بازیابی و ذخیره آموزش این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در»آموزش ذخیره و بازیابی تهیه شده است. «برای کسب بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایید
ذخیره و بازیابی درس چهارم : ظرفيت واقعی - نرخ انتقال واقعی )نوار و دیسک( مدرس: فرشید شیرافکن دانشجوی دکتری دانشگاه تهران )کارشناسی و کارشناسی ارشد : کامپیوتر نرم افزار( )دکتری: بیو انفورماتیک( 2
B S. B G E S N آموزش ذخیره و بازیابی : S N ظرفیت واقعی نوار ظرفيت واقعی با داشتن ظرفيت اسمی نوار به صورت زیر بدست میآید : ظرفيت اسمی نوار که برابر L D می باشد. طول نوار و که L D چگالی نوار می باشد. 3
در یک نوار مغناطيسی ظرفيت واقعی 0.8 ظرفيت اسمی آن است. طول هر بالک طول هر گپ در این نوار چند اینچ است B 8 B G 10 1200 8 1200 G 10 G 300byte G 300 300 1inch =1200 بایت 300 چگالی= بایت در اینچ مثال B S. B G E S N 4
B f IBG D B آموزش ذخیره و بازیابی درصد استفاده واقعی از نوار وقتی که فایلی با 10000 رکورد 80 بایتی را در آن ذخيره کرده ایم کدام است 70 0.5 1600 B f R inch bpi 70 80 5600 مثال B B G 100 5600 5600 800 100 % 87. 5 5
در یک نوار به طول 2400 فوت و چگالیbpi 1600 ظرفيت اسمی و تعداد بالکهای ذخيره شده در نوار کددام اسدت (B=2000 byte, R=200 byte, IBG=0.6 inch ) S N 4 L. D 2400121600 460810 L 240012 b 15567 B G 2000 0.6 1600 byte )هر فوت برابر 12 اینچ است( تعداد بالکهای ذخيره شده در نوار : مثال 6
اندازه بالک با توجه به عوامل زیر تعيين می شود: 1- نوع دستگاه ذخيرهسازی -2 نوع سيستم عامل 3- امكانات درایور اندازه بالک اگر طول بالک خيلی کوچک باشد تعداد IBG ها زیاد شده و در نتيجه حافظه هرز روی نوار زیاد خواهد شد. 7
-1 روش بالکی mode) (Block : نوار بعد از خوانده شدن یک بالک می ایستد -2 روش جریانی mode) (Stream : نوار بعد از خوانده شدن N بالک می ایستد. روش های خواندن نوار 8
t ' t ' B t B G t 1000 NB t NB NG t 1000 آموزش ذخیره و بازیابی اسلوب بالکی : زمان خواندن یک بالک برابر در اسلوب جریانی: نرخ انتقال واقعی نوار B t G t 1000 زمان واقعا سپری شده برابر B t 9
ظرفیت واقعی دیسک نرخ انتقال واقعی دیسک 10
11 نحوه فرمت بندی شيار در ارزیابی ظرفيت واقعی دیسک مؤثر است. هر بالک با طول B اگر ظرفيت اسمی شيار را ظرفیت واقعی دیسک دارای یک بخش پيشوندی به طول می باشد. C C بناميم در صد استفاده واقعی از فضای شيار در یک دیسک برابر است با : NT c T ET f B.T f c NT 100 cnt C B
می خواهيم ذخيره است کنيم. فایلی با با فرض بالکهای اینكه 1200 بخش بایتی کنترلی با هر فاکتور بالک 19000 شيار طول با دیسكی روی را 12 بندی بالک فضای از واقعی استفاده درصد باشد بایت 170 c NT شيار بایت کدام 19000 Tf 13 C B 170 1200 c ET B. T c f NT 100 120013 100 19000 %82 مثال ميزان واقعی استفاده از شيار به نحوه بالک بندی و فرمت کردن شيار بستگی دارد. 12
میزان استفاده واقعی از حافظه در دیسکهای سکتوربندی شده E N R B f N L B L s S 100 در دیسک با سكتوربندی سخت افزاری باید تعداد درستی از رکوردها در تعداد درستی از سكتورها قرار گيرد تا حافظه هرز انتهای شيار زیاد نشود. 13
