan a veoma popularan RAID. Glavne osobine RAID 0 su: Od svih RAID tehnika koristi samo data striping

Moe se napraviti od minimalno 2 diska

Najbri od svih RAID sistema, osobito za upis

Najeftiniji od svih RAID sistema, 100% iskorienja disk prostora

Podran i hardverski i softverski

Nema nikavu redundansu

Otkaz bilo kog diska u RAID 0, znai potpuni gubitak podataka

Tipina primena je u video serverima, gde se zahteva brzina a ne pouzdanost

RAID 0- ulustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaemo RAID 0 sa 4 datoteka, razliitih veliina. Slika 1 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 0.

Slika 1. Ilustracija RAID 0 sa 4 datoteke

Crvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je neto vea datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubiasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska.Preporuljiv za upotrebu (Recommended Uses): RAID 0 je pogodan za korienje u sistemima gde nema takozvanih kritinih podataka, a takvih da mogu da se rekonstruiu. Koristi se u sistemima gde se forsira brzina i niska cena. Primeri takvih sistema su: audio i video serveri (streaming and editing)

web serveri

grafiki dizajn sistemi za igru (high-end gaming or hobbyist systems) privremeni disk prostor (temporary or "scratch" disks on larger machines)Srednje vreme otkaza MMTF(RAID0) = MMTF za RAID 0 je dato formulom:

MTTF(RAID-0) = MTTF(disk) / Npri emu je: MTTF je srednje vreme otkaza pojedinanog diska

N je broj diskova u RAID 0 (array size in disks)ZADATAK 2 Data su etiri identina diska kapaciteta 10GB sa sledeim karakteristikama:

proseno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec,

pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec,

pozicioniranje na sledei cilindar (track to track seek): 0.8msec,

ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec),

pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec,

propusna mo: 160MB/sec,

srednje vreme otkaza (mean time to failure): 200.000 asova (23 godine),

cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-0 sa stripe jedinicom veliine 4KB (8 blokova).

a.Skicirati raspored stripe jedinicama ovog RAID sistema. Koliki je kapacitet ovog RAID-a? Koliko blokova ima ovaj RAID, a koliko stripe jedinica?

b.Odredite na kom disku se nalazi logiki blok 153.

c.U redu za korienje diska nalaze se redom zahtevi sa sledeim veliinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva moe opsluiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopte?

d.Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorienja prostora.

e.Odredite optimalnu veliinu trake (stripe) za radno optereenje sa stepenom konkurentnosti 4 (4 istovremenih zahteva) i prosenom veliinim transfera 5K.

f.Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID

(a)Sledea tabela predstavlja raspored stripe jedinica datog sistema:

disk0disk1disk2disk3

0123

4567

891011

12131415

16171819

20212223

............

N-4N-3N-2N-1

Kapacitet ovog RAID-0 sistema je 40GB:

broj blokova = broj diskova broj blokova na disku,

broj blokova = 4 (10GB/512) = 78125000 blokova,

broj traka = broj blokova / veliina trake u blokovima,

broj traka = 78125000 / 8 = 9765625,

(b)Prvo se odreuje kojoj traci pripada blok.

Stripe = Integer (logiki blok / veliina trake) = Integer(153/8) = 19.

Disk = (stripe % broj diskova) = moduo (19/4) = 3 (logiki blok se nalazi na disku broj 3, a kako se diskovi numeriu poev od nule, to je etvrti disk u RAID-u).

(c)I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K)

Teorijski, RAID 0 moe opsluiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, pod uslovom da je transfer manji od veliine trake i da se trake nalaze na razliitim diskovima. U ovom sluaju RAID trenutno moe da izvrava najvie tri zahteva (1K, 2K, 4K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smetene na razliitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID moe izvriti 4 zahteva simultano.

(d)Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet.

Cena po GB = 4 x 50$ / 4 x 10GB = 5$/GB.

Stepen iskorienja prostora za RAID 0 je 100%.

(e)t = 6.3 + (8.33/2) = 10.47 msec,

v = brzina pristupa medijumu = 24.5MB/sec,

c = stepen konkurentnosti = 4,

s = prosena koliina transfera po zahtevu = 5KB,

n = broj diskova koji ine RAID = 4,

= = 31.02KB

Ova vrednost se zaokruuje na x=32KB (64 blokova).

