RAID RAID RAID. Fig. 5.17, pág. 226 do livro do Tanenbaum

Transcrição

1 RAID O DESEMPENHO DA CPU TEM DUPLICADO A CADA 18 MESES. NA DÉCADA DE 1970, O TEMPO DE SEEK VARIAVA DE 50 A 100 ms, NA PRIMEIRA DÉCADA DO SÉCULO XXI ESSE TEMPO ATINGE UM POUCO MENOS DE 10 ms => A DIFERENÇA ENTRE O DESEMPENHO DA CPU COM A DO DISCO TEM SE ACENTUADO COM O PASSAR DO TEMPO COMO O PROCESSAMENTO PARALELO TEM SIDO CADA VEZ MAIS USADO, ACREDITOU-SE QUE REALIZAR E/S EM PARALELO TAMBÉM SERIA UMA BOA IDEIA RAID RAID REDUNDANT ARRAY OF INEXPENSIVE DISKS (ARRANJO REDUNDANTE DE DISCOS BARATOS) É UM CONJUNTO DE SEIS ORGANIZAÇÕES PARA DISCOS DESTINADO A MELHORAR O DESEMPENHO, A CONFIABILIDADE DOS DISCOS OU AMBOS RAID CAIXA DE DISCOS USO DE UM CONTROLADOR RAID NO LUGAR DA(S) PLACA(S) CONTROLADORA(S) PARA O S.O. A MATRIZ É APENAS UM DISCO ÚNICO GRANDE E CARO (SEM SER CARO SINGLE LARGE EXPENSIVE DISK, SLED) EM GERAL, USAM-SE DISCOS SCSI NÃO HÁ NECESSIDADE DE ALTERAR O S.O.

2 RAID OS DADOS SÃO DISTRIBUÍDOS PELOS DISCOS DA MATRIZ, O QUE PERMITE OPERAÇÃO EM PARALELO A DISTRIBUIÇÃO É DENOMINADA STRIPING AS SEIS ORGANIZAÇÕES DE DISCOS FORAM DENOMINADAS NÍVEIS DE 0 A 5 EXISTEM OUTRAS ORGANIZAÇÕES DECORRENTES DAS SEIS ORIGINAIS RAID Fig. 5.17, pág. 226 do livro do Tanenbaum RAID CADA FAIXA PODE ENVOVER UM NÚMERO CONSTANTE DE SETORES (MESMO TAMANHO EM TODOS OS DISCOS DE UMA MESMA MATRIZ) A IDEIA É A DO ARMAZENAMENTO DAS FAIXAS DE MANEIRA ROUND ROBIN EXISTEM IMPLEMENTAÇÕES DE CADA ESQUEMA RAID BASEADA EM SW E BASEADA EM HW (TOMAR CUIDADO NA AQUISIÇÃO)

3 RAID 0 SEM REDUNDÂNCIA (SOMENTE FAIXAS), QUAL É O GANHO? SE FAIXAS GRANDES SÃO USADAS, QUAL É O GANHO? SE A APLICAÇÃO REQUER GRANDE QUANTIDADE DE DADOS ARMAZENADOS SEQUENCIALMENTE, COMO DEVEM SER TRATADAS DIFERENTES REQUISIÇÕES DE E/S? O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA? ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR? RAID 0 DISCOS QUE RECEBEM MÚLTIPLAS REQUISIÇÕES VÃO TRATANDO-AS TRANPARENTEMENTE PARA O S.O. DESEMPENHO INFERIOR COM REQUISIÇÕES QUE REQUISITAM UM SETOR POR VEZ COM UM MTBF DE 20 MIL HORAS, A CADA 20 MIL / NÚMERO DE DISCOS PODERÁ OCORRER UM ERRO POR CONTA DE NÃO CONTAR COM REDUNDÂNCIA, NÃO É DE FATO UM RAID RAID 1 É O NÍVEL 0 ESPELHADO (COM REDUNDÂNCIA) COMO DEVE SER PROCESSADA UMA OPERAÇÃO DE ESCRITA SOBRE A MATRIZ? EXISTE ALGUM GANHO COM A REDUNDÂNCIA (ALÉM DA RECUPERAÇÃO DE FALHA)? O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA? ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR?

