lucidi in formato pdf - Dipartimento di Matematica e Informatica

Dischi RAID
(Redundant Array of Inexpensive Disks)
Corso: Architetture degli Elaboratori
Docenti: F. Barbanera, G. Bella
UNIVERSITA’ DI CATANIA
Dip. di Matematica e Informatica
Un divario prestazionale
(confronto puramente qualitativo)
prestazioni
CPU
dischi
1970
F. Barbanera, G. Bella
1985
2
2000
Dischi RAID v.2.2
1
Un divario prestazionale
Le prestazioni delle CPU – # operazioni al
secondo per unità di superficie –
raddoppiano circa ogni 18 mesi
Le prestazioni dei dischi – tempo medio di
ricerca – raddoppiano circa ogni 10 anni
(Es. Da 100msec nel ’70, a 10msec oggi)
Divario già oggi preoccupante!
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
Idea di Patterson et al. (1998)
per migliorare le prestazioni dei dischi
Parallelizzare l’ Input/Output !
I dischi RAID (Redundant Array of Inexpensive
Disks) si basano su questa idea
Un RAID è fisicamente costituito da un insieme
di unità disco convenzionali operanti in
parallelo, gestiti da un unico controllore
Il Sistema Operativo tratta un RAID come un
singolo disco convenzionale
Esistono RAID di livello 0, livello 1, … livello 5
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
2
RAID di livello diverso da 2 o 3
Un tale RAID è logicamente costituito da un
insieme di strisce (strip), ognuna di k settori
I primi k settori formano la striscia 0, i
secondi k la striscia 1, e così via
È compito del controllore mappare la
struttura logica nella struttura fisica, ossia
accedere alle strisce opportune
Tale mappatura è detta strisciatura (striping)
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
RAID di livello 0
Distribuisce strisce consecutive su unità
consecutive
striscia 0
striscia 4
striscia 8
striscia 2
striscia 6
striscia 10
striscia 1
striscia 5
striscia 9
striscia 3
striscia 7
striscia 11
Se il S.O. richiede/trasmette un blocco
di dati di 4 strisce, il controllore
legge/scrive una striscia per unità
Ecco realizzato l’I/O parallelo
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
3
RAID di livello 0
Se la lettura/scrittura richiede un # di strisce
superiore al numero di unità, il controllore
interpella certe unità più di una volta, gestendo
i risultati
Con S.O. che richiedono una striscia o un
settore per volta, le prestazioni non sono
superiori a quelle di un disco convenzionale
Affidabilità: se si guasta un’unità, si guasta il
RAID!
Prestazioni dipendenti da quali strisce richieste
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
RAID di livello 1
Rispetto al livello 0, tutti i dischi sono duplicati
striscia 0
striscia 4
striscia 8
striscia 2
striscia 6
striscia 10
striscia 1
striscia 5
striscia 9
striscia 0
striscia 4
striscia 8
striscia 1
striscia 5
striscia 9
striscia 3
striscia 7
striscia 11
striscia 2
striscia 6
striscia 10
striscia 3
striscia 7
striscia 11
Ciascuna striscia viene scritta 2 volte, quindi
può essere letta da una delle 2 copie
Prestazioni uguali in scrittura, doppie in lettura
Se si guasta un’unità, si può usare la copia
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
4
RAID di livello 2
Un tale RAID è logicamente costituito da un
insieme di nibbles
Un nibble è una parola di x + y bit, essendo x i
bit di dati, e y i bit di un codice di Hamming per
gli x bit
Un tale RAID è fisicamente costituito da x + y
unità
Se ruotano in sincronia, e le testine si muovono
in sincronia, è utile scrivere un bit per unità
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
RAID di livello 2
Esempio. x = 4; y = 3
bit 1
bit 2
bit 4
bit 3
bit 5
bit 6
bit 7
Tale RAID legge/scrive 4 settori nel tempo di
lettura/scrittura di 1 settore
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
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RAID di livello 3
Come livello 2, ma ogni nibble è lungo x + 1
bit, ossia si usa un solo bit di parità per
ciascuna parola di dati di x bit
I bit di parità vengono scritti su un’apposita
unità
Anche qui è necessaria la sincronizzazione
Esempio.
x=4
bit 1
bit 2
bit 3
bit 4
parità
Se si guasta un’unità, il bit di parità
corregge l’errore
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
RAID di livello 4
Come livello 0, ma con strisce di parità su
unità dedicata
striscia 0
striscia 4
striscia 8
striscia 1 striscia 2 striscia 3 parità 0-3
striscia 5 striscia 6 striscia 7 parità 4-7
striscia 9 striscia 10 striscia 11 parità8-11
Se un’unità si guasta, le strisce di parità
permettono di ricalcolare le strisce perse
Non serve sincronizzazione delle unità
Aggiornare un singolo settore causa lettura
delle strisce adiacenti e calcolo della parità
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
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RAID di livello 5
Come livello 4, ma con strisce di parità
distribuite sulle unità con metodo round robin
striscia 0
striscia 4
striscia 8
striscia 1 striscia 2 striscia 3 parità 0-3
striscia 5 striscia 6 parità 4-7 striscia 7
striscia 9 parità8-11 striscia 10 striscia 11
Se un’unità si guasta, è piuttosto complicato
ricostruire le sue strisce
F. Barbanera, G. Bella
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Dischi RAID v.2.2
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