(f)Srednje vreme otkaza za RAID 0 se rauna kao kolinik srednjeg vremena otkaza za jedan disk i broja diskova u sistemu. U ovom sluaju je:

MTTF(RAID-0) = MTTF(disk) / n

MTTF(RAID-0) = 200.000/4 = 50.000 sati = oko 6 godina.

Napomena: ova vrednost ima vie teorijski znaaj. Za sve praktine sluajeve treba primeniti citate iz Marfijevog zakona.

RAID 1RAID 1 (slika b): predstavlja jednostavan a veoma popularan RAID. Glavne osobine RAID 1 su: Od svih RAID tehnika koristi samo data mirroring

Moe se napraviti od minimalno 2 diska

Najsporiji od svih RAID sistema za upis, ali samo na prvi pogled

Najmanji procenat iskorienja diskova od svih RAID sistema, 50% iskorienja disk prostora

Podran i hardverski i softverski

Najpouzdaniji od svih RAID sistema, ima redundansu za svaki disk pojedinano

U sluaju otkaza bilo kog diska u RAID 1, podaci ostaju na ogledalu

Tipina primena je u bazama podataka, gde se zahteva visoka pouzdanost

RAID 1- ulustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaemo RAID 1 sa 4 datoteka, razliitih veliina. Slika 3 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 1.

Slika 3 Ilustracija RAID 1 sa 4 datotekeSve datoteke (crvena, plava zelena i ljubiasta datoteka) nalaze se na originalnom disku, a svaka ima kopiju na ogledalu. RAID 1 Performanse

Random Read Performanse: Dobre (Good). Bolje su svakako nego kod obinog diska, ali su slabije u odnosu na druge RAID nivoe, osobito one sa striping tehnikom

Random Write Performanse: Dobre (Good). Slabije su svakako nego kod obinog diska, ali su bolje u odnosu na neke RAID nivoe, osobito one sa parity tehnikom Sequential Read Performanse: Dobre (fair); sline su kao kod jednog diska Sequential Write Performanse: Dobre (Good); opet mogu biti bolje nego kod nekih drugih RAID nivoa

ZADATAK 3 Data su etiri identina diska kapaciteta 10GB sa sledeim karakteristikama:

proseno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec,

pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec,

pozicioniranje na sledei cilindar (track to track seek): 0.8msec,

ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec),

pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec,

propusna mo: 160MB/sec,

srednje vreme izmeu otkaza: 200.000 sati (23 godine),

cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-1.

a.Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet i koliko logikih blokova ima ovaj RAID?

b.Odredite na kom disku se nalazi logiki blok 335.

c.U redu za korienje diska nalaze se redom zahtevi sa sledeim veliinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva moe opsluiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopte?

d.Odredite cenu po gigabajtu.

e.Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 as.

(a)Sledea tabela ilustruje dati RAID:

disk0disk1disk2disk3

00N/2N/2

11N/2+1N/2+1

22N/2+2N/2+2

33N/2+3N/2+3

44N/2+4N/2+4

55N/2+5N/2+5

............

N/2-1N/2-1N-1N-1

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 20GB:

broj blokova = (broj diskova / 2) broj blokova na disku,

broj blokova = (4/2) (10GB/512) = 39062500 blokova,

(b)Logiki blok 335 nalazi se u disku 0 (na kome se nalaze logiki blokovi 0-19.531.249), a njegova kopija na disku 1.

(c)I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K)

Teorijski, RAID 1 moe opsluiti onoliko zahteva koliko parova diskova ima u RAID-u, pod uslovom da se zahtevi odnose na razliite diskove. U ovom sluaju RAID trenutno moe da izvrava najvie dva zahteva, pod uslovom da se zahtevi odnose na razliite diskove.

(d)Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet.

Cena po GB = 4 x 50$ / 2 x 10GB = 10$/GB.

Stepen iskorienja prostora za RAID 1 je 50%.

(f)Srednje vreme otkaza za RAID 1 rauna se na sledei nain:

MTTF(RAID-1) = MTTF 2 (disk) / 2MTTR

MTTF (mean time to failure) je srednje vreme otkaza, a MTTR (mean time to recovery) srednje vreme potrebno za oporavak.