4 RAID 2 AO INVÉS DE FAIXAS, TRABALHA COM BITS, PALAVRAS OU MESMO BYTES REDUNDÂNCIA ATRAVÉS DE CÓDIGO DE HAMMING QUE É UM ECC DISTRIBUÍDO, QUE PERMITE CORREÇÃO DE BITS INDIVIDUAIS E DETECÇÃO DE ATÉ DOIS BITS DE ERRO. POR EXEMPLO, EM SETE BITS, BITS 1, 2 E 4 SÃO USADOS PARA PARIDADE TODOS OS DISCOS DA MATRIZ PARTICIPAM DE QUALQUER SOLICITAÇÃO DE E/S, POIS AS FAIXAS SÃO PEQUENAS, OU SEJA, ENCONTRAM-SE DIVIDIDAS NOS DIVERSOS DISCOS RAID 2 A MOVIMENTAÇÃO DOS BRAÇOS DOS DIVERSOS DISCOS DEVE SER SINCRONIZADA; PORQUE? SÓ TEM SENTIDO EM AMBIENTES COM SUSCETIBILIDADE DE ERROS NÃO É COMERCIALIZADO O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA? ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR?

5 RAID Fig. 5.17, pág. 226 do livro do Tanenbaum RAID 3 RAID 4 PARIDADE BIT-INTERLEAVED, CALCULADA ATRAVÉS DE UM (XOR) DOS BITS REQUER APENAS UM DISCO PARA TRATAR REDUNDÂNCIA TODOS OS DISCOS DA MATRIZ PARTICIPAM DE QUALQUER SOLICITAÇÃO DE E/S, POIS AS FAIXAS SÃO PEQUENAS A MOVIMENTAÇÃO DOS BRAÇOS DOS DIVERSOS DISCOS DEVE SER SINCRONIZADA; PORQUE? O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA? ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR? NÃO NECESSITA QUE OS DISCOS SEJAM SINCRONIZADOS SIMILAR AO RAID 0 COM PARIDADE PERMITE MÚLTIPLAS LEITURAS SIMULTÂNEAS EXISTE OVERHEAD NAS OPERAÇÕES DE ESCRITA; PORQUE? O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA?

6 ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR? RAID 5 RAID 4 COM PARIDADE BLOCK-LEVEL DISTRIBUÍDA, PARIDADE BIT A BIT INDIVIDUAL PARA CADA FAIXA TODO DISCO É USADO PARA ARMAZENAR BITS DE PARIDADE RECONSTRUÇÃO DO CONTEÚDO DE UM DISCO QUE FALHOU É UM PROCESSO COMPLEXO O QUE OCORRE SE UM DOS DISCOS FALHA? ATÉ QUANTOS DISCOS PODEM FALHAR? CD CDs SÃO DISCOS ÓPTICOS COM DENSIDADE DE GRAVAÇÃO MUITO MAIOR DO QUE OS DISCOS MAGNÉTICOS, COM VIDA ÚTIL DE CEM ANOS ESPECIFICAÇÃO ISO (LIVRO VERMELHO) USA LASER INFRAVERMELHO DE ALTA POTÊNCIA PARA QUEIMAR ORIFÍCIOS DE 0,8 MÍCRON DE DIÂMETRO (DEPRESSÕES PITS), EM UM DISCO MESTRE REVESTIDO DE VIDRO AS ÁREAS NÃO QUEIMADAS SÃO AS SUPERFÍCIES (LANDS)

7 CD UMA MATRIZ É CRIADA A PARTIR DO DISCO MESTRE, NO LUGAR DOS PITS APARECEM ELEVAÇÕES RESINA DE POLICARBONATO É DERRAMADA SOBRE A MATRIZ CAMADA FINA DE ALUMÍNIO REFLETOR É DEPOSITADA SOBRE O POLICARBONATO APLICAÇÃO DE UM VERNIZ PROTETOR CD PARA TOCAR, UM DIODO DE LASER DE BAIXA POTÊNCIA DISPARA UMA LUZ INFRAVERMELHA, ENQUANTO O DISCO GIRA (COMPRIMENTO DE ONDA DE 0,78 MÍCRON) COM AS DEPRESSÕES VOLTADAS PARA O LASER, TENDO UMA ALTURA DE ¼ DO COMPRIMENTO DA ONDA, A LUZ REFLETIDA TEM METADE DO COMPRIMENTO DAQUELA REFLETIDA POR UMA SUPERFÍCIE NA FRONTEIRA, PITS E LANDS INTERFEREM DESTRUTIVAMENTE E RETORNAM MENOS LUZ PARA UM FOTODETECTOR CD TRANSIÇÃO PIT/LAND OU LAND/PIT É TRATADO COMO 1, SEM TRANSIÇÃO, 0 A GRAVAÇÃO CONSTITUI UMA ESPIRAL CONTÍNUA, COMEÇANDO DE DENTRO PARA FORA ROTAÇÕES, O QUE EQUIVALE A 5,6 KM

8 VELOCIDADE LINEAR CONSTANTE PARA LEITURA REQUER QUE A ROTAÇÃO SEJA CONTINUAMENTE REDUZIDA (530 RPM ATÉ 200 RPM) DISCOS MAGNÉTICOS OPERAM COM VELOCIDADES ÚNICAS, DE RPM A RPM CD-ROMs O LIVRO AMARELO DEFINE O CD-ROM (DISCO COMPACTO MEMÓRIA APENAS DE LEITURA (COMPACT DISK READ ONLY MEMORY) PARA ARMAZENAMENTO DE DADOS COMPUTACIONAIS FORMATAÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS MESMO TAMANHO DO CD, COM COMPATIBILIDADE MECÂNICA E ÓPTICA CD-ROMs Pág. 229 do livro do Tanenbaum

9 CD-ROMs O PREÂMBULO CONTÉM O NÚMERO DO SETOR (3 BYTES) E O MODO (1 BYTE) MODO 1 É USADO PARA APLICAÇÕES QUE REQUEREM VALIDAÇÃO DE LEITURAS ECC DE 288 BYTES (CÓDIGO DE REED-SOLOMON) MODO 2 NÃO TEM ECC (APLICAÇÕES QUE NÃO NECESSITAM DE CORREÇÃO DE ERROS OU NÃO TÊM TEMPO PARA O SEU CÁLCULO TEMPO REAL SOFT) CD-ROMs VELOCIDADE ÚNICA (1 X) 75 SETORES/SEG (TAXA DE BYTES NO MODO 1 E BYTES NO MODO 2) UM CD-ROM DE 32 X ( BYTES/SEG) NÃO É PÁREO PARA UM SCSI-2 DE 10 MBYTES/SEG TEMPO DE POSICIONAMENTO CD-ROMs O LIVRO VERDE PERMITE QUE SE MISTURE MÍDIAS EM UM MESMO SETOR MULTIMÍDIA ISO 9660 (HIGH SIERRA) DEFINE TRÊS NÍVEIS PARA A DEFINIÇÃO DE NOMES DE ARQUIVOS: NÍVEL 1 DE ATÉ OITO CARACTERES COM EXTENSÃO OPCIONAL DE TRÊS (SOMENTE MAIÚSCULAS, DÍGITOS E HÍFEN) E OITO NÍVEIS DE DIRETÓRIO (SEM EXTENSÃO); TODOS OS ARQUIVOS DEVEM ESTAR CONTÍGUOS; NÍVEL 2 DE ATÉ 32 CARACTERES; NÍVEL 3 PERMITE ARQUIVOS NÃO CONTÍGUOS

10 CD-Rs CDs GRAVÁVEIS (CD-RECORDABLES) SÃO CONSTITUÍDOS DO MESMO MATERIAL DOS CD-ROMs, MAS CONTÊM UM CAMINHO LARGO DE 0,6 MM PARA GUIAR O LASER PARA ESCRITA SÃO DOURADOS, DEVIDO AO USO DE OURO NO LUGAR DO ALUMÍNIO AS DIFERENÇAS ENTRE PITS E LANDS NECESSITAM SER SIMULADAS, ADICIONANDO UMA CAMADA DE TINTA ENTRE O POLICARBONATO E A CAMADA REFLETORA DE OURO CD-Rs EM SEU ESTADO INICIAL, A CAMADA DE TINTA É TRANSPARENTE PARA ESCREVER, O LASER É ELEVADO PARA ALTA POTÊNCIA (8-16mW), O QUE FAZ A TINTA AQUECER E ASSIM ROMPER UM LIGAÇÃO QUÍMICA, CRIANDO UM PONTO ESCURO NA LEITURA, COM O LASER A 5mW, O FOTODETECTOR CAPTA AS DIFERENÇAS ENTRE PONTOS ESCUROS E AS ÁREAS TRANSPARENTES; MESMO QUANDO LIDOS POR UM LEITOR CONVENCIONAL DE CD-ROM OU UM TOCADOR DE CD DE ÁUDIO CD-Rs O LIVRO LARANJA (FORMATO CD-ROM X A) PERMITE QUE UM CD-R SEJA GRAVADO DE MODO INCREMENTAL UM GRUPO DE SETORES CONSECUTIVOS GRAVADOS É CHAMADO DE TRILHA DO CD-ROM, COM UMA TABELA

11 DE CONTEÚDO DE VOLUME (VOLUME TABLE OF CONTENTS VTOC) CADA TRILHA TEM SUA PRÓPRIA VTOC, COM AS INFORMAÇÕES DA ÚLTIMA VTOC AO SER INSERIDO, BUSCA-SE A VTOC MAIS ATUAL CD-Rs PARA EVITAR PIRATARIA: O OS TAMANHOS VERDADEIROS SÃO EMBUTIDOS NO SOFTWARE DE INSTALAÇÃO OU ESCONDIDOS (PODENDO USAR CRIPTOGRAFIA) O ECCs INTENCIONALMENTE INCORRETOS EM SETORES SELECIONADOS O INTERVALOS NÃO PADRONIZADOS ENTRE TRILHAS O ENTRE OUTROS DEFEITOS FÍSICOS CD-RW CDs REGRAVÁVEIS (CD-REWRITABLES) USA UMA LIGA METÁLICA DE PRATA, ÍNDIO, ANTIMÔNIO E TELÚRIO PARA A CAMADA DE GRAVAÇÃO, QUE APRESENTA DOIS ESTADOS ESTÁVEIS: CRISTALINO E AMORFO, COM DIFERENTES REFLETIVIDADES SÃO TRÊS POTÊNCIAS DE LASERS: ALTA, DERRETE A LIGA DO ESTADO CRISTALINO PARA O AMORFO (PIT); MÉDIA, DERRETE A LIGA PARA O ESTADO CRISTALINO; BAIXA PARA LEITURA (NÃO ALTERA O ESTADO DA LIGA)

12 DVD DISCO DE VÍDEO DIGITAL (DIGITAL VIDEO DISK OU DIGITAL VERSITILE DISK) SEGUE O MESMO PROJETO DOS CDs, EXCETO POR: O DEPRESSÕES MENORES (0,4 MÍCRON) O ESPIRAL MAIS ESTREITO (0,74 MÍCRON ENTRE TRILHAS ) O LASER VERMELHO (0,65 MÍCRON) DVD AUMENTO DE SETE VEZES NA CAPACIDADE (4,7 GBYTES) DVD 1 X A 1,4 MBYTES/SEG PARA LEITURA DE CDs E CD-ROMs, UM SEGUNDO LASER É NECESSÁRIO USANDO MPEG-2 (ISO 13346) PARA COMPRESSÃO, PODE CONTER 133 MINUTOS DE VÍDEO DE TELA CHEIA E MOVIMENTAÇÃO COMPLETA EM ALTA RESOLUÇÃO (720 X 480), COM TRILHAS SONORAS EM ATÉ OITO LÍNGUAS E LEGENDAS EM ATÉ 32 IDIOMAS DVD LADO SIMPLES, CAMADA SIMPLES (4,7 GBYTES); LADO SIMPLES, CAMADA DUPLA (8,5 GBYTES); LADO DUPLO, CAMADA SIMPLES (9,4 GBYTES), OU LADO DUPLO, CAMADA DUPLA (17 GBYTES)

13 DVD Pág. 232 do livro do Tanenbaum DVD DEPENDENDO DE ONDE O LASER ESTEJA FOCALIZADO, A LEITURA É FEITA NA CAMADA REFLETORA OU NA SEMIREFLETORA O DISCO DUPLO É CONSTITUÍDO DE DOIS DISCOS DE LADO SIMPLES COLADOS (PARA MANTER A MESMA ESPESSURA, UM DISCO DE LADO SIMPLES TEM UM SUBSTRATO VAZIO) DVD INCOMPATIBILIDADE INTENCIONAL ENTRE DISCOS DESTINADOS AOS EUA, À EUROPA E AOS DEMAIS CONTINENTES (SEM INFORMAÇÕES DE COMO É FEITA) BLU-RAY LASER AZUL DE 0,408 MÍCRONS PARA 25 GBYTES EM DISCO DE CAMADA ÚNICA E 50 GBYTES PARA A DUPLA HD DVD, COM MESMO LASER AZUL E CAPACIDADE DE ATÉ 15 GBYTES, CAMADA SIMPLES, E 30 GBYTES, CAMADA DUPLA

14 Exercícios 1. Exercício de 13 a 18 do livro. 2. No esquema RAID 0, se as faixas são grandes em tamanho, qual é o ganho? 3. No esquema RAID 0, há a necessidade de sincronização entre os diversos dispositivos, porque? Considere tanto leituras como escritas. 4. Porque há sobrecarga nas operações de escrita no esquema RAID 4? 5. Redundância está relacionada a esquemas em que um dado pode ser perdido, por que é possível reconstitui-lo. Considere as seguintes colocações: a) Os dados que são copiados em um BACKUP constituem um tipo de redundância. b) Nos esquemas RAID os dados nunca têm cópia. c) Os dados, que estão copiados em uma cópia de BACKUP, nem sempre estão atualizados em relação as dados originais. d) A redundância nos esquemas RAID objetivam não deixar o sistema parar, dependendo do número de discos que falham. e) Os dados que foram copiados através de um BACKUP estão sempre disponíveis e não deixam o sistema parar. I. Todas as colocações são verdadeiras. II. Nenhuma das colocações é verdadeira. III. As colocações a, c e d são verdadeiras. IV. As colocações a, b e e são verdadeiras. V. As colocações a, b e c são verdadeiras. 6. Considerando que você tenha uma aplicação altamente sensível à perda de dados, em que o tempo médio para uma falha (MTBF) é de menos de um ano e que está com seu orçamento comprometido, qual seria a sua escolha de arquitetura RAID? Justifique. 7. Compare as características de um DVD com as de um disco magnético. Não se esqueça de usar um quadro. 8. Falso ou verdadeiro: a) DVDs podem ser regravados; b) O tamanho de um disco DVD é o mesmo de um CD (120 mm de diâmetro) c) As trilhas de um DVD têm o mesmo tamanho. d) Há informação para correção de erros em um CD-ROM. e) CD-ROMs utilizam os mesmos materiais que os CDs. 9. Explique a diferença entre uma trilha de um disco magnético e a de um CD- ROM. 10. Porque é mais difícil posicionar o cabeçote de leitura em um CD do que em um disco rígido?