Sabit diskler üstüste yerleştirilmiş plakalardan (platter) oluşmaktadır. Plakaların her iki

Transkript

1 Harddisk Disk Sabit diskler üstüste yerleştirilmiş plakalardan (platter) oluşmaktadır. Plakaların her iki yüzeyinde okuma/yazma için okuma yazma kafaları (read-write heads) monte edilmiştir. R/W kafaları head actutator mekanizması ile hareket ettirilmektedir. Bu plakalar spindle adı verilen bir mil ile motora bağlanmıştır. Plakalar dakikada 7500 ile 10,000 (rpm) devir arasında hareket etmektedirler. Plakalar üzerinde verinin kayıt edileceği yerlere track (izler) adı verilmektedir. Konsentrik halkalar şeklinde harddiskin kapasitesine bağlı olarak yerleştirilen track ların bölümlenmesi ile oluşturulan dilimlere Sektör denilmektedir. Başka bir deyişle Trackler sabit açılarla bölümlenerek sektörler oluşturulmaktadır. Farklı boyutlarda (512 byte 4096 Byte) oluşturulan sektörler en küçük standart disk birimidir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 1

2 512 bytelık sektör, disk adreslenmesi için çok ufak bir birim olduğu için bu işletim sisteminin adresleme için kullanacağı alanı büyütürken diğer taraftan ufak sektör parçaları ile uğraşmak sistemi yavaşlatmaktadır. Bu nedenle cluster adı verilen yeni bir yapı oluşturulmuştur. Đşletim sistemi düzeyinde ya da disk sürücüsünün kendisinde sektörler küme (cluster) olarak adlandırılan grup içine alınır. Başka bir deyişle sektörlerin gruplandırılması ile oluşan alana cluster (küme) adı verilmektedir. Bu işletim sistemi bazında en küçük harddisk alanı olarak kabul edilmektedir. Cluster büyüklükleri fat yapısına ve disk büyüklüğüne bağlı olarak değişmektedir. Diskler dosyaları saklayabilmek için dosya sistemlerini (file systems) kullanır. Bu yapı biçiminde dosyalar bir hiyerarşi içinde düzenlenir. Sabit disk üzerinde bilgiler iz (track) ve kesim (sector) diye adlandırılan alanlarda Saklanmaktadır. Her bir sektör sabit sayıda byte saklamaktadır. (Ör: 256 veya 512 byte gibi). Sektör ve izler düşük seviyeli formatlama (low-level formatting) işlemiyle plakalar üzerinde oluşturulur. Her bir sektörün başlangıç ve bitiş noktaları plakalar üzerine yazılır. Düşük seviye formatlama işlemiyle sabit disk byte bloklarını tutacak duruma hazırlanır. Bu işlemden sonra yüksek seviyeli formatlama (high-level formatting) işlemi gerçekleştirilir. Yüksek seviyeli formatlama işlemiyle sektörlere FAT (File Allocation Table Dosya Ayırma Tablosu) gibi dosya depolama yapıları yazılır. Böylece sabit disk, üzerine dosya yazılabilecek duruma hazırlanmış olur. Bu işleme işletim sisteminin yüklenmesi de denilmektedir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 2

3 Harddisk Her partition (bölümleme) 4 temel alana ayrılmıştır Master Boot Record (MBR): Her zaman sabit disklerin ilk sektöründe yer alır (disketlerde bulunmaz) ve harddisklerin bölümlenmesini sağlar. Bu sayede bir harddiskte birden fazla sürücü tanımlayabiliriz. Her harddiskte sadece 1 tane master boot record bulunur. Bu kayıt alanı bu bölümün nerede başlayıp nerede bittiğini, işletim sisteminin bu alandan yüklenip yüklenemeyeceğine ilişkin bilgiler içerir. BOOT Boot sektör, disk veya diskete ilişkin bazı bilgiler ile işletim sistemini yüklemeye yarayan ufak bir program parçası içerir. FAT (File Allocation Table) Dosya Ayırma Tablosu Fat, her bir dosyanın bulunduğu clusterı belirten bir liste yapısıdır. Dosya okunurken dosyanın hangi clusterlara dağılmış olduğu bu listeden takip edilerek bulunmaktadır. Ayrıca disk üzerindeki bozuk alanlar da (bad sector) fat e işaretlenir. Böylece bu alanların üzerine dosya /dosyaların yazımı engellenmektedir. ROOT Root ( kök) dizinde bulunabilecek dosya veya dizinlerin kayıtları tutulmaktadır. Data Alanı Diskin geri kalan kısmı olup dosyaların saklandığı alandır. Burada tüm programlara ait dosyalar saklanmaktadır. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 3

