Introdução. Gerenciamento de Armazenamento

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Luana Fidalgo Faro
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1 Introdução Gerenciamento de Armazenamento

2 Conteúdo Neste arquivo de apresentação: Introdução - hierarquia e custos; ; Questões de escalonamento e performance; Preparação Lógica; No próximo arquivo de apresentação: Arquivos; Sistemas de Arquivos;

3 Introdução - hierarquia e custos SSD ~ 0,1ms Imagem de Pereira, F. S. C.; Obtida de

4 Gerenciamento de Armazenamento

5 Para entendermos o gerenciamento realizado pelo SO nos dispositivos de armazenamento, precisamos compreender alguns aspectos básicos associados ao hardware de armazenamento. O hardware de armazenamento pode ser dividido inicialmente em duas partes: O dispositivo de armazenamento A conexão com o dispositivo (mais adiante - E/S)

6 Dispositivos de Armazenamento: Armazenamento Secundário: São dispositivos onde armazenamos os dados do próprio SO, de programas do sistema e de programas do usuário. Estes dispositivos não costumam ser removidos do equipamento. Discos rígidos magnéticos (HDD) Discos de estado sólido (SSD)

7 Dispositivos de Armazenamento: Armazenamento Terciário: São dispositivos onde armazenamos dados de cópia de segurança ou para transferência. Estes costumam ser removidos do equipamento. Discos Removíveis: Fitas magnéticas; Discos ópticos; Disquetes; Memória flash; HDD ou SSD removível. dispositivos

8 Ex. HDD: trilha t eixo montagem do braço setor s cabeçote cilindro c prato braço rotação

9 Prato de um HDD: A - Trilha B - Setor geométrico C - Setor da trilha D - Unidade de alocação Por Heron2/MistWiz - modified version of Disk-structure.svg by MistWiz, Domínio público,

10 Conforme o tipo de mídia em que a gravação ocorre, diferentes desafios surgem para o SO gerenciar: Tempo de acesso; Escalonamento de uso; Utilização de blocos;

11 Tempo de acesso: O tempo de acesso é o tempo em que uma determinada memória leva, após receber uma solicitação, para disponibilizar os dados através do barramento do sistema. Memórias que envolvam partes mecânicas são mais lentas e podem ser de: Velocidade linear constante (CLV - constant linear velocity) Velocidade angular constante (CAV - constant angular velocity).

12 Tempo de acesso - CLV vs CAV: CLV - tipicamente utilizado em HDDs. CAV - tipicamente utilizado em discos ópticos

13 Setores: Um disco magnético novo é como uma folha em branco. Através da formatação física (ou de baixo nível), o HDD será identificado em setores (linhas serão adicionadas ao papel, onde poderemos escrever). Cada setor terá uma identificação e um código de correção de erros (ECC). É como se cada linha do nosso papel fosse numerada e, no fim de cada linha, escrevêssemos um código de verificação que permite identificar se alguma letra escrita na linha foi alterada inesperadamente.

14 Setores: A intersecção de uma trilha, com um setor geométrico em um prato determina um setor da trilha. É a menor unidade de armazenamento de um disco; Tradicionalmente possui o tamanho de 512 bytes em HDDs; Novos padrões utilizam 4KiB; Pode ter o tamanho alterado realizando uma formatação de baixo nível (low-level formatting) em HDDs, ou eletrônicas. formatação simples em memórias

15 By Dmitry Nosachev - Own work, CC BY-SA 4.0,

16 Setores - ECC: O ECC (error-correcting code) é um número gerado para cada setor de trilha. É calculado através de uma operação envolvendo todos os bytes do setor; É recalculado cada vez que o setor é reescrito; É verificado cada vez que o setor for lido: Caso o valor confira, está tudo certo; Caso não confira, com base no valor de ECC será possível identificar e corrigir o bit defeituoso. Isto funciona para pequenos erros.

17 Unidade de alocação (Unix - bloco): Como o tamanho dos arquivos foi crescendo mais rápido do que o tamanho padrão dos setores, alguns sistemas de arquivos agrupam setores e chamam este grupo de unidade de alocação (cluster). A finalidade de uma unidade de alocação é diminuir o overhead no gerenciamento de muitos setores para cada arquivo e é utilizada em diferentes sistemas de arquivos, tais como: FAT e NTFS.

