Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály és Toldi Miklós

Az előadások a következő témára: "Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály és Toldi Miklós"— Előadás másolata:

1 Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály és Toldi Miklós
Operációs rendszerek Óravázlat Készítette: Kucsera Mihály és Toldi Miklós

2 Lemezkezelés Az operációs rendszer nem működhet
megfelelő háttértároló nélkül, ezért is fontos a lemezkezelés helyes megvalósítása. A lemezkezelésbe beletartozik a fizikai lemezkezelés, illetve az adattárolás optimalizálása.

3 Adattárolás különböző eszközökkel
Funkció Tárolótípus Jellemző paraméterek Felhasználás operatív tár (memória) félvezető kapacitás:256 MB-4 GB átlagos elérési idő: kb. 15 ns online tároló (munkatár) SSD (Solid State Disk) kapacitás: 4 – 128 Gb átlagos elérési idő: kb. 0,1 ms adatátviteli sebesség: 250 MB/s élettartam: kb. 6 év az alkalmazói program munkaterülete, átmeneti tároló harddiszk kapacitás:0,1-2 GB átlagos elérési idő: 15 ms adatátviteli sebesség: 3 MB/s élettartam:5*107 ciklus az alkalmazói program munkaterülete, átmeneti tároló, adattárolás háttértároló floppy kapacitás:0,25-2,8 MB átlagos elérési idő: kb.150 ms adatátviteli sebesség: <1 MB/s élettartam: 5 év, vagy 5000 írás/olvasási ciklus archiválás adatmozgatás terjesztés Streamer, DAT kapacitás:0,1-10 GB adatátviteli sebesség: 1 MB/s optikai tároló kapacitás:0,4-25 GB átlagos elérési idő: 140 ms adatátviteli sebesség: 0,9-2 MB/s élettartam: >30 év

4 Mágneslemezek fizikai szerkezete
5,25”, ill. 3,5” vagy 2,5” átmérőjű kör alakú adathordozó Körkörös adattárolás, sávok kialakítása A sávok további felosztása a szektorok A szektorok mérete a PC-s rendszerekben állandó A sávonkénti szektorok száma lehet állandó (floppy, ST506 winchester), vagy változó (IDE) Az adattárolási struktúra formattálással alakul ki.

5 A merevlemezek régi és új adatrögzítési módja
Régi módszer – vízszintes rögzítés Újabb módszer – merőleges rögzítés

6 Eszközmeghajtók a lemezkezelésben – I.
Az operációs rendszer magjának részei Feladata: Hardver hatékony kihasználása Felhasználói folyamatok kiszolgálása

7 Eszközmeghajtók a lemezkezelésben – II.
Az adatátvitelhez szükséges adatok A lemez által várt adatok Eszköz típusa Eszköz sorszáma (azonosító) Adat kezdőcíme az eszközön Adat kezdőcíme a memóriában Adat mennyisége Átvitel iránya: Írás vagy olvasás Visszatérési folyamat Fej sorszáma Szektor sorszáma Cilinder sorszáma A lemez eszközmeghajtó feladata a megfelelő konverzió végrehajtása.

8 Az eszközmeghajtó felépítése – I.
Felső szint: Folyamatokkal tart kapcsolatot Fő feladat a lemezütemezés Alsó szint: A fizikai eszközzel tart kapcsolatot Feladatai: címszámítás, memória terület kiválasztása, pufferelés A két szint között várakozási sor található

9 Az eszközmeghajtó felépítése – II.

10 Lemezütemezés – I. Lemezütemezés: a kérés átvétele, vizsgálata, és elhelyezése a várakozási sorban. A kérések várakozási idejének optimalizálási módszerei: Sorrendi kiszolgálás (FCFS-First Come First Served) Legkisebb elérési idő (SSTF- Shortest Seek Time First) Pásztázó (SCAN) Egyirányú pásztázó (C-SCAN- Cirsular Scan)

11 Várakozási idő szórása
Lemezütemezés – II. Algoritmus Várakozási idő Várakozási idő szórása FCFS- A kéréseket a folyamatok érkezési sorrendjében hajtja végre. Az író/olvasófej pillanatnyi pozícióját nem veszi figyelembe nagy kicsi SSTF- Azt a kérést részesíti előnyben, melynek kiszolgálása a a legkisebb fejmozgással jár. Fennáll a kiéheztetés veszélye SCAN- A „fej dönt”. A fej állandó mozgásban van, és sorban elégíti ki a kéréseket. Ha nincs több kérés, akkor történik az irányváltás közepes C-Scan- Hasonló a scan algoritmushoz, de csak egyik irányú mozgásnál elégít ki kéréseket

12 Címszámítás Címszámítás: a folyamat által kezelt
blokkcímzés és a fizikai eszköz 3 dimenziós (CHS) címzési rendszere között teremt kapcsolatot. A blokksorszámok eltolása=INTERLEAVE

13 Memória terület kiválasztása
Hová kerül a tárolóról származó adat? Memóriába (de hogyan?) Adatátvitel megvalósításának módjai: Aszinkron átvitel (a folyamat saját memóriaterületét használja) Szinkron átvitel (az operációs rendszer biztosít átmeneti területet, majd onnan másolódik a folyamat memóriaterületére)

14 Átmeneti tárak kialakítása – I.
Átmeneti tár (buffer pool): a folyamat memóriaterületén alakítható ki (lehet külön írási-olvasási) Aszinkron működés Körkörös átmeneti tárak

15 Átmeneti tárak kialakítása – II.

16 Lemezgyorsítás (Disk caching)
A lemezről nemcsak az aktuális blokk, hanem környezetéből továbbiak is beolvasásra kerülnek (hátha épp az kell a következőkben) A folyamat a kernelhez továbbítja a lemezkérést, az azonban először megvizsgálja a pufferek tartalmát, és csak hiányzó adat esetén van fizikai lemezművelet Az operációs rendszer részét képező külön program valósítja meg

17 Adattárolás optimalizálása
Blokkméret optimalizálása Adattömörítés Megbízhatóság redundancia Deduplikáció

18 Blokkméret optimalizálása – I.
A merevlemez blokkméret 0,5 KB- 64 KB közötti állandó érték, formattálással alakul ki. Helyes blokkméret választásának kritériumai: Túl nagy blokkméret: helypazarlás Túl kicsi blokkméret: túl nagy adminisztrációs terület (foglaltsági tábla)

19 Blokkméret optimalizálása – II.
Túl nagy blokkméret

20 Blokkméret optimalizálása – III.
Túl kicsi blokkméret

21 Adattömörítés – I. Az adattömörítés célja a tárolókapacitás
növelése. Sajnos az eljárás jó pár ellentmondást is felvett. Kisebb helyfoglalás <-> Gyorsabb adatátvitel Nagyobb számításigény<-> Kisebb adatbiztonság

22 Adattömörítés – II. Lehetséges módszerek:
Futás hossz kódolás: Sok azonos karakter esetén Pl: 30 db A helyett <ESC>30A Különbségi kódolás: Lassan változó minta esetén Pl: 1,2,3,4,…256 sorozat helyett 256/8 Huffmann-kódolás: Erősen eltérő gyakoriságú karakterek esetén

23 Adattömörítés – III. Huffmann-kódolás példa. A kódolandó
szöveg: „KEREKES SZEKEREK MENNEK” Statisztika, kódolás: 8 db E 00 5 db K 01 2 db R 10 2 db S 1100 2 db N 1101 2 db space 1110 1 db M 1 db Z

24 Megbízhatóság, redudancia
Adatszintű védelem paritásbit - egyetlen bithiba hibajavító kód - független hibák CRC - összefüggő hibák Eszközszintű védelem RAID

25 RAID – I. A RAID (Redundant Array of Independent Disks) fogalma: egy olyan eljárásrendszer, amellyel több, különálló háttértárolót (merevlemezt) kötetbe(tömbbe) rendezünk. Gyorsaság és redundancia RAID alapja: a csíkokra (stripes) bontás A RAID szintek típusai: egyszintes és többszintes

26 RAID – II. A RAID tömb méretét mindig a legkisebb
meghajtó mérete határozza meg. A RAID 5 esetében ez úgy módosul, hogy a legkisebb meghajtó mérete * (merevlemezek száma -1) A RAID 6 –nál pedig a legkisebb meghajtó mérete * (merevlemezek száma -2)

27 RAID – III. RAID 0 szint – összefűzés
Ebben az esetben csak összefűzésre kerülnek a használt lemezek a tömbben. Minimum lemezszám: 2 Előnye: leggyorsabb a többi szinthez képest. Hátránya: nincs redundancia, ezért előfordulhat adatvesztés

28 RAID – IV.

29 RAID – V. RAID 1 szint – tükrözés
A tárolni kívánt információk a tömb minden elemén el lesznek tárolva, vagyis az egyik lemez tükörképe lesz a másiknak. Minimum lemezszám: 2 Előnye: nagyon jó adatbiztonság Hátránya: kissé lassúbbak az írási műveletek

30 RAID – VI.

31 RAID – VII. RAID 2 A RAID eme szintje az adatokból szintén csíkokat hoz létre, illetve hibajavító kódokat tárol az egyes meghajtókon. Ezekből a hibajavító kódokból a különböző meghajtók azonos pozícióján lévő adatok visszaállíthatóak.

32 RAID – VIII. Minimum lemezszám: 6
Előnye: képes egy háttértároló kiesésének detektálása, és az adatok visszaállítására. Hátránya: lassú

33 RAID – IX. RAID 3 Ez a szint a RAID 2 továbbfejlesztése. Itt is van hibajavító kód eltárolva, de nem a teljes tömbre, hanem csak egy diszkre vonatkozólag. A teljes hibajavító kód az összes kód részből kapható meg. Minimum lemezszám: 4 Előnye: a merevlemez kiesésén kívül képes a diszkhibát is detektálni, és javítani.

34 RAID – X. Hátránya: egyszerre csak egy kérést lehet kiszolgálni, több kérés egy időben történő kiszolgálása nem lehetséges.

35 RAID – XI.

36 RAID – XII. RAID 4 A RAID 4 csaknem megegyezik a 3 –as szinttel, csak itt olyan méretben hozzák létre a csíkokat, hogy azok egy meghajtón legyenek, ezáltal lehetővé várjon a több kérés egy időben történő kiszolgálása. Előnye: viszonylag gyors és biztonságos módszer.

37 RAID – XIII. Hátránya: a hibajavító kódokat tároló merevlemez sebessége a rendszer szűk keresztmetszete, gyakran lassítja a rendszert. A párhuzamos kiszolgálás miatt egy lemez kiesése radikálisan rontja a tömb olvasási sebességét.

38 RAID – XIV.

39 RAID – XV. RAID 5 Az 5 –ös szinten a hibajavító információk nem egy kitüntetett meghajtón találhatóak, hanem elosztva tárolódik a körbeforgó paritás (rotating parity) használatával. Minimum lemezszám: 3

40 RAID – XVI. Előnye: megfelelő hardveres támogatással gyors, és biztonságos. Hátránya: csak megfelelő hardveres támogatással élvezhetőek az előnyök. Anélkül sajnos lassú.

41 RAID – XVII.

42 RAID – XVIII. RAID 6 Ez a 5 –ös szint továbbfejlesztése. Itt az eddigiekben használt sorban számolt ellenőrző kód mellett oszloponként is számításra kerül egy. Minimum lemezszám: 3 Előnye: megfelelő hardveres támogatással gyors, és biztonságos. Képes kettő merevlemez kiesését javítani.

43 RAID – XIX. Hátránya: ez is mint a RAID 5, csak
megfelelő hardveres támogatás mellett használható elfogadható sebességgel.

44 RAID – XX.

45 RAID – XXI. RAID 0+1 vagy RAID 01
Ez a 0 és 1 szint előnyeit próbálja kombinálni. Egy RAID 0 –ás tömböt tükröz egy másik RAID 0 –ás tömbre. Minimális lemezszám: 4 Előnye: gyors, és nem feltétlen szükséges hozzá hardveres támogatás

46 RAID – XXII. Hátránya: egy lemez meghibásodása a
teljes tömb leállását eredményezi. Viszonylagosan rossz a helykihasználás.

47 RAID – XXIII.

48 RAID – XXIV. RAID 1+0 vagy RAID 10
Ez is hasonló célt tűz ki, mint a RAID 0+1, csak fordított módon teszi azt. Kettő RAID 1 –es tömböt fűzünk össze RAID 0 –ba. Minimális lemezszám: 4 Előnye: gyors, szoftveres támogatással is használható, egy lemez kiesése nem állítja le az egész tömböt.

49 RAID – XXV. Hátránya: viszonylagosan rossz a helykihasználás.

50 RAID – XXVI.

51 Deduplikáció Gyakori helyzet, hogy egy merevlemezen
ugyanannak a könyvtárnak több másolata is megtalálható, és ezek tartalma többé – kevésbé megegyezik. A deduplikáció célja, hogy az ilyen egyezőségeket megszüntesse, ezáltal helyett szabadítson fel. A deduplikáció file és szektor szinten is működhet.