4 Sabit Disk Çeşitleri Sabit disklerin üretiminde çok sayıda farklı ara birim kullanılmaktadır. Hardisk üzerindeki veri iletimi bu arabirimlerin üzerinden gerçekleştirilmektedir. Bu arabirim teknolojileri şöyle sıralanabilir: ATA, Serial ATA, SCSI, FireWire ve USB gibi. ATA Advanced Technology Attachment kelimelerinin baş harflerinin kısaltmasıla anılmaktadır. Kişisel bilgisayarlarda harddisk ve CD-ROM gibi depolama aygıtlarıyla bilgisayar arasında veri iletişimi gerçekleştiren bir arayüz standardıdır. Đlk nesil ATA standartında harddisk kontrolu için ayrı bir kontrol kartı tasarlanmıştır. IDE teknolojisinde ise harici bir kontrol kartına olan gereksinimin ortadan kaldırılmıştır. Elektronik kontrol kartı sabit disk sürücüsünün üzerine monte edilmiş olup sürücü bağlantısı ana kart üzerindeki IDE yuvalarına yapılmaktadır Daha sonra IDE standardının 1994 yılında EIDE (Enhanced IDE) standardı olarak güncellenmiştir. IDE standardında tek bir paralel IDE kablosu üzerine iki cihaz bağlanabilirken, EIDE standardında aynı anda 4 farklı cihazı bağlanabilmekte ve önceki standartla uyum sağlamak amacıyla aynı bağlantı yolu ve kablo kullanılmıştır. DMA tekniği ( sonraki nesil uygulamalarda UDMA-Ultra DMA), disk kontrolcüsüne CPU yu atlayarak veriyi doğrudan hafızaya yazma olanağı sağlar. ATA sürücülerinin, depolayabilecekleri veri kapasitesiyle ilgili sınırlamalar bulunmaktadır. Bu sınırlamalar yeni adresleme sistemleri ve programlama teknikleri ile aşılmıştır. Bu sınırlamalar için 528MByte, 8,4GByte, 34GByte ve 137GByte değerleri örnek olarak verilebilir. Sınırlamadan kaynaklanan sorunları gidermek için sistemlerin BIOS yazılımlarının güncellenmiştir. Önceki nesil sürücülerde kullanılan CHS adresleme tekniğinden LBA adresleme tekniğine geçiş yapılarak ATA sürücülerinin kapasiteleri 137GByte a çıkarılmıştır. Daha sonra LBA adreslemesi için kullanılan 28 bit 48 bite yükseltilerek disk sürücüsünün depolama kapasitesi teorik olarak 144PB (PetaByte) seviyesine yükseltilmiştir. Diğer taraftan, kullanılan işletim sistemine bağlı olarak disk sürücünün kullanılabilir kapasitesi değişmektedir. 32-bit XP işletim sisteminin mevcut dosya sistemi 2TB dan daha büyük disk sürücülerinin kullanılmasına kısıtlama getirmektedir. Aşağıdaki tabloda disk sürücü standartları listelenmştir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 4

5 Disk Sürücü Standartları Seri (Serial) ATA standardının çıkışı birlikte ATA standardı yerine Paralel ATA (PATA) olarak adlandırılmıştır. PATA standardı çoğunlukla kişisel bilgisayarlarda dahili olarak kullanılmıştır. ATA standartının değişik versiyonlarında farklı kablo tipleri ve soketler kullanılmıştır. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 5