18 Prato de um HDD: A - Trilha B - Setor geométrico C - Setor da trilha D - Unidade de alocação Por Heron2/MistWiz - modified version of Disk-structure.svg by MistWiz, Domínio público,

19 Unidade de alocação (Unix - bloco): A unidade de alocação se torna a menor porção lógica de armazenamento para um determinado disco. A unidade de alocação sempre terá um tamanho múltiplo do tamanho do setor da trilha. Quanto maior a unidade de alocação, mais sujeito à fragmentação interna estaremos, mas mais rápidas as leituras e gravações serão realizadas.

20 Unidade de alocação e a fragmentação interna: Atividade prática: Formate um Pen Drive no Windows com os seguintes tamanhos de unidade de alocação (FAT 32): Padrão; Após cada formatação, crie arquivos de texto contendo apenas 1 byte e compare as informações de espaço livre do disco e diferentes tamanhos dos arquivos.

21 Escalonamento de uso: Como vimos, o tempo de acesso pode variar muito, conforme for necessária uma maior ou menor movimentação mecânica em HDDs. Para otimizar este tempo de acesso, o SO pode considerar as coordenadas de cada parte dos arquivos a serem lidos/escritos para tomar a decisão de qual parte será a próxima a ser atendida : Trilha da cabeça de leitura; Setor da cabeça de leitura.

22 Escalonamento de uso - Algoritmos: 1. FCFS (First-come, first-served): primeiro a chegar, primeira a ser atendido. 2. SSTF (Shortest-seek-time-first): prioridade para o menor tempo de busca (leituras com menor movimentação mecânica). Idealmente mais rápido, mas ocasiona maior desgaste mecânico. 3. SCAN (algoritmo do elevador): o cabeçote irá varrer as trilhas do disco, de uma extremidade até a outra, atendendo as requisições que existam no caminho.

23 Escalonamento de uso - Algoritmos: 4. C-SCAN (circular SCAN): similar ao SCAN, varre o disco atendendo às solicitações em apenas um sentido. Quando chega à extremidade final, retorna imediatamente à extremidade inicial. Busca um tempo de espera mais uniforme. 5. LOOK e C-LOOK: similares ao SCAN, mas não anda, na prática, de uma extremidade à outra. As extremidades serão, na verdade, a trilha mais interna a ser lida e a mais externa a ser lida.

24 Preparação Lógica Gerenciamento de Armazenamento

25 Preparação Lógica Preparação de um disco: 1. Formatação Física (baixo nível): É a formatação que define a localização e tamanho de cada setor; 2. Particionamento: Realiza uma divisão lógica do disco e grava estas informações em uma tabela de particionamento no disco; 3. Formatação Lógica (alto nível): É a formatação mais comum, realizada ao reinstalar SOs. Define a base para o sistema de arquivos e o tamanho das unidades de alocação.

26 Preparação Lógica O Bootstrap: Toda ROM de BIOS contém um programa bootstrap (independente de SO) que tem código apenas suficiente para: Identificar o principal disco (memória secundária); Carregar o primeiro setor do disco (MBR - Master Boot Record) para a memória principal; Transferir o uso do processador para o programa carregado com o MBR.

27 Preparação Lógica MBR partição 1 Programa de boot (inicialização) Tabela de partições partição 2 partição 3 partição 4 partição de boot

28 Preparação Lógica MBR - Master Boot Record: MBR = 512 bytes = 1 setor Instruções de carga Tabela de partições 510 bytes 55AAh 2 bytes

29 Preparação Lógica MBR boot - bootloader: Com o MBR, um pequeno conjunto de instruções (programa - 16 bits em modo real/kernel) e a tabela de partições são carregados (512 bytes!): Este programa identifica em que parte e de qual partição se encontra o próximo programa que deve ser carregado, o carregará e o colocará em execução. Programas carregados normalmente: Boot loader (lilo, grub, etc); Um SO (Windows).

30 Preparação Lógica O processo de inicialização - Setor 0: Atividade prática!

31 Conclusão A compreensão de aspectos básicos de funcionamento da memória de armazenamento é fundamental para a compreensão dos sistemas de arquivos e de questões básicas de inicialização do Sistema Operacional. Como próxima etapa, estudaremos os sistemas de arquivos.

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