PDF de programación - Sistemas de archivos: El medio físico

Detalles del medio magnético
Estado sólido
Manejo avanzado de volúmenes

Sistemas de archivos: El medio físico

Gunnar Wolf

Facultad de Ingeniería, UNAM

Instituto de Investigaciones Económicas, UNAM

Gunnar Wolf

Sistemas de archivos: El medio físico

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Estado sólido
Manejo avanzado de volúmenes

Índice

1 Detalles del medio magnético

2 Estado sólido

3 Manejo avanzado de volúmenes

Gunnar Wolf

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Estado sólido
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Empleando discos duros: Notación C-H-S

A lo largo de los últimos 40 años, el principal medio de
almacenamiento ha sido el disco duro
Para hacer referencia a un sector especíco de datos, la
notación tradicional empleada es la C-H-S (Cilindro -
Cabeza - Sector)
Permite referir a cualquier punto del disco dentro de un
espacio tridimensional

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Mapeo de un disco duro a C-H-S

../img/disco_duro.png

Figura: Coordenadas de un disco duro, presentando cada uno de sus
sectores en C-H-S (Silberschatz, p.458)

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Algoritmos de planicación de acceso a disco

Si el disco es la parte más lenta de un sistema de
cómputo, vale la pena dedicar tiempo a encontrar el
mejor ordenamiento posible para lecturas y escrituras
Veremos algunos de los algoritmos históricos

Como referencia
Para comparar sus puntos de partida

Pero no profundizaremos mucho al respecto  Estos
esquemas ya no se emplean

Fuera del desarrollo de controladores embebidos
Veremos también las razones para su abandono

Trabajaremos partiendo del cilindro 53, con la cadena de
referencia 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

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Acceso a disco en FIFO

Como en los otros subsistemas que hemos visto, el primer
algoritmo es atender a las solicitudes en órden de llegada
Algoritmo justo, aunque poco eciente
Movimiento total de cabezas para la cadena de referencia:
640 cilindros

Con movimientos tan aparentemente absurdos como 122
→ 14 → 124

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Tiempo más corto a continuación (SSTF)

Shortest Seek Time First  Corresponde
conceptualmente a Shortest Job First (de planicación de
procesos)
Reduce el desplazamiento total a partir de FIFO de 640 a
sólo 236 cilindros
Puede llevar a la inanición

Al favorecer a las solicitudes cercanas, las lejanas pueden
quedar a la espera indenidamente

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Acceso a disco en elevador (SCAN)

Evita la inanición, buscando minimizar el movimiento de
las cabezas
Opera como elevador: La cabeza recorre el disco de
extremo a extremo

Atiende a todas las solicitudes que haya pendientes en el
camino

Los recorridos pueden ser mayores a SSTF
Pero garantíza que no habrá inanición

En este recorrido en particular, también 236 cilindros
(iniciando en 53 y hacia abajo)

Modicación menor que mejora el rendimiento: LOOK

Vericar si hay algún otro sector pendiente en la
dirección actual; si no, dar la vuelta anticipadamente
Reduciría el recorrido a 208 cilindros

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Comparación de los algoritmos

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¾Por qué ya no se emplean estos algoritmos?

Requieren más información de la disponible

Están orientados a reducir el traslado de la cabeza
Ignoran la demora rotacional
La demora rotacional va entre 1
traslado de cabezas

10 y 1over 3 del tiempo de

Distintas prioridades para distintas solicitudes

Si el sistema operativo preere priorizar expresamente,
estos algoritmos no ofrecen la expresividad necesaria
Por ejemplo, acceso a memoria virtual sobre acceso a
archivos

Abstracciones a niveles más bajos (p.ej. LBA, que
veremos a continuación)
Dispositivos virtuales

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La transición a LBA

C-H-S impone muchas restricciones al acomodo de la
información

No permite mapearse naturalmente a dispositivos que no
sean discos rotativos
Hacia principios de los 1990, el BIOS imponía límites
innecesarios al almacenamiento (p.ej. número máximo de
cilindros)