6 Geliştirilerek yenilenen ATA standardında bir kablo üzerinden iki harddisk bağlanabilmektedir. Anakart üzerinde genellikle iki kanal yer aldığından bilgisayarınıza 4 harddisk bağlayabilirsiniz. SATA ise seri veri iletişimine dayalı bir teknolojidir. Seri ATA teknolojisi USB ve FireWire arayüzlerinden farklı olarak bilgisayarınızın içinde kullanılacak öncelikli arayüz olarak geliştirilmiştir. Anakartınızda SATA harddiskler için SATA konnektörler bulunmaktadır. SATA kablolar daha küçük ve farklı konnektör yapısı ile anakart üzerindeki diğer konnektörler kolayca ayırt edebilirsiniz. Seri ATA teknolojisinde master/slave ayarı ortadan kaldırılmıştır. Seri ATA nın noktadan noktaya bağlantı (peer to peer) özelliği sayesinde her sürücü ana kartın SATA soketine doğrudan bağlanır. Bu nedenle her SATA sürücü için ayrı kablo gerekir. Ayrıca ana kart üzerinde de her cihaz için ayrı soket bulunması gerekir. Ancak çok sayıda cihazın aynı veri yolu üzerinden haberleşmesini sağlamak için SATA host denetleyicileri (RAID sürücü) bulunmaktadır. Bu denetleyicilerin kullanılmasıyla çok sayıda SATA sabit diski birbirini engellemeden çalışabilmektedir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 6

7 SATA sürücüler, özellikle sunucularda ve iş istasyonlarında RAID (Redundant Array of Inexpensive /Independent Disks Ucuz/Bağımsız Çoklu Disk Dizisi) teknolojisi kullanılarak çok büyük performans artışları sağlayabilir. RAID teknolojisi çok sayıda cihazın aynı kanal üzerinden birbirleriyle haberleşmelerine olanak sağlayan bir teknolojidir. Örnek vermek gerekirse; veri iletişim kapasitesi 150MB/s olan üç adet sabit disk sürücüsünün RAID üzerinden bağlantısı yapılacak olursa toplam veri kapasitesi 450MB/s ye çıkartılır. Sunucu sistemlerde kullanılmakta olan bir çok ana kart üzerinde yerleşik RAID sürücüsü bulunmaktadır. Üzerinde eski SATA I (1,5Gbps) uyumlu denetleyici (host controller) bulunan ana kartlara SATA II (3Gbps) ya da SATA III (6Gbps) yapısında bir sabit disk sürücüsünün takılması durumunda haberleşme sorunu yaşanacaktır. SATA II ya da SATA III sabit disk sürücülerinin SATA I olarak gösterilmesi durumunda bu sorun ortadan kaldırılır. Bunun için gerekli jumper ayarı yapılmalıdır. Đlgili ayar yapıldıktan sonra sürücü ana karta takılır ve sistem çalıştırıldıktan sonra sabit disk sürücüsünün BIOS tarafından görünüp görünmediği belirlenir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 7

8 PATA harddisklerin üzerinde güç bağlantı soketi, Veri iletişim soketi ve kullanım şekilinin ayarlanması için bir jumper bloğu bulunmaktadır. SATA harddiskler üzerinde PATA harddisklere benzer Giriş/Çıkış konnektörleri bulunmaktadır. SCSI ( Small Computer Small Interface ) teknolojisi sabit disk sürücülerinde, optik sürücülerde, yazıcı ve tarayıcı gibi giriş /çıkış cihazlarında da yaygın olarak kullanılan bir standarttır. SCSI teknolojisi geliştirildiği ilk yıllarda Apple Macintosh da ve Sun Microsystems bilgisayarlarında kullanılmaya başlamıştır. Ancak IBM PC dünyasında o günlerde kullanılmakta olan daha düşük maliyetli ve yeterli performans sunan ATA standardı nedeniyle PC bilgisayarlarda fazla yaygınlaşamamıştır. SCSI nin sunduğu yüksek veri hızı oranları ve çok sayıda cihaz bağlanabilme özelliği nedeniyle iş istasyonları, sunucular ve yüksek seviyeli sistemlerde SCSI harddiskleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 8

