Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Armazenamento Secundário Periféricos de Entrada/Saída UCUAL Registradores Memória Memória Principal/Primária

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    17-Apr-2015

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<ul><li> Slide 1 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Armazenamento Secundrio Perifricos de Entrada/Sada UCUAL Registradores Memria Memria Principal/Primria RAM/DRAM/SDRAM Memria Secundria Discos magnticos / pticos Memria Terciria Fitas/cartuchos magnticos Modelo de Von Neumann Hierarquia de memria UCP - no volteis - normalmente magnticas - muito lentas (em relao mem. principal soluo: cach) Abordagem nessa aula: - Discos Magnticos - Interfaces - R.A.I.D. cach </li> <li> Slide 2 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br UCPMemria Adaptador de barramento Controlador de barramento universal Controlador de disco Controlador de vdeo Controlador de teclado Interface Serial Interface Paralela cache L1 cache L2 memory bus (barramento de memria) I/O bus (barramento de E/S) </li> <li> Slide 3 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos Magnticos e Interfaces </li> <li> Slide 4 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos Magnticos e Interfaces Trilha Prato Pratos Trilhas Setores </li> <li> Slide 5 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos Magnticos e Interfaces Parmetros de desempenho: - tempo mdio de busca - atraso rotacional ou latncia de rotao - tempo de transferncia Parmetros de confiabilidade: - MTBF = MTTF - taxa de erros de leitura de bit recuperveis - taxa de erros de leitura de bit irrecuperveis - sobretaxa de transferncia - atraso em fila </li> <li> Slide 6 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos Magnticos e Interfaces Especificaes tcnicas de confiabilidade de discos magnticos. (Seagate, 2002) </li> <li> Slide 7 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos Magnticos e Interfaces Mecanismos de Deteco e Predico 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 </li> <li> Slide 8 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br canal 1 canal 0 barramento PCI Controladora de E/S Controladora SCSI ID0 ID1ID2ID16 ID0ID1ID2ID16 Topologia das Interfaces (SCSI) </li> <li> Slide 9 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Padro SCSIQtde de discos suportados Tamanho mximo de cabo Velocidade do barramento Largura de barramento Taxa de transf. SCSI-186 m5 MHz85MB/s Fast SCSI83 m10 MHz810 MB/s SCSI-283 m5 MHz85 MB/s Fast/Wide Scsi-2 163 m10 MHz1620 MB/s Ultra SCSI81,5 m20 MHz820 MB/s Ultra/Wide SCSI 161,5 m20 MHz1640 MB/s Ultra2 SCSI (LVD) 1612 m40 MHz1680 MB/s Ultra3/160 SCSI 1612 m40 MHz16160 MB/s Tabela de verses da interface SCSI (DOMINGUEZ; COLLIGAN, 1999) </li> <li> Slide 10 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Topologia das Interfaces (ATA / SATA) Controlador ATA Canal ATA Secundrio MestreEscravo Canal ATA Primrio MestreEscravo Controlador Serial ATA SATA Port SATA Drive SATA Port SATA Drive - 16 linhas de dados (paralela) - at 133MB/s (DMA modo 6) - 2 devices por canal/cabo - 40 pinos cabo de dados - 4 pinos cabo de alimentao - 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 alimentao Especificao em : http://www.serialata.org </li> <li> Slide 11 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Modo de Transferncia de Dados Taxa mxima de Transferncia de Dados Pinos por Conector Quantidade de Condutores Verso ATA PIO Modo 03,33 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 15,22 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 28,33 MB/s40 ATA-1 PIO Modo 311,1 MB/s40 Fast ATA PIO Modo 416,7 MB/s40 ATA-3 DMA Modo 111,1 MB/s40 Fast ATA DMA Modo 1 (Multiword)13,3 MB/s40 ATA-2 DMA Modo 2 (Multiword)16,6MB/s40 ATA-3 Ultra ATA DMA Modo 233,3 MB/s40 ATA-4 Ultra ATA DMA Modo 344,4 MB/s4080ATA-5 Ultra ATA DMA Modo 466,6 MB/s4080ATA-5 Ultra ATA 100 DMA Modo 599,9 MB/s4080ATA-5 Tabela de verses da interface ATA (DOMINGUEZ; COLLIGAN, 