MTTF(RAID-1) = 200.000 2 / 21 = 20.000.000.000 sati = 2.283.105 godina.

RAID 2 (memory style error correcting code ECC organisation) (slika c): predstavlja RAID konfigraciju koja je poznata pod nazivom RAID u memorijskom stilu (memory style error correcting code ECC organisation). Memorije imaju ECC algoritam koji za svaki bajt ima 3 ekstra bita, potrebna za detekciju i korekciju jednobitnih greaka. RAID 2 ima organizaciju deljenja podataka na bit ili bajt nivou, a bez obzira na broj diskova podataka, potrebna su jo tri diska za ECC koja mogu sauvatu podatke u sluaju otkaza bilo kog diska. RAID 2 je dobar po pitanju paralelizma, bolji je od RAID 0 po pitanju utroka diskova, alse se praktino ne koriiti.

RAID 3 (bit-interleaved parity) (slika c): predstavlja RAID konfigraciju ima organizaciju deljenja podataka na bit ili bajt nivou a po pitanju redundanse prvi put se uvodi parnost za diskove (bit-interleaved parity). Ideja je u sledeem. Za razliku od memorije kod koje je jako teko odrediti tanu poziciju greaka, kod diskova se tano zna gde je nastupila greka, a tamo gde nema geke ti bitovi su dobri. Prema tome, za oteeni bit, dovoljan je jedan bit da uva parnost, i na bazi te parnosti moe da se rekonstruie oteeni bit. Za sve diskove podataka dovoljan je jedan disk parnosti. Naravno da izrauvanje i upis parnosti osetno smnajuju performanse ciklusa upisau odnosu na RAID-0, ali su one mnogo bolje nego kod RAID-1 i RAID-2, a keiranje moe drastino da pomogne u performansama za upis.RAID 3 predstavlja jednostavan RAID, koji nema ba veliku primenu. Glavne osobine RAID 3 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou bajta i tehniku parnosti

Za tehniku parnosti koristi poseban disk Moe se napraviti od minimalno 3 diska Stepen konkurencije uvek 1, svi diskovi opsluuju jedan zahtev Dobar samo za sekvencijalne performanse, za random dosta lo Dobar procenat iskorienja diskova zbog jednog diska parnosti Podran uglavnom hardverski Moe izdrati otkaz jednog diska Tipina primena je u video serverima, gde se zahteva i brzina ali i pouzdanost

RAID 3- ulustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaemo RAID 3 sa 4 datoteka, razliitih veliina. Slika 5 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 3.

Slika 5 Ilustracija RAID 3 sa 4 datotekeSve datoteke (crvena, plava zelena i ljubiasta datoteka) se prostiru na svim diskovima. Siva boja predstavlja disk parnosti.ZADATAK 4 Data su etiri identina diska kapaciteta 10GB, sa sledeim karakteristikama:

proseno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec,

pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec,

pozicioniranje na sledei cilindar (track to track seek): 0.8msec,

ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec),

pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec,

propusna mo: 160MB/sec,

srednje vreme izmeu otkaza: 200.000 sati (23 godine),

cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-3 sa stripe jedinicom veliine 1B (512 B je blok).

a.Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logikih blokova a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID?

b.Odredite na kom disku se nalazi logiki blok 21.411.

c.U redu za korienje diska nalaze se redom zahtevi sa sledeim veliinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva moe opsluiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopte?

d.Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorienja prostora..

(a)Sledea tabela ilustruje dati RAID (trake veliine 1B):

disk0disk1disk2disk3

012P

345P

678P

91011P

121314P

151617P

............

N-3N-2N-1P

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB.

broj blokova = (broj diskova - 1) broj blokova na disku,

broj blokova = (4-1) (10GB/512) = 58593750 blokova,

broj traka = broj blokova broj traka u bloku, stripe 1B (512 B je blok).

broj traka = 58593750 512 = 30.000.000.000.

(b)Logiki blok LA = 21411 nalazi se na sva tri diska.

(LA512) % (N-1) = (21411512) % 3 = 0, Poetak je na prvom disku

Poetak je u LA/(N-1) = 21411/3 = 7137 bloku prvog diska.

(c)Kako je veliina trake 1B, RAID 3 moe da izvrava samo jedan zahtev u jednom trenutku vremena.

(d)Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet.

Cena po GB = 4 x 50$ / 3 x 10GB = 6.66$/GB.

Stepen iskorienja prostora za RAID 3 je 75%.

RAID 4 (block-interleaved parity) (slika d): predstavlja RAID konfiguraciju koja ima organizaciju deljenja podataka na blok nivou a po pitanju redundanse koristi parnost za diskove na nivou bloka (block-interleaved parity). Za N blokova (sa N diskova) dovoljan je jedan blok parnosti, koji je jednak veliini stripe jedinice. RAID 4 ima dobre osobine kao ro su kombinacija paralelizma i konkurentnosti ali i dve velike mane. U svakom ciklusu upisa uestvuje i disk parnosti, pa ovaj disk bude preoptereen i postaje usko grlo u sistemu. Meutim najgori sluaj za RAID 4 su mali ciklusi upisa, koji praktino obuhvataju samo jedan disk, a zbog parnosti, mora da se itaju sve ostale stripe jedinice, da se proita stara parnost, pa da se izrauna nova parnost i ponovo upie. Mali cilkusi upisa izazivaju 4 vrste I/O ciklusa i to se naziva read-modify-write.RAID 4 predstavlja jednostavan RAID, koji nema ba veliku primenu, zato to je RAID 5 daleko bolji. Glavne osobine RAID 4 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou blokova i tehniku parnosti

Za tehniku parnosti koristi poseban disk, koji uestvuje u svim upisima, pa postaje usko grlo Moe se napraviti od minimalno 3 diska Stepen konkurencije jednak broju data diskova, svi data diskovi opsluuju po jedan zahtev Dobar za sekvencijalne performanse i za random read, ali za random write dosta lo Dobar procenat iskorienja diskova zbog jednog diska parnosti Podran uglavnom hardverski Moe izdrati otkaz jednog diska Nema veliku primenu zbog RAID 5, koji je osetno boljiRAID 4- ulustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaemo RAID 4 sa 4 datoteka, razliitih veliina. Slika 6 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 4.

Slika 6 Ilustracija RAID 4 sa 4 datotekeCrvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je neto vea datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubiasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska. Siva boja predstavlja disk parnosti. Preporuljiv za upotrebu (Recommended Uses): Gotovo da se ne koristi, zato to je RAID 5 mnogo bolji ZADATAK 5 Data su etiri identina diska kapaciteta 10GB sa sledeim karakteristikama:

proseno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec,

pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec,

pozicioniranje na sledei cilindar (track to track seek): 0.8msec,

ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec),

pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec,

propusna mo: 160MB/sec,

srednje vreme izmeu otkaza: 200.000 asova (23 godine),

cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-4 sa stripe jedinicom veliine 2KB (4 bloka).

a.Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logikih blokova, a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID?

b.Odredite na kom se disku se nalazi logiki blok 3.945.

c.U redu za korienje diska nalaze se redom zahtevi sa sledeim veliinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva moe opsluiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopte?

d.Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorienja prostora..

e.Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 as.

(a)Sledea tabela ilustruje dati RAID (trake veliine 2KB):

disk0disk1disk2disk3

012P

345P

678P

91011P

121314P

151617P

............

N-3N-2N-1P

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB:

broj blokova = (broj diskova - 1) broj blokova na disku,

broj blokova = (4-1) (10GB/512) = 58593750 blokova,

broj traka = broj blokova / veliina trake u blokovima,

broj traka = 58593750 / 4 = 146.484.375.

(b)Prvo se odreuje kojoj traci pripada blok.

Stripe = Integer (logiki blok / veliina trake) = Integer(3945/4) = 986.

Disk = (stripe % (broj diskova-1)) = moduo (986/3) = 2 (logiki blok se nalazi na disku broj 2, a kako se diskovi numeriu poev od nule to je trei disk u RAID-u).

(c)I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K).

Teorijski, RAID 4 moe opsluiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, umanjeno za 1, pod uslovom da je transfer manji od veliine trake i da se trake nalaze na razliitim diskovima. U ovom sluaju RAID trenutno moe da izvrava najvie dva zahteva (1K, 2K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smetene na razliitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID moe izvriti 3 zahteva simultano.