14 فایلی با طول رکوردهای 160 بایت و طول سكتور 256 بایت مفروض است. با فرض واقعی از دیسک چند درصد است رکورد 4 رکورد 3 رکورد 2 رکورد 1 B f 4 سكتور 1 سكتور 2 سكتور 3 مثال ميزان اسدتفاده شكل زیر نشان می دهد که برای ذخيره یک بالک 640 بایتی )شامل 4 رکورد 160 بایتی( نياز به 3 سكتور 256 بایتی می باشد: R B f N L S 160 4 100 100 % 83 3 256 کاهش %17 از ميزان استفاده واقعی به علت خالی ماندن 128 بایت در انتهای سكتور سوم است: ( 3 256 640 128)
t ( D) آموزش ذخیره و بازیابی نرخ انتقال واقعی دیسک نرخ انتقال واقعی دیسک را در دو حالت دسترسی مستقيم و دسترسی ترتيبی بررسی می کنيم. B s r b tt الف - در حالت دستیابی مستقیم به بالک s r b tt :زمان خواندن مستقيم یک بالک 15
حالت دستیابی ترتیبی به بالکها در پردازش انبوه در دستيابی ترتيبی با شروع از نقطه ای از فایل )مثال ( BOF بالکها به ترتيبی که ذخيره شده اند خوانده مدی شوند. در پردازش انبوه )پردازش تعدادی بالک( نوع بافرینگ و زمان پردازش بالک در ندرخ انتقدال تداثير گذارندد و چهار حالت زیر را ممكن می سازند: 1- بافرینگ ساده و مرتب خوانی 2- بافرینگ ساده و درهم خوانی 3- بافرینگ مضاعف و شرط کارایی 4- بافرینگ مضاعف و عدم شرط کارایی 16
t B 2r b tt سيستم بافرینگ ساده و مرتب خوانی یک بالک را در بافر می خواند و با شروع پردازش محتوای بافر آغاز بالک بعدی در اثر دوران دیسک از زیر نوک خواندن/نوشتن رد می شود و برای خواندن آن پردازنده I/O باید یک دور دیسک منتظر بماند. 17
t آموزش ذخیره و بازیابی اگر بافرینگ ساده و درهم خوانی در این حالت محدودیت خواندن بالکها به ترتيب نشست آنها روی شيار را در نظر نمی گيریم. مثال می خواهيم ميانگين مقادیر یک فيلد از تعدادی رکورد را بدست آوریم. CB باشد بالکهای شيار در دو دور خوانده می شوند و داریم : btt B.T r f 18
t ' B. T 2r f بافرینگ مضاعف و شرط کارایی در این حالت تمام بالکهای شيار در یک دور دیسک خوانده می شوند و داریم: 19
بافرینگ مضاعف و عدم شرط کارایی در این حالت سيستم ابتدا دو بالک را در دو بافر خوانده و پردازش می کند. وقتی که آغاز بالک سوم به زیر نوک برسد بافر اول هنوز مشغول است و به یک دور دیسک انتظار نياز است تدا دو بالک بعدی خوانده شوند و داریم: t ' 2B 2r 2b B r tt b tt نرخ انتقال واقعی در حالت بافرینگ ساده با (1) t نماد ' t نمایش داده می شود. ' و در حالت بافرینگ مضاعف با نماد (2) 20
t ( D) B WB s r b بایت( 50=IBG( آموزش ذخیره و بازیابی نرخ انتقال واقعی دیسكی با مشخصات زیر چند بایت بر ثانيه است )زمان خواندن مستقيم یک بالک= 2 ثانيه( )طول بالک= 650 بایت( tt 65050 2 300 مثال byte ( ) s 21
Max آموزش ذخیره و بازیابی حداکثر نرخ انتقال t) Tracksize ) 2r 22
در دیسكی با اندازه شيار 19254 انتقال چند مگا بایت بر ثانيه می باشد مثال بایت و زمان چرخش یک دور کامل 16.7 ميلی ثانيده مقددار حدداکثر ندرخ Max( t ' ) 19254( byte) 1.1 0.0167( s) 19254 16.7 Mbyte ( ) s 23
-1-2 پردازش فایل پردازش رکوردی هر بار که یک بالک خوانده می شود فقط یک رکورد آن بالک پردازش پردازش بالکی هر بار که یک بالک خوانده میشود همه رکوردهای آن پردازش میشود. می شود. 24