9 SCSI-I SCSI nin ilk versiyonu olup (1986) 8 bitlik paralel veri yoluna sahiptir. Maksimum 6 metrelik kablo uzunluğuyla ATA nın (46 cm lik) kablo sınırını aşmıştır. 8 adete kadar cihaz bağlanabilme desteği vardır. SCSI-II Fast SCSI ve Wide SCSI diye adlandırılan türevleri vardır. Fast SCSI arayüzü çalışma hızını 10MHz e ve veri transfer hızını 10MB/s ye katlamış olup, Wide SCSI ise veri yolu genişliğini 16 bite çıkarmıştır (böylece veri transfer hızı da 20MB/s ye yükselmiştir). Ancak bu artışlarla birlikte kablo uzunluğu azalmıştır. Ultra-II Bu arayüzle birlikte sinyal iletiminde kullanılan LVD (Low Voltage Differential) adlı yeni bir alıcı/verici teknolojisi duyurulmuştur. Bu özelliği sayesinde kablo uzunluğu 12 m ye kadar çıkartılabilmiştir. Çalışma hızları ve veri işleme miktarları da önceki versiyonlarına göre ikiye katlanmıştır. Ultra2-Wide türeviyle birlikte SCSI arayüzüne bağlanabilen cihaz sayısı 16 ya çıkartılmıştır. Ultra-3 Ultra-160 SCSI olarak da bilinmektedir( 1999). DTC (Double Transition Clocking) denen bir teknolojinin kullanımı sayesinde veri transfer kapasitesi 160MB/s ye çıkartılmıştır. DTC tekniğinde saat palsinin düşen ve yükselen kenarlarında veri iletimi gerçekleştirilmektedir ( benzer metot DDR RAM lerde de kullanılmaktadır). Önceki SCSI türevleriyle de uyumlu çalışmaktadır. Bu arayüzle birlikte CRC (Cycling Redundancy Check) ve hata düzeltme işlemi (Error Correcting Process) gibi yeni teknolojiler sunulmuştur. Ultra-320 SCSI 7. nesil SCSI teknolojisidir. Bu versiyonda eskiye uyumluluk ilkesini (16 bitlik yapısıyla) göz önünde bulundurulmuştur. Çalışma frekansı ve veri işleme kapasitesi ikiye katlanmış olup QAS (Quick Arbitration and Selection) diye adlandırılan paketlenmiş SCSI tekniğiyle komut yükünü azaltan ve performansı yükselten bir teknoloji sunmaktadır. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 9

10 Günümüzde SCSI arayüzü TCP/IP üzerinden doğrudan veri iletimi yapacak şekilde geliştirilmiştir. Bu sürüme iscsi (internet SCSI) denilmektedir. iscsi düşük gecikmeli SCSI bloklarını IP protokolünü kullanan ağlar üzerinden veri gönderme/alma için geliştirilmiştir. Böylece veri deposu olarak kullanılan alan ağlarına ya da daha büyük veri yığınları için internete bağlanarak depolanan veri kapasitesi yükseltilmiş olmaktadır. SAS (Serial Attached SCSI) SCSI nin bu sürüme kadar mevcut versiyonları paralel veri iletimi gerçekleştirirken bu versiyonda seri iletim yapılmaktadır. Veri iletimi 3GB/s ye çıkartılmıştır. Her bir SAS portu 128 adet cihaz desteğine sahiptir. Farklı SCSI versiyonları için farklı konnektörler kullanılması kullanıcılar dikkat etmesi gerektiği önemli noktalardan birisidir. Versiyonlar arasındaki uyumsuzluk sorununun giderilmesi için adaptörler kullanılmaktadır. Terminated (Sonlandırma) SCSI yolu sonlandırılmadığı takdirde veri yoluna gönderilen elektrik sinyalleri, yansımaya neden olur ve SCSI denetleyicisiyle cihazlar arasında girişim meydana gelir. Veri yolunun sonlandırılması için veri yolunun her iki ucuna da sonlandırıcı dirençler takılır. Eğer veri yoluna dahili ve harici cihazların her ikisi de bağlanıyorsa her bir serideki son cihaza uygun sonlandırıcının takılması gerekir. SCSI sonlandırıcıları aktif ve pasif sonlandırıcılar olmak üzere iki ana gruba ayrılır: Pasif sonlandırıcı standart, saat hızlarında çalışan SCSI sistemlerinde ve cihazlardan denetleyiciye (host controller) 1m den daha az mesafe olduğunda kullanılır. Aktif sonlandırıcı ise hızlı SCSI sistemleri için ya da cihazlardan denetleyiciye 1 m den daha fazla mesafe olduğunda kullanılır. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 10