(d)Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet.

Cena po GB = 4 x 50$ / 3 x 10GB = 6.66$/GB.

Stepen iskorienja prostora za RAID 4 je 75%.

(e)Srednje vreme otkaza za RAID 4 se rauna na sledei nain:

MTTF(RAID-4) = MTTF 2 (disk) / (N(G-1)MTTR),

MTTF(RAID-4)=200.0002/4(4-1)1=3.333.333.333asova=380.517 god.

RAID 5 (block-interleaved distributed parity) (slika e): predstavlja RAID konfiguraciju veoma slinu sa RAID 4, pri emu ne postoji jedan disk parnosti nego svih N+1 diskova predstavljaju i diskove podataka i diskove parnosti. Parnost se upisjue u levom simetrinom rasporedu. RAID-5 od osnovnih struktura predstavlja najbolju kombinaciju, ima paralelizam, ima konkurentnost, dobar je za velike upise, svi diskovi su ravnomerno optereeni. Jedino ostaje i dalje problem malih upisa (read-modify-write) koji se delimino razreava preko kea na RAID nivou.

RAID 5 predstavlja jednostavan RAID, koji ima ba veliku i popularnost i primenu . Glavne osobine RAID 5 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou blokova i tehniku parnosti

Za tehniku parnosti se ne koristi poseban disk, svi diskovi uestvuju u parnosti, pa parnost vie nije usko grlo

Moe se napraviti od minimalno 3 diska Stepen konkurencije jednak broju svih diskova, svi data diskovi opsluuju po jedan zahtev Dobar za sekvencijalne performanse i za random read, ali za random write dosta lo Dobar procenat iskorienja diskova zbog jednog diska parnosti Podran uglavnom hardverski Moe izdrati otkaz jednog diska Ima veliku primenu, najbolji je od svih parity RAID sistemaRAID 5- ilustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaemo RAID 5 sa 4 datoteka, razliitih veliina. Slika 8 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 5.

Slika 8 Ilustracija RAID 5 sa 4 datotekeCrvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je neto vea datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubiasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska. Siva boja predstavlja distribuiranu parnost.

Preporuljiv za upotrebu (Recommended Uses): Veoma je popularan i moe se primenjivati gotovo svuda, osim za write-intenzivne aplikacije, kada je RAID 1 bolje reenje. Danas popularniji od RAID 5 postaju ugnedeni sistemi tipa RAID 0+1 ili RAID 1+0. ZADATAK 6 Data su etiri identina diska kapaciteta 10GB, sa sledeim karakteristikama:

proseno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec,

pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec,

pozicioniranje na sledei cilindar (track to track seek): 0.8msec,

ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec),

pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec,

propusna mo: 160MB/sec,

srednje vreme izmeu otkaza: 200.000 sati (23 godine),

cena: $50.

Od navedenih diskova formiran je RAID-5 sa stripe jedinicom veliine 4KB (8 blokova).

a.Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logikih blokova, a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID?

b.Odredite na kom disku se nalazi logiki blok 111.

c.U redu za korienje diska nalaze se redom zahtevi koji imaju sledee veliine transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva moe opsluiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopte?

d.Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorienja prostora..

e.Odredite optimalnu veliinu trake (stripe) za radno optereenje sa step. konkurentnosti 5.

f.Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 as.

(a)Sledea tabela ilustruje dati RAID (trake veliine 2KB):

disk0disk1disk2disk3

012P

34P5

6P78

P91011

121314P

............

N-3N-2N-1P

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB:

broj blokova = (broj diskova - 1) broj blokova na disku,

broj blokova = (4-1) (10GB/512) = 58.593.750 blokova

broj traka = broj blokova / veliina trake u blokovima,

broj traka = 58.593.750 / 8= 7.324.218.

(b)Prvo se odreuje kojoj traci pripada blok.

Stripe = Integer (logiki blok / veliina trake) = Integer(111/8) = 13.

Iz prethodne tabele se vidi da se traka br.13 nalazi na disku 1.

(c)I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K).

Teorijski, RAID 5 moe opsluiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, umanjeno za 1, pod uslovom da je transfer manji od veliine trake i da se trake nalaze na razliitim diskovima. U ovom sluaju RAID trenutno moe da izvravaju najvie tri zahteva (1K, 2K, 4K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smetene na razliitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID moe izvriti 3 zahteva simultano.