1999) Ultra ATA 133 DMA Modo 6133 MB/s4080ATA-5 </li> <li> Slide 12 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Comutador ServidoresMatrizes de Disco Comutao de Malha Ponto a Ponto Servidor Discos Rx Tx Loop Arbitrrio Servidor Rx Tx Topologia das Interfaces (Fiber Channel) </li> <li> Slide 13 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br A Importncia do Armazenamento Secundrio processor-centricdata-centric (COURTRIGHT, 1997) </li> <li> Slide 14 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Fragmentao de Dados 64KBytes 16KBytes </li> <li> Slide 15 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Fragmentao de Dados 9GB Matriz de 7x9GB de discos fsicos 1 Disco lgico de 63 GB </li> <li> Slide 16 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Fragmentao de Dados - alto desempenho - paralelismo de instrues de E/S independentes - instrues de E/S abrangendo dados fragmentados em mltiplos discos - baixa confiabilidade - Kim e Salem, 1984 </li> <li> Slide 17 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br R. A. I. D. - acrnimo de Redundant Array of Inexpensive Disks - David Patterson, 1988 - Universidade Berkeley - Califrnia de Discos de Baixo Custo Matrizes Redundantes </li> <li> Slide 18 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Originais - RAID nvel 1 - Espelhamento - RAID nvel 2 - Cdigo de Hamming - RAID nvel 3 - Paridade N+1 - Entrelaamento nvel de byte - RAID nvel 4 - Paridade N+1 - Entrelaamento nvel de bloco - RAID nvel 5 - Paridade N+1 Distribuda - Entrelaamento nvel de bloco </li> <li> Slide 19 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 1 - Espelhamento Bit Dados 1 Bit Dados 2 Bit Dados 3 Bit Dados 4 DISCO 0 Bit Verificao 1 Bit Verificao 2 Bit Verificao 3 Bit Verificao 4 DISCO 1 DADOS ESPELHADOS </li> <li> Slide 20 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 1 - Espelhamento - Palavra cdigo: 2 bits 1 dado e 1 verificao - alto custo - Sobretaxa = 100% - alto desempenho leitura - acesso simultneo em ambos discos - poltica de escolha do disco a ser acessado pela estimativa do tempo de busca para cada instruo de leitura - alta confiabilidade simplicidade na implementao </li> <li> Slide 21 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 2 Cdigo de Hamming A-D0-3 = Bits de dados ECC A-Dx, ECC A-Dy, ECC A-Dz = paridades dos subconjuntos de A-D0-3 A0A1A2A3ECC AxECC AyECC Az B0B1B2B3ECC BxECC ByECC Bz C0C1C2C3ECC CxECC CyECC Cz D0D1D2D3ECC DxECC DyECC Dz </li> <li> Slide 22 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br b1b2 b4 b5 b6 b3 b7 b1b2 b4 0 1 1 1 01 0 0 1 1 1 Palavra Cdigo 0 1 1 0 0 1 1 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b1, b2 e b4 = verificao b3, b5, b6 e b7 = dados (1011) Cdigo de Hamming </li> <li> Slide 23 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br 01 0 1 1 1 1 Leitura errada do bit 5 0 1 1 0 1 1 1 b1 e b4 no conferem. Soma-se os ndices para detectar o bit errado b5 Deteco e Correo de Erro Cdigo de Hamming </li> <li> Slide 24 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 2 Cdigo de Hamming Tamanho msg em bits (m) Nm. de bits de redundncia (r) Tam. da palavra cdigo em bits (n) Percentual de sobretaxa 43775 841250 1652131 3263819 6477111 12881366 25692654 512105222 10241110351 </li> <li> Slide 25 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 3 - Paridade N+1 Entrelaamento nvel de byte B1 B4 B7 B10... DISCO 0 B2 B5 B8 B11... DISCO 1 B3 B6 B9 B12... DISCO 2 P(B1,B2,B3) P(B4,B5,B6) P(B7,B8,B9) P(B10,B11,B12)... DISCO 3 bn = bits de dados P(bx,by,bz) = paridade de bx, by e bz </li> <li> Slide 26 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 3 - Paridade N+1 Entrelaamento nvel de byte - Palavra Cdigo: N+1 bits paridade par ou XOR dos N bits - mnimo de 3 discos - Confiabilidade: deteco simples de erro por paridade - baixo custo Sobretaxa = 1/N-1 - alto desempenho em pequenas leituras - baixo desempenho em grandes leituras/escritas - Stripe = 1 byte </li> <li> Slide 27 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 4 - Paridade N+1 Entrelaamento nvel de bloco B0 B1 B2... B511 B512 B513 B514... B1023 B1024 B1025 B1026... B1535 P(B0,B512,B1024) P(B1,B513,B1025) P(B2,B514,B1026)... P(B511,B1023,B1535 K0 K1 K2 P(K0,K1,K2) K3K4K5P(K3,K4,K5) K6K7K8P(K6,K7,K8) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 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 </li> <li> Slide 28 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 4 - Paridade N+1 Entrelaamento nvel de bloco - custo e confiabilidade idem RAID 3 - bom desempenho em grandes leituras - baixo desempenho em escrita - gargalo: disco de paridade - operaes RMW </li> <li> Slide 29 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br K6K7K8P(K6,K7,K8) K9K10K11P(K9,K10,K11) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 K0K1K2P(K0,K1,K2) K3K4K5P(K3,K4,K5) RAID nvel 5 - Paridade N+1 distribuda Entrelaamento nvel 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 </li> <li> Slide 30 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAID nvel 5 - Paridade N+1 distribuda Entrelaamento nvel de bloco - custo e confiabilidade idem RAIDs 3 e 4 - baixo desempenho em pequenas escritas - desempenho aceitvel para grandes escritas - paridade distribuda </li> <li> Slide 31 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br K8K10K11 K12K13K15 DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 DISCO 3 K0K1K2 K5K6K7K4 K9 K14 K3 RAIDs Derivados - RAID 0 (Sem Redundncia) </li> <li> Slide 32 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco 0 3 6 D 1 4 7 E 2 5 8 F A B C INFORMAO VERIFICAO </li> <li> Slide 33 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Discos de Dados (D) Discos de Paridade (P) Total de discos (N) SobretaxaSobretaxa Hamming / N 44850%75% / 7 651145%50% / 12 861443% 961540% 1071741% 1271937%31% / 21 25103529%19% / 32 1002012017%6% / 128 1000110111010%1% / 1024 RAIDs Derivados - Matriz Bi-dimensional de Disco </li> <li> Slide 34 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Falhas de Sistemas MTTFs CARACTERSTICOS DE ALGUNS COMPONENTES DE SISTEMA ~ Fonte Alimentao AC - MTTF=4.900 horas MTTF= 123.000 horas Cabo alimentao MTTF=10.000.000 horas Discos Ventilao MTTF= 195.000 horas Cabo Scsi MTTF=21.000.000 horas Controladora SCSI MTTF=120.000 horas </li> <li> Slide 35 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br Soluo: Redundncia nos Pontos Crticos de Falha Soluo para Tolerncia a Falhas de Sistema </li> <li> Slide 36 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - Ortogonal Controladores de Barramento ou Cadeia Opo 1 Opo 2 </li> <li> Slide 37 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - RM-2 (Redundant Matrix) - possibilita dupla falha simultnea de disco sem perda de dados D0D1D2 P12P23P30 D3 P01 - utiliza dupla paridade - sobretaxa com redundncia = 1/M e N = 2M+1 </li> <li> Slide 38 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - Dados e Paridade no entrelaados C0 C1 C2 C512 C513 C514 P(A512,B512) P(A513,B513) P(A514,B514) B0 B1 B2 B512 B513 B514 P(A0,C512) P(A1,C513) P(A2,C514) A0 A1 A2 A512 A513 A514 P(B0,C0) P(B1,C1) P(B2,C2) DISCO 0 DISCO 1 DISCO 2 - idealizado para sistemas de Banco de Dados (Gray et al. apud Gibson, 1991) - melhor desempenho em pequenas leituras -mesmo custo de N+1, alternativa para mirror - no fragmenta os dados: cada disco corresponde a 1 sistema de arquivos </li> <li> Slide 39 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - Cdigo No-Binrio AB C1 C2 *1 + + Modulo 2 AB C1 C2 *1 *2 *1 + + Modulo 4 Binrio No-Binrio </li> <li> Slide 40 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 0+1 D0 D1 D2 RAID 0 D3 D4 D5 RAID 0 RAID 1 D0D1 D0D1 RAID 1 D2D3 RAID 1 D4D5 RAID 1 D0 D1 D2 RAID 0 </li> <li> Slide 41 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br RAIDs Derivados - RAID em Camadas RAID 0+3 D0D1D2 RAID 0 D3D4D5 RAID 0 D6D7D8 RAID 0 D0 D1 D2 RAID 3 </li> <li> Slide 42 </li> <li> Enderson Ferreira - enderson@agestado.com.br ASHAR, Kanu G. 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