Los controladores de disco comenzaron a exponer al
sistema una dirección lineal: Direccionamiento Lógico de
Bloques (Logical Block Addressing, LBA)
LBA = ((C × HPC ) + H) × SPT + S − 1

Ya no tridimensional

HPC = cabezas por cilindro
SPT = sectores por pista

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LBA y la reubicación

Sistema operativo y aplicaciones ya sólo hacen referencia
por esta ubicación, no conocen las ubicaciones físicas
LBA permite al controlador de disco utilizar más
ecientemente el espacio

Número de sectores por track variable

Responder preventivamente a fallos en el medio físico

Reubicar sectores difíciles de leer antes de que presenten
pérdida de datos
Diferentes algoritmos de reubicación → Mantener tanto
como se pueda el mapeo de los bloques contiguos a ojos
del sistema

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1 Detalles del medio magnético

2 Estado sólido

3 Manejo avanzado de volúmenes

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Medios de estado sólido

Desde hace cerca de una década va creciendo
consistentemente el uso de medios de almacenamiento de
estado sólido

Medios sin partes móviles

Las unidades de estado sólido tienen características muy
distintas a las de los discos

Pero mayormente seguimos empleando los mismos
sistemas de archivos

Las métricas de conabilidad y rendimiento tienen que ser
replanteadas
Un claro espacio de investigación e implementación actual

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Emulación de disco: ¾Un acierto o un error?

Casi todos los discos de estado sólido se presentan al
sistema operativo como un disco estándar
Ventajas:

Permite que sean empleados sin cambios al sistema
operativo
No hay que pensar en controladores especícos

Desventaja

No se aprovechan sus características únicas
Se tienen que adecuar a las restricciones (articiales) de
sistemas pensados para medios rotativos

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Estado sólido basado en RAM

Primeros discos de estado sólido
Memoria RAM estándar, con
una batería de respaldo
Extremadamente rápido
(velocidad igual a la de acceso a
memoria)
Muy caro
Riesgo de pérdida de datos si se
acaba la batería

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Figura: Unidad de estado
sólido basado en RAM:
DDRdrive X1 (Imagen:
Wikipedia)

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Estado sólido basado en Flash con interfaz SATA

Se comporta como un disco
duro estándar
Usos principales:

Industria aeroespacial, militar
(desde ∼ 1995)

Por su muy alta resistencia
a la vibración

Servidores, alto rendimiento

Ciertas tecnologías
presentan velocidad muy
superior a la de medios
rotativos

Presente en netbooks,
dispositivos móviles
(integrado a la tarjeta madre)

Figura: Unidad de estado
sólido basado en Flash con
interfaz SATA (Imagen:
Wikipedia)

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Estado sólido Flash para transporte temporal

Mecanismo de transporte de
archivos personales
Muy bajo costo

../img/estado_solido_usb.jpg

Muchos modelos con calidad
deciente

Muy distintos modelos de
conector

SD, USB, MMC, etc.
Mismo tipo de dispositivo

Muy alta varianza en capacidad,
rendimiento y durabilidad según
la generación tecnológica

Figura: Unidad de estado
sólido basado en Flash con
interfaz USB (Imagen:
Wikipedia)

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Diferencias del medio

Tiempo constante de acceso al medio

Desaparece la demora rotacional y de movimiento de
brazo

Tamaño de sector: Típicamente 4KB (ya no 512 bytes,
estándar desde los 1950s)

Debería traducirse a una alineación de estructuras  No
siempre es el caso

Diferencia de velocidad

Lectura más rápida, escritura más lenta
Ciclos de borrado previos a la escritura

Desgaste del medio: ≈ miles a cientos de miles de
escrituras

Nivelamiento de uso (wear leveling)
Efectuado en el controlador (transparente al sistema
operativo)

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Espacio para mejoramiento / investigación

Esta es un área frustrantemente ignorada

Con los diferentes perles que requieren los distintos usos
de los medios Flash
Cada vez más empleada
Un buen ámbito para desarrollar proyectos de
investigación

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