(d)Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet.

Cena po GB = 4 x 50$ / 3 x 10GB = 6.66$/GB.

Stepen iskorienja prostora za RAID 5 je 75%.

(e)t = 6.3 + (8.33/2) = 10.47 msec,

v = brzina pristupa medijumu = 24.5MB/sec,

c = stepen konkurentnosti = 5,

x = 0.5KB + tv(c-1) = 257.01KB.

Ova vrednost se zaokruuje na x=256KB (512 blokova).

(f)Srednje vreme otkaza za RAID 5 se rauna na sledei nain:

MTTF(RAID-5) = MTTF 2 (disk) / (N(G-1)MTTR)

MTTF(RAID-5) = 200.000 2 / 4(4-1)1 = 3.333.333.333 sati = 380.517 godina.

RAID 6 (P+Q redundancy scheme)(slika f). predstavlja RAID kombinaciju koja moe razreiti prolem kada otkau vie od jednog diska, jer sve prethodne eme gube sve podatke ako simultano otkau bar 2 diska (osim RAID 1). Da bi postigao takav stepen pouzdanosti,RAID 6 nastaje kade se u RAID 5 dodaju pored jednog P diska i Q disk parnosti, dakle 2 diska, a umesto parnosti se koristi Read-Solomon kod.

RAID (0+1) i RAID (1+0). Ovo su dve veoma kvalitetne kombinacije tehnike 0 i 1 prikazana na slici ... RAID 0 obezbeuje visoke performanse, RAID 1 obezbeuje visoku pouzdanost. Meutim kombinacija ostaje i dalje skupa jer duplira broj diskova. U kombinaciji 0+1, skup diskova deli podatke, a potom se sve stripe jedinice (ili kratko stripe) u celini kopiraju u svoje ogledalo. Druga kombinacija 1+0 znai da svaki disk ima svoje ogledalo a onda se podaci dele izmeu ogledala. 1+0 je teorijski bolji u odnosu na 0+1. Kod 0+1 u sluaju da jedan disk otkae cela grupa stripe jednica su neraspoloive na 2 mesta, dok je ona u ogledalu raspoloiva. U sluaju 1+0 otkaz jednog diska utie na pouzdanost samo te stripe jedince koja ima samo jednu raspoloivu kopiju.

Ako disk otkae, vreme za opravak moe biti znaajno i zavisi od RAID konfiguracije. Oporavak je najbri u sluaju RAID 1, kad se podaci na novi disk upisuju sa ogledala. U sluaju RAID sa parnou, vreme oporavka je znaajno vee. RAID 0 se koristi u aplikacijama gde su performanse kritne, a pouzdanost nije previe bitna. A na drugoj strani RAID 1 se korsiti gde je pozdanost od izuzetne vanosti. RAID 1+0 i 0+1 se koriste tamo gde su i brzina i perfomanse jako kritine, kao to su baze podataka. Za veoma velike sisteme zbog osetno manjeg zahteva u broju diskova, koristi se RAID 5, a u sluaju zahteva za visoku pouzdanost koristi se RAID 6.

Prilikom projektovanja RAID sistema, projektant treba da odgovori na brojna pitanja:

koji e RAID nivo da se primeni

koliko diskova e biti u RAID sistemu

koliko grupa parnosti e se napraviti

kolika e biti veliina stripe jedinice

Koristite formulu EMBED Equation.3 , gde je x optimalna veliina trake (stripe), t vreme koje se rauna kao zbir srednjeg vremena pozicioniranja i srednjeg rotacionog vremena, v brzina pristupa medijumu, c stepen konkurentnosti, s prosena koliina transfera po zahtevu, i n broj diskova u RAID-u.

Koristite formulu x = 0.5KB + tv(c-1), gde je x optimalna veliina trake (stripe), t vreme koje se rauna kao zbir srednjeg vremena pozicioniranja i srednjeg rotacionog vremena, v brzina pristupa medijumu, c stepen konkurentnosti, n broj diskova u RAID-u.

10

_1168250760.unknown

_1168250821.unknown

_1153154596.psd

_1168250343.unknown