Resumo. l Hierarquia de Armazenamento l Discos Magnéticos l Mapeamento de Endereços l Tempos de Acesso l Exemplos l Referências

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Isaque Igrejas Amaro
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1 Bancos de Dados I 2013/02 Conceitos de Memória Secundária Prof. Altigran Soares da Silva Resumo l Hierarquia de l Discos Magnéticos l Mapeamento de Endereços l Tempos de Acesso l Exemplos l Referências E&N: Sessões 13.1 e 13.2 GM&U&W: 11.1 a 11.3 Hierarquia de Meios de CPU cache l Cache: dentro ou fora da CPU CPU cada vez mais rápida. ~3 GHz hoje. Memória Controladora l Memória Principal Custa US$0.2 por Mbyte reduz a cada ano volatil não se mantêm entre falhas do sistema Disco/Fita Acesso randômico muito rápido Dados processados pela CPU diretamente Capacidade típica limitada. Muito abaixo do que é necessário em bancos de dados.

2 Meios de Pirâmide de l Disco Magnético Custo de US$ por Mbyte reduz a cada ano Não-volátil. Exceto no caso de defeitos no disco Acesso radômico não tão rápido CPU não acessa diretamente estes dados. Dados precisam ser transferidos para a memória principal l Fita Mais barato Muito mais lentp. Acesso somente sequencial. Bom para backups Custo US$/MByte Cache Memória Principal On-Line Near-Line Capacidade Típica CPU. DRAM, SRAM, etc. Discos Magnéticos e Óticos Discos óticos Fitas Tempo de Acesso 1 ns x10 x10 6 x10 10 Pirâmide de Níveis de Dados! Acessados! Cache Memória Principal On-Line Near-Line Capacidade Típica! CPU.! DRAM, SRAM, etc.! Discos Magnéticos! e Óticos! Discos óticos! Fitas! Dados! Armazenados! typical capacity (bytes) main cache secondary magnetic online nearline & offline from Gray & Reuter access time (sec)

3 Níveis de (2) Discos Magnéticos dollars/mb cache main secondary magnetic online from Gray & Reuter nearline & offline access time (sec) Trilhas Pratos Dobradiça Controlador Pivô Cabeça de Leitura e Escrita Braço do Disco Interface do Disco Discos Magnéticos (2) Discos Magnéticos (3) Trilha Setores l Cada disco é divido em regiões anulares chamadas trilhas 500 a 200 trilhas por superficie l Cada trilha é dividida em vários setores 32 a 128 setores por trilha

4 Discos Magnéticos (4) l O conjunto das trilhas acessiveis de uma dada posição do braço formam um cilindro l O nr. de cilindros é igual ao nr. de trilhas em cada lado dos pratos l Um local do disco especificado pela tripla <cilindro, cabeça, setor> ou <trilha, cabeça, setor> Setores por Trilha l Nos discos antigos, o nr. de setores por trilha era constante para todos os cilindros l Isso traz um desperdicio porencial de espaço nos cilindros mais externos l Discos modernos diminuem o número de setores por trilha da borda para o centro do disco l A controladora do disco pode fornecer ao SO uma geometria virtual do disco. Setores por Trilha (2) Mapeamento Lógico de Endereços Geometria Virtual Física Geometria l Os discos são endereçados como um longo arranjo unidimensional onde blocos lógicos são a menor unidade de transferência para a memória principal. l Os blocos são mapeados para setores do disco de maneira sequêncial. O setor 0 é o primeiro setor da primeira trilha do cilindro mais externo. O mapeamento prossegue pela mesma trilha, depois pelas outras trilhas do mesmo cilindro e dai para os outros cilindros, do mais externo para o mais interno.

5 Mapeamento Lógico de Endereços (2) l Enderço 3D mapeado para endereço 1D l Bloco n+1 deve estar o mais próximo possível do bloco n l Facilita o gerênciamento de setores defeituosos Marcar os blocos defeitosos ( bad block ) correspondentes Setor Cabeça Cilindro 2p t s n Blocos Tempo de Acesso l Acesso de leitura ou escrita requer três passos: Tempo de seek: posicionamento do braço na trilha correta Latencia rotacional: espera até o setor desejado seja rotacionado até a cabeça de leitura/escrita Tempo de transferência: Transferência dos bits armazenados no setor que está ao alcance da cabeça. l Bloco: unidade de transferência l Tempo de acesso = Tempo de seek + Latência rotacional + Tempo de Transferência+ Outros Tempo de Seek Latência Rotacional: l Tempo de seek (médio) típico : 8 a 12 ms l Se considerarmos a localidade de referência temos somente 25% a 33% deste tempo Tempo 3 or 5x j i TseekMédio = n n n n 1 l Rotação típica a RPM l Aprox. 16 ms a 8 ms por volta, respetivamente l Latência media é por tanto é de 8 ms a RPM e 4 ms a RPM x 1 N Cilindros percorridos Posição da Cabeça Setor desejado

6 Tempo de Transferência l Valores típicos: 2 a 12 MB por segundo l Depende de : Tamanho a transferir, usualmente um setor Velocidade de rotação Densidade de gravação: bits por polegada na trilha Diametro : 2.5 a 5.25 polegadas Outros l Tempo que leva a CPU para socilitar a operação de E/S l Concorrência na controladora l Concorrência para barramento e memória l Geralmente despreziveis em comparação de outros tempos Exemplo: Seagate FC Ultra 160 SCSI Exemplo: Seagate Cheetah ST373405LC l 73.4 GBytes l 12 pratos/24 cabeças l 12 Braços l Trilhas Nr. Variável de setores por trilha l 512 bytes/setor l Velocidade de rotação 10,000 RPM l Latência rotacional média: 2.99 ms l Tempos de seek Entre trilhas: 0.6/0.9 ms Média: 5.6/6.2 ms l Tempo de transferência MB/s Cache de 1 a 8K l 73GB 8 surficies, cilindros, trilhas no total Nr. variável de setores por trilha: 776 em média 10,000 RPM Latência rotacional: 2.9 ms. Tempos de seek l Proxima trilha: 0.4 ms l Média/Máx: 5.1 ms/9.4ms Taxa de transferência l MB/s de pico l Cache de 4MB

7 Acesso Sequencial X Randômico l Acesso Rândomico: Necessita do posicionamento do braço, cabeças, etc. l Acesso Sequencial Posicionar no próximo bloco l Saltar o espaço não usado (gap) entre os setores l De tempos em tempos: passar para a próxima trilha e depois para o próximo cilindro l Tempo de acesso sequêncial Tempo de Transferência l Regra básica: Acesso ramdômico: Caro Acesso sequential: Muito mais barato l Exemplo: para transferir blocos de 1 KB Randômico: 20 ms. Sequencial: 1 ms. Acessos para Escrita l A não ser que se queira verificar o que foi escrito, o custo dos acessos para escrita é similar ao custo de leitura l Passos para escrita de um bloco (a) Ler o bloco (b) Modificar em memória (c) Escrever o bloco (d) Verificar - Opcional

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