11 SCSI ve ATA standartının karşılaştırılmasında teknolojik gereksinimler, uygulama alanı ve maliyet gibi unsurlar gözönünde bulundurulmalıdır. SCSI diskler, genellikle çağdaşı oldukları ATA disk sürücülerine göre daha yüksek rpm değerlerinde üretilmektedir. SCSI diskler, nispeten sunucu uygulamalarına yönelik geliştirildiği için ön bellekleri (cache) daha büyüktür. Sahip olduğu komut yapısı sayesinde (Command Taq Queuing) aynı anda birden fazla komutu işleyebilir. Paralel ATA da aynı anda yalnızca tek komut işletilebilir. Seri ATA teknolojisiyle birlikte birden fazla komut işletilebilir duruma gelinmiştir. Tek bir kanal üzerinden ATA ya kıyasla çok daha fazla cihaz bağlanabilir. Çoğunlukla harici kontrol kartı gerektirirler. (Sunucu sistemlerde SCSI kontrol devresi anakart üzerine de yerleştirilmektedirler.) Kablo uzunluğu daha fazladır. SCSI veri yolu kontrolcüsü (host controller) kendisine bağlı tüm cihazları mikroişlemciye ek yük getirmeden kontrol edebilir. Bir SCSI zincirindeki tüm cihazlar aynı anda çalışabilme özelliğine sahiptir. PATA ya kıyasla büyük bir performans farkı bulunmaktadır. Ancak SATA teknolojisinde performanslar arasındaki fark önemli ölçüde azalmıştır. SCSI teknolojisini kullanan sabit diskler ATA teknolojisini kullanan modellere göre daha yüksek maliyetldidir. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 11

12 RAID (Redundant Array of Inexpensive Disk ) birden fazla diskin tek bir birim gibi çalıştırılmasını sağlayan teknolojinin kısaltılmış adıdır. Böylece sisteminizdeki toplam disk kapasitesi performans kayıplarına yol açmadan artırılmıştır. Bu teknolojinin diğer önemli bir avantajıda verilerin eş-zamanlı olarak yedeklenir. Sistemdeki disklerden birisi çökse (crash) bile aynı anda veriler diğer bir diske yedeklendiğinden Server makineler kesintiye uğramadan RAID teknolojisi sayesinde hizmet sunacaktır. RAID teknolojisi hem donanımsal hemde yazılımsal tabanlı olarak uygulanmaktadır. Yazılım tabanlı RAID işletim sistemi ile gelen araçlar yardımıyla yada bu amaçlı geliştirilmiş programlar aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Donanım tabanlı RAID teknolojisi ise RAID kontrol kartı ve bu kartı destekleyen yazılımla kullanılmaktadır. RAID 0 [Stripping Şeritleme] Bu modda okuma ve yazma paralel olarak gerçekleştirildiği için önemli bir performans artışı sağlanmıştır. En az 2 diskle gerçekleştirilmektedir. Aynı türden bağlı diskler üzerine yazma yapılırken veriler ardışıl bloklara bölünerek dağıtılıyor. Bundan dolayı disklerin boyutları eşit olmalıdır. Disklerin cache bellekleri de toplanır. Örneğin disklerin cache bellekleri 4 MB ise toplam cache alan 8 MB gibi kullanılır. Bu okuma/yazma performansının önemli ölçüde artmasına neden olur. Veriler diskler üzerine şeritler halinde yazıldığından disklerden birisinin çökmesi durumunda veri kayıpları söz konusu olacaktır. RAID 1 [Disk mirroring] Bir diskteki veri eş-zamanlı olarak diğer diske yazılacaktır. Böylece disklerden birisi çökse bile aynı anda diğer diske yedeklendiğinden sistem kesintisiz hizmet verