Input/Output: Disk & Clock. dopsys

Transkript

1 Input/Output: Disk & Clock dopsys

2 Magnetiske diske Spiller en vigtig rolle for mange typer computere Persistens, lagringstæthed, pris, hastighed, holdbarhed, fejltyper,...: OK! Afgørende for opstart (tungt via netværk) Illustrerer også udstyr med egen intelligens Mange teknikker involveret, herunder visse som man ikke lige har tænkt på Kan udnyttes vældig godt eller dårligt (både fra userland og fra OS)

3 Udviklingen for magnetiske diske dopsys 3

4 Udviklingen for magnetiske diske Meget bedre dopsys 3

5 Udviklingen for magnetiske diske Meget bedre Lidt bedre dopsys 3

6 Udviklingen for magnetiske diske Meget bedre Lidt bedre Værre dopsys 3

7 Diskens geometri Der er typisk forskel på den fysiske og den virtuelle geometri dopsys 4

8 RAID Redundant Array of Inexpensive Disks Kan forbedre ydelse (parallellitet) Kan forbedre pålidelighed (data-redundans) Er generelt transparent udenfor controlleren Måske underligt at det ikke er mere mainstream? dopsys 5

9 RAID level 0-2 dopsys 6

10 RAID level 3-5 dopsys 7

11 CD-ROM (1) Dyrt værktøj, lys/mørke ved bump (kvart bølgelængde), vanskelig seek dopsys 82

12 CD-ROM (2) NB: På kanten af det mulige: masser af ekstra bits.. dopsys 9

13 CD-R Dyr skive, billigt værktøj: Kompatibilitet er trumf! dopsys 10

14 DVD (1) DVD forbedrer CD-formatet (en anelse): 1. Mindre bump (0.4µ versus 0.8µ) 2. Tættere spiral (0.74µ versus 1.6µ) 3. Rød laser (650nm versus 780nm) 4. Altså små justeringer, men 4.5/8.5/9.5/17GB! 5. Filmindustriens aftryk: skip XXX scenes osv. 6. Blu-Ray, HD DVD på vej... dopsys 11

15 DVD (2) Udvidelser: Dual-layered og double-sided dopsys 12

16 Disk formattering: lav-niveau En enkelt sektor udgør grundelementet Kan opdages: preamble karakteristisk Robust mod fejl: ECC Minimal for læsning/skrivning/fejl Typisk størrelse 512 bytes dopsys 13

17 Disk formattering: cylinder skew dopsys 14

18 Disk formattering: cylinder skew Skift til næste cylinder.. dopsys 14

19 Disk formattering: cylinder skew Skift til næste cylinder.... sker efter en kort pause dopsys 14

20 [Click] OK, det hjælper ved overgangen fra næstyderste til yderste cylinder, men hvad så med overgangen den modsatte vej?... A. Bare ærgerligt: man må vælge det ene eller det andet B. Ikke noget problem: Læsning den modsatte vej er en sjældenhed C. Ikke noget problem: Reelt er skew så stor at man havner omtrent i midten D. Ved ikke dopsys 15

21 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

22 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

23 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

24 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

25 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

26 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

27 Disk formattering: flere pauser Pauser mellem sektorer: Bruges ved overførsel til lageret dopsys 16

28 Disk schedulering (1) Rækkefølgen af disk-operationer er væsentlig, valget kaldes disk scheduling Tidsfaktorer: 1. Seek (at flytte læse/skrive-hovedet til den rette cylinder) 2. Rotation (at dreje skiven til den rette sektor) 3. Dataoverførsel dopsys 17

29 Disk schedulering (1) dopsys 17

30 Disk schedulering (2) Shortest seek first (SSF): udsulter udkanten dopsys 18

31 Disk schedulering (3) Elevatoralgoritmen dopsys 19

32 Håndtering af fejl (bad sectors) To strategier: Omordning vs. forskydning dopsys 20

33 Stabil lagring ( stable storage ) Krævede operationer, med to identiske diske: 1. Stable write (skriv+læs 1/2, evt. flyt) 2. Stable read (læs 1, evt. 2) 3. Recovery dopsys 21

34 Stabil lagring: crash-håndtering OK at operationen er helt hhv. slet ikke gennemført; sektor findes fx via non-volatile RAM dopsys 22

35 Clocks Hardware til tidsmåling bryder mønsteret: Kommunikerer ikke data (blk/chr) Er aktiv (interrupt) Styres af registre (som andre devices) Kan koste dyrt (høj frekvens) Erstattes ofte af software ( softirq ) dopsys 23

36 Clock hardware Sættes til at generere interrupt een gang vs. i bestemt rytme dopsys 24

37 Clock software (1) Typiske opgaver for en clock driver: 1. Vedligeholde tidspunkt ( real time ) 2. Schedulering: grib ind, når proces har kørt længe nok 3. Hold regnskab med brugen af CPU ( user time..) 4. Muliggøre alarmer 5. Understøtte watchdog timers 6. Profilering, overvågning, statistik dopsys 25

38 Clock software (2) År 3*10 9 problemet dopsys 26

39 Clock software (3) Det er afgørende at man nemt kan simulere flere clocks med en hardware clock dopsys 27

40 Clocks i software Gammelt begreb: Bottom half, opdateret: softirq. Ide: Ofte OK at få interrupt næsten rettidigt, dyrt at få hardware til det meget ofte; udnyt eksisterende brug af kernen 1. Systemkald 2. TLB opslag der mislykkes 3. Page fault 4. I/O interrupts 5. Pauser ( idle task ) dopsys 28

41 [Click] Hvorfor er det nyttigt at udføre clock-opgaver lige efter systemkald osv?... A. Fordi man på det tidspunkt er i kernel mode, således at der er direkte mulighed for at skrive til clock register B. Fordi man undgår to skift af kontekst C. Fordi man på det tidspunkt ved at der ikke er andre ting som haster D. Ved ikke dopsys 29

42 Opsummering Magnetiske diske illustrerer mange aspekter, er selv vigtige devices; RAID: fart/pålidelighed CD-ROM illustrerer afvejninger: redundans, stor datatæthed Formattering af diske fysisk/virtuel geometri; to slags skew disk schedulering håndtering af bad sectors Stable storage Clocks: ikke blk/chr, kan emuleres i software dopsys 30