Armazenamento Secund

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Armazenamento Secundário
Modelo de Von Neumann
Periféricos de Entrada/Saída
UC
UAL
Registradores
Memória
UCP
Memória Principal/Primária RAM/DRAM/SDRAM

• não voláteis
• normalmente magnéticas
• muito lentas (em relação à mem. principal
  solução caché)
• Abordagem nessa aula
• Discos Magnéticos
• Interfaces
• R.A.I.D.

caché
Hierarquia de memória
Memória Secundária Discos magnéticos / ópticos
Memória Terciária Fitas/cartuchos magnéticos
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memory bus (barramento de memória)
cache L1
cache L2
UCP
Memória
Adaptador de barramento
I/O bus (barramento de E/S)
Controlador de barramento universal
Controlador de disco
Controlador de vídeo
Controlador de teclado
Interface Serial
Interface Paralela
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Discos Magnéticos e Interfaces
4
Discos Magnéticos e Interfaces
Pratos
Trilhas
Setores
Prato
Trilha
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Discos Magnéticos e Interfaces
Parâmetros de desempenho
- tempo médio de busca
- atraso rotacional ou latência de rotação
- tempo de transferência
- sobretaxa de transferência
- atraso em fila
Parâmetros de confiabilidade
- MTBF MTTF
- taxa de erros de leitura de bit recuperáveis
- taxa de erros de leitura de bit irrecuperáveis
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Discos Magnéticos e Interfaces
Especificações técnicas de confiabilidade de
discos magnéticos. (Seagate, 2002)
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Discos Magnéticos e Interfaces
Mecanismos de Detecção e Predicção de Erros
- CRC (Cyclic Redundancy Check)
- S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis
and Reporting Technologies)
Interfaces
- IDE/ATA vs SCSI
- Alternativas
- USB
- Firewire IEEE-1394
- Canais de fibra (fiber channel)
- Serial ATA
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Topologia das Interfaces (SCSI)
Controladora de E/S
barramento PCI
canal 0
Controladora SCSI
ID0
ID1
ID2
ID16
canal 1
ID1
ID2
ID16
ID0
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Tabela de versões da interface SCSI (DOMINGUEZ
COLLIGAN, 1999)
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Topologia das Interfaces (ATA / SATA)

• 16 linhas de dados (paralela)
• até 133MB/s (DMA modo 6)
• 2 devices por canal/cabo
• 40 pinos cabo de dados
• 4 pinos cabo de alimentação

SATA Port

• 4 linhas de dados (serial Tx e Rx)
• 1,5Gb/s diferential NRZ serial stream
• 1 device por SATA port
• 7 pinos conector de dados
• 15 pinos conector de alimentação
• Especificação em http//www.serialata.org

Controlador Serial ATA
SATA Drive
SATA Port
SATA Drive
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Tabela de versões da interface ATA (DOMINGUEZ
COLLIGAN, 1999)
Ultra ATA 133 DMA Modo 6
133 MB/s
40
80
ATA-5
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Topologia das Interfaces (Fiber Channel)
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A Importância do Armazenamento Secundário
(COURTRIGHT, 1997)
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Fragmentação de Dados
15
Fragmentação de Dados
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Fragmentação de Dados
- Kim e Salem, 1984
- alto desempenho
- paralelismo de instruções de E/S independentes
- instruções de E/S abrangendo dados fragmentados
em múltiplos discos
- baixa confiabilidade
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R. A. I. D.
- David Patterson, 1988 - Universidade Berkeley -
Califórnia
- acrônimo de Redundant Array of Inexpensive
Disks
Matrizes
Redundantes
de Discos de Baixo Custo
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RAIDs Originais
- RAID nível 1 - Espelhamento
- RAID nível 2 - Código de Hamming
- RAID nível 3 - Paridade N1 - Entrelaçamento
nível de byte
- RAID nível 4 - Paridade N1 - Entrelaçamento
nível de bloco
- RAID nível 5 - Paridade N1 Distribuída -
Entrelaçamento nível
de bloco
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RAID nível 1 - Espelhamento
20
RAID nível 1 - Espelhamento
- Palavra código 2 bits 1 dado e 1 verificação
- alto custo - Sobretaxa 100
- alto desempenho leitura
- acesso simultâneo em ambos discos

• política de escolha do disco a ser acessado pela
  
• estimativa do tempo de busca para cada instrução
  de leitura

- alta confiabilidade simplicidade na
implementação
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RAID nível 2 Código de Hamming
A-D0-3 Bits de dados ECC A-Dx, ECC A-Dy, ECC
A-Dz paridades dos subconjuntos de A-D0-3
A0 A1 A2 A3 ECC Ax ECC Ay ECC Az
B0 B1 B2 B3 ECC Bx ECC By ECC Bz
C0 C1 C2 C3 ECC Cx ECC Cy ECC Cz
D0 D1 D2 D3 ECC Dx ECC Dy ECC Dz
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Código de Hamming
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b1, b2 e b4
verificação b3, b5, b6 e b7 dados (1011)
Palavra Código 0 1 1 0 0 1 1
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Código de Hamming
Detecção e Correção de Erro
Leitura errada do bit 5 0 1 1 0 1 1 1
b1 e b4 não conferem. Soma-se os índices para
detectar o bit errado b5
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RAID nível 2 Código de Hamming
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RAID nível 3 - Paridade N1 Entrelaçamento nível
de byte
bn bits de dados P(bx,by,bz) paridade de bx,
by e bz
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RAID nível 3 - Paridade N1 Entrelaçamento nível
de byte
- Palavra Código N1 bits paridade par ou XOR
dos N bits
- mínimo de 3 discos
- Confiabilidade detecção simples de erro por
paridade
- baixo custo Sobretaxa 1/N-1
- Stripe 1 byte
- alto desempenho em pequenas leituras
- baixo desempenho em grandes leituras/escritas
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RAID nível 4 - Paridade N1 Entrelaçamento nível
de bloco
Bn byte de dados P(Bx,By,Bz) paridade de Bx,
By e Bz
Kn Blocos de dados de 512 Bytes P(Kx,Ky,Kz)
bloco de paridade de Kx, Ky e Kz
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RAID nível 4 - Paridade N1 Entrelaçamento nível
de bloco
- custo e confiabilidade idem RAID 3
- bom desempenho em grandes leituras
- baixo desempenho em escrita
- gargalo disco de paridade - operações RMW
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RAID nível 5 - Paridade N1 distribuída
Entrelaçamento nível de bloco
Bn byte de dados P(Bx,By,Bz) paridade de Bx,
By e Bz
Kn Blocos de dados de 512 Bytes P(Kx,Ky,Kz)
bloco de paridade de Kx, Ky e Kz
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RAID nível 5 - Paridade N1 distribuída
Entrelaçamento nível de bloco
- custo e confiabilidade idem RAIDs 3 e 4
- baixo desempenho em pequenas escritas
- desempenho aceitável para grandes escritas
- paridade distribuída
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RAIDs Derivados - RAID 0 (Sem Redundância)
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RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco
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RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco
34
Falhas de Sistemas
35
Solução para Tolerância a Falhas de Sistema
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RAIDs Derivados - Ortogonal
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RAIDs Derivados - RM-2 (Redundant Matrix)
- possibilita dupla falha simultânea de disco sem
perda de dados
- utiliza dupla paridade
- sobretaxa com redundância 1/M e N 2M1
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RAIDs Derivados - Dados e Paridade não
entrelaçados

• idealizado para sistemas
• de Banco de Dados
• (Gray et al. apud Gibson, 1991)

• melhor desempenho
• em pequenas leituras

• mesmo custo de N1,
• alternativa para mirror

• não fragmenta os dados
• cada disco corresponde
• a 1 sistema de arquivos

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RAIDs Derivados - Código Não-Binário
40
RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 01
41
RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 03
42
Referências
ASHAR, Kanu G. Magnetic Disk Drive Technology
Heads, Media, Channel, Interfaces and
Integration. New York, USA IEEE Press,
1996. CARDENAS, D. Glen CATENA, Jose-Maria.
SCSI vs. IDE. A Complete Assessment. Site
ProRec.com, 2000. Disponível em
lthttp//www.prorec.com/prorec/articles.nsf/articl
es/1A37C1C69674D6D786256950005D2C39gt. Acesso em
13 dez. 2002. COURTRIGHT, William V. A
Transactional Approach to Redundant Disk Array
Implementation. A Dissertation submitted to the
Department of Electrical and Computer
Engineering in Partial Fulfillment of the
Requirements for the Degree of Doctor of
Philosophy. Pittsburgh Carnegie Mellon
University, 1997. DOMINGUEZ, Ricardo COLLIGAN,
Tom. SCSI vs. ATA Interface Comparison. Site da
Dell Computer Corporation Vectors Technology
Information Center, 1999. Disponível em
lthttp//www.dell.com/us/en/gen/topics/vectors_1999
-atascsi.htmgt. Acesso em 8 ago. 2002. FERREIRA,
Enderson ALMEIDA JR, Jorge Rady de. Análise de
Confiabilidade de Sistemas Redundantes de
Armazenamento em Discos Magnéticos. São
Paulo,2003. 145 p. (Mestrado) EPUSP /
PCS GIBSON, Garth A. Redundant Disk Arrays -
Reliable, Parallel Secondary Storage. The MIT
Press, 1991. GILBERT, H. IDE and SCSI Disks. Das
Boot, PC Lube and Tune, 1995. Disponível em
lthttp//www.yale.edu/pclt/BOOT/DISKDEV.HTMgt.
Acesso em 16 jan. 2003. HWANG, Kai JIN, Hai
HO, Roy S. C. Orthogonal Striping and Mirroring
in Distributed RAID for I/O-Centric Cluster
Computing. IEEE Transactions on Parallel and
Distributed Systems, 2002. IBM. Self-Monitoring,
Analysis and Reporting Technology. How S.M.A.R.T
are your hard disk drives? Site da IBM IBM
Personal Systems Group, 1998. Disponível em
lthttp//www.pc.ibm.com/us/infobrf/ibsmart.htmlgt.
Acesso em 12 dez. 2002. PATTERSON, David A.,
CHEN, Peter, GIBSON, Garth, KATZ, Randy H.
Introduction to Redundant Arrays of Inexpensive
Disks. Berkeley University of California,
1989. SEAGATE. Especificações Técnicas HDs. Site
da Seagate Technology LLC, 2002. Disponível em
lthttp//www.seagate.com/cda/products/discsales/in
dexgt. Acesso em 18 nov. 2002.