زمان پردازش فایل n ( s r b ) n. c tt R b ( s r b ) b. C tt B b( s r btt) پردازش رکوردی : پردازش بالکی : زمان خواندن تصادفی b بالک 25
در یک فایل با 18 اگر زمان پردازش هر بالک بالک زمان خواندن کل فایل به صورت تصادفی و به فرم بالکی برابر 25 3.5 مثال ميلی ثانيه است. ميلی ثانيه باشد زمان پردازش کل فایل به صورت بالکی چند ميلی ثانيه خواهد بود b.( s r b ) b. tt C B 25 183.5 88 26
ارزیابی دقیقتر زمان درنگ دوران r r 1 2 601000 rpm r(2 1 T f ) اگر در هر شيار فقط یک بالک داشته باشيم یعنی Tf=1 با رسيدن به ابتدای شيار به بالک مورد نظر رسيده ایم و تاخير برابر با r است. 27
1- تداخل بالکها (interleaving) 2- تغييرمكان نقطه آغاز شيارها staggering) (track 3- پراکنده خوانی تکنیک های کاهش زمان درنگ دوران 28
کاربرد: ها بالک تداخل در تكنيک تداخل بالک ها )درهم چينی بالکها( بالک ها به صورت (interleaving) n -1 وقتی که نتوان دو بافر به فایل تخصيص داد و یک بافر داشته باشيم. در ميان روی شيار چيده می شوند. t ' interleaving ' t n 1 که وقتی c b باشد و بالک ها را بخواهيم مرتب بخوانيم. B tt -2 29
r آموزش ذخیره و بازیابی مکان تغییر نقطه آغاز شیارها در حالت معمولی مكان هندسی نقطه آغاز شيارها یک شعاع صفحه است. اما در این روش نقطه آغاز هر شيار نسبت به شيار قبلی زاویه می سازد. (Track Staggering) این تكنيک سخت افزاری است و وقتی کارایی دارد که زمان رفتن به استوانه همجوار بعدی خيلی کمتر از باشد 30
محاسبه زاویه تتا 360.rpm.Max(S 601000 θ 1 ) 31
با فرض اینكه سرعت چرخش دیسكی ميلی ثانيه باشد مقدار 3600 مثال دور در دقيقه و حداکثر زمان الزم برای رفتن به استوانه همجوار بعددی 2 در تكنيک track staggering چند درجه باید باشد تا زمان انتظار دوران کاهش یابد 360 rpm Max(S ) 601000 θ 1 6 1000 3600 2 43.2 32
پراکنده خوانی در مواقعی که پردازش میتواند فاقد نظم باشد مانند خواندن کل فایل بطور پی در پی (Sequential) برای محاسبه حاصدل جمع مقادیر یكی از صفت خاصه همه رکوردها میتوان بالک ها را پراکنده خواند. البته باید به تعداد کافی بافر موجود باشد. دراین حالت r برای رسيدن به ابتدای یک بالک نصف زمان انتقال بالک است: r 1 2 B G t 33
استفاده از دیسک تکنیک های با بازوی ثابت اعمال مالحظاتی خاص در جایدهی رکوردها استفاده از الگوریتمهای کنترل حرکت توزیع فایل روی چند دیسک کاهش زمان استوانه جویی بازو -1-2 -3-4 34
در این دیسكها به ازاء هر شيار از رویه یک نوک خواندن/نوشتن به بازو متصل است و بازو حرکتی نددارد و بدین ترتيب زمان S صفر است. استفاده از دیسک این تكنيک سخت افزاری است و هزینه آن باال است. با بازوی ثابت 35
اعمال مالحظاتی خاص در جایدهی رکوردها قرار دادن رکوردها با تعداد دسترسی زیاد در استوانه های ميانی دیسک و رکوردها بدا تعدداد دسترسدی کم در استوانه های بيرونی تر موجب کاهش متوسط زمان استوانه جویی می شود. 36
37 استفاده از الگوریتم های الگوریتم های کنترل حرکت بازو عبارتند از : FCFS -1 در خواستها به ترتيب ورود اجرا میشوند. SSTF -2 بازو به سمت رکوردی حرکت میکند که به کمترین زمان برای حرکت بازو نياز دارد. SCAN -3 بازوی دیسک مرتبا رویه را مرور کرده و در مسير به درخواستها پاسخ می دهد. در ابتدا بازو به جهتی حرکت میکند که کوتاهترین زمان استوانه جویی را برای دستيابی نياز دارد. کنترل حرکت بازو اگر در جهت انتخاب شده به همه درخواستها پاسخ داده شد جهت حرکت عوض میشود. FCFS: First Come First Serviced SSTF : Shortest Seek Time First
10 12 5 9 20 14 آموزش ذخیره و بازیابی صف درخواستهای صورت به سيلندر مثال سيلندر روی بر هد و می باشد استفاده از هر یک از الگوریتم ها ی کنترل حرکت بازو ترتيب حرکت هد را مشخص کنيد صورت در دارد. قرار FCFS : 10, 12, 5, 9, 20, 14 SSTF : 10, 9, 12, 14, 20, 5 SCAN : 10, 9, 5, 12, 14, 20 38
سخت دیسک یک در نوک I/O HEAD 6 40 2 20 22 10 Driver به 38 و روی وارد آن سيلندر 20 و شود قرار چنانچه اگر دارد. حرکت تقاضا هد برای I/O خواندن دو بين سيلندرهای مجاور سيلندر به 6 ترتيب ميلی ثانيه طول بكشد در صورت استفاده از الگوریتم SSTF برای خواندن سيلندرهای کلtime seek مورد نياز چقدر خواهد بود زمان کل: 20 22 10 6 2 38 40 2 + 12 + 4 + 4 + 36 + 2 = 60 مجموعه فاصلهها : 6 60 ميلی ثانيه. مثال 39
توزیع فایل روی چند دیسک در این تكنيک نرم افزاری فایل بر روی استوانه های هم شماره از چند دیسک pack بنابراین چون نوک R/W حرکت نمی کند زمان استوانه جویی صفر است. قرار داده می شود. 40
RAID آموزش ذخیره و بازیابی 41
به جای استفاده از یک واحد دیسک با ظرفيت باال از چندد واحدد دیسک کوچكتر به صورت یک آرایه استفاده می شود. )با هدف افزایش سرعت کارایی و امنيت( مجموعه تکنیک Redundant Array of Inexpensive Disks RAID دیسكها از نظر سيستم عامل به صورت یک واحد دیسدک منطقی دیده می شود. دادهها روی دیسک های مختلف توزیع میشوند. دادهها با افزونگی ذخيره میشوند تا در صورت خرابی ترميم (Recovery) هر کدام از این هارد دیسکها یک عضو آرایه است. داده ها به راحتی انجام شود. همزمانی امكان دستيابی به داده ها ميسر می شود و کارایی سيستم فایل در عمليات I/O افزایش می یابد. 42
این تكنولوژی معموال در سرورها و کامپيوترهایی که دارای کارایی باال هستند مورد استفاده قرار میگيرد. میتوانند به صورت موازی بر روی یک یا چند هارد دیسک ذخيره شوند بنابراین اگر یكی از دیسکها با مشكل مواجه شود در دسترس خواهد بود. دارای سطوحی مانند RAID 0 تا RAID 6 است. 43
داده ها به بلوکهایی تبدیل می شوند و هر بلوک در هارد دیسک مجزا ذخيره می شود. ذخيره سازی روی چند دیسک بدون کنترل خطا RAID0 از کار افتادن یک درایو باعث از دست رفتن کليه خواهد شد. 44
مجموعه آینه ای بدون بيت توازن اختصاصی RAID1 قابليت برگرداندن 100% داده ها هنگام بروز مشكل برای یک دیسک 45
RAID2 استفاده از کدهای تصحيح خطا کدها بر روی بيت های متناظر در هر دیسک داده محاسبه شده و بيت های این کد در بيت های متناظر بر توازن چندگانه ذخيره می شود. از کد همينگ استفاده می شود که قادر به اصالح خطاهای یک بيتی و تشخيص خطاهایی دو بيتی است. های دیسک روی 46
RAID3 RAID4 آموزش ذخیره و بازیابی 47
RAID5 آموزش ذخیره و بازیابی 48
مثال 49
پایان فصل چهارم 50
بازیابی و ذخیره آموزش این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در»آموزش ذخیره و بازیابی تهیه شده است. «برای کسب بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایید