IV - Gestión de disco

1. IV - Gestión de disco

2. Gestión de disco en la actualidad • La gestión de disco es un tema que históricamente se presenta en el estudio de sistemas operativos, pero en la actualidad se encuentra mayoritariamente embebida en la arquitectura. • Por otra parte, hay otras alternativas para el almacenamiento secundario y cada una tiene sus particularidades de acceso. • El concepto de file system sí es central en los sistemas operativos actuales y abarca diferentes medios, entre ellos los discos.

3. Almacenamiento en disco de cabeza móvil • Cabeza lecto-escritora • Cara • Pista • Sector • Capacidad del disco=bytes por sector * sectores por pista * pistas por cara * caras en el disco

5. Tiempos de acceso • El tiempo de acceso a disco se descompone en: • Tiempo de búsqueda (el brazo ubica la pista) • Tiempo de latencia (el disco gira y así se ubica el sector correspondiente) • Tiempo de transmisión (lectura y transmisión de la información) • Todos estos tiempos son lentísimos comparados con los tiempos de CPU. Entonces son un cuello de botella para el desempeño del sistema, y por ello es preciso optimizarlos.

7. Cilindros • Como todas las cabezas se mueven juntas, lo más conveniente es ubicar la información según cilindros, que resultan de considerar el brazo en una posición dada. • Un cilindro es un conjunto de pistas en todas las caras del disco, considerando la cabeza quieta sobra dichas pistas y el disco girando.

8. Planificación del disco • FCFS: First come first served, se atienden los pedidos en el orden en que llegan. • Problemas al variar las peticiones entre los patrones más internos y los más externos: • Ej.: O 2 – 4- ------------------------ 3-1 • El reordenamiento de la hoja de solicitudes se conoce como PLANIFICACION DE DISCO. • La planificación de disco consiste en analizar y reordenar las solicitudes pendientes.

9. continuación • Las más comunes: • Optimización de búsqueda • Optimización rotacional (de latencia) • Los tiempos de búsqueda son un orden de magnitud mayores que los de latencia, por lo que las primeras son las principales. • En condiciones de carga ligera, FCFS trabaja bien, pero si el sistema es exigido, se notan los problemas.

10. Características deseables de la planificación de disco • Justicia (FCFS es justo pero…) • Productividad • Tiempo medio de respuesta • Varianza de los tiempos de respuesta: predictibilidad

11. Criterios para optimización de la búsqueda • FCFS: primero que llega es el primero que se atiende • SSTF: primero el menor tiempo de búsqueda, el brazo se traslada a la petición que requiere movimiento mínimo. • SCAN: el brazo se mueve hacia adentro y hacia fuera, atendiendo todas las peticiones a su paso. • C-SCAN: Como SCAN pero cambia el sentido en cuanto no encuentra más peticiones en esa dirección.

12. continuación • Scan de N pasos: El brazo del disco se mueve igual que en SCAN, pero las peticiones que llegan durante el barrido en una dirección se almacenan y reordenan para darles un servicio óptimo durante el barrido de retorno.

13. Optimización rotacional • Cuando la carga es pesada aumenta la probabilidad de múltiples referencias al mismo cilindro, por lo que toma sentido la optimización rotacional. • SLTF: Primero el tiempo de latencia más corto. Una vez que la cabeza llega a cierto cilindro, los pedidos sobre el mismo se atienden según el criterio de tiempo de latencia más corto.

14. Técnicas para mejorar el desempeño • Reorganización del disco para minimizar fragmentación de archivos. • Memoria caché de disco • Sistemas de discos múltiples • Discos RAM

15. Sistemas de archivos

16. Archivo • Es un conjunto de datos al que se le asigna un nombre. • Normalmente reside en un dispositivo de almacenamiento secundario. • Se puede manipular como una unidad.

17. Operaciones sobre archivos • Abrir • Cerrar • Crear • Destruir • Copiar • Renombrar • Listar

18. Archivos • Los elementos de información individuales en un archivo se pueden manipular con operaciones como: • Leer • Escribir • Modificar • Eliminar • Insertar

19. Archivos • Volatilidad: Frecuencia con que se cambia la información de un archivo. • Actividad: Porcentaje de registros a los que se tuvo acceso en un período dado. • Tamaño

20. File System • Un componente fundamental en cualquier SO es el sistema de archivos. • Los FS contienen: • Métodos de acceso • Administración de archivos • Administración de almacenamiento secundario • Mecanismos de integridad de los archivos

21. File system • El FS se ocupa de administrar el espacio de almacenamiento secundario, sobre todo espacio en disco. • Aquí aparecen los conceptos de: • Cuenta • Dueño • Permisos • Estructura jerárquica del FS • Un SO puede dar seguridad de archivos (y ser multiusuario) sólo si su FS lo permite.

22. Funciones del FS • Se debe poder: • Crear, modificar y eliminar archivos. • Compartir archivos selectivamente. • Al compartir, se deben ofrecer varios tipos de acceso controlados: lectura, escritura, etc. • Agrupar los archivos en una estructura jerárquica. • Transferir información entre archivos. • Respaldo y recuperación. • Nombres simbólicos en sustitución de los físicos. • Cifrado. • Interfaz amable con el usuario, vista lógica adecuada.

23. Bloques y buffers • Bloque o registro físico: unidad de lectura/escritura para un dispositivo. • Registro lógico: unidad de lectura/escritura para el usuario. • Pueden relacionarse 1 a 1, n a 1 o 1 a n. • El uso de buffers puede superponer cómputo y E/S.

24. Organización de archivos • Refiere a la forma en que se acomodan los registros en un archivo en el almacenamiento secundario. • Los métodos más comunes: • Secuencial: Los registros se colocan en orden físico. OK para cintas (secuenciales). • Directo: Se obtiene acceso directo a los registros por su dirección en el propio dispositivo. • Secuencial indizado: Registros ordenados en forma lógica según un campo clave. Se manejan índices físicos y lógicos. • De partición: organización en directorios. • Se llama volumen al medio de grabación.

25. Asignación y liberación de espacio • La fragmentación es el gran problema y degrada la performance del sistema. • Para evitarla se pueden realizar compactaciones y garbage collections. • Algunos FS ya optimizan al mover/copiar (NTFS p/ej).

26. Distintas técnicas de asignación • Asignación contigua • Los archivos se asignan a zonas contiguas del almacenamiento secundario. • Los usuarios especifican por adelantado el tamaño del área requerida para guardar cierto archivo… y sólo se autoriza si hay espacio (esto se ve claramente no es muy flexible). • Los directorios son fáciles de implementar, basta dar la dirección de inicio y la longitud del archivo. • Desventajas: • Se generan huecos al asignar/borrar. Esto requiere condensaciones periódicas, etc. • Cuando los archivos crecen dinámicamente, es inconveniente.

27. Asignación no contigua • Contempla el problema del crecimiento dinámico de los archivos. • Varios tipos: • Asignación encadenada orientada a sectores: • Los sectores con datos de un mismo archivo se apuntan entre ellos. • Cuando un archivo necesita crecer, solicita más sectores. No hay necesidad de compactar. • Desventajas: Registros desperdigados por todo el disco. Overhead alto por los punteros para el encadenamiento. • Asignación de bloques.

28. Asignación de bloques • Maneja de forma más eficiente el almacenamiento secundario. • Reduce el overhead en tiempo y espacio. • Es una mezcla de asignación contigua y no contigua. • Se asignan bloques de sectores contiguos. • Al asignar bloques nuevos, se busca asignar los más cercanos físicamente. • Una forma de implementarlo es el encadenamiento de bloques y el encadenamiento de bloques de índice (figura)

29. Encadenamiento de bloques

30. Encadenamiento de bloques de índice

31. Correspondencia de archivos orientada a los bloques • Aquí el sistema usa números de bloque en vez de punteros. • Los números de bloque se convierten fácilmente en direcciones debido a la geometría del disco. • Los bloques libres se deben marcar como tales. • Aparece una estructura auxiliar llamada “mapa de archivos”.

33. Control de acceso • Para el control de acceso existen normalmente un conjunto de permisos, los que se habilitan o deshabilitan según los usuarios. • Esto da lugar a una matriz de control de acceso. • También aparecen diferentes roles y grupos de usuarios y categorías de archivos, para simplificar la administración. • Aparece la figura del dueño de un archivo.

34. En caso de problemas… • El FS puede administrar ciertas redundancias, a nivel de sus estructuras (duplicando partes vitales por ejemplo), o a nivel del almacenamiento común. • El SO puede dar mayor o menor soporte a los respaldos o dejarlo en manos de herramientas que corren sobre él. • Puede haber respaldos completos o incrementales o combinación.

35. Control de lectura A esta altura ya debería haber leído hasta el capítulo 10 (inclusive) y los capítulos 12 y 13 de Deitel o su equivalente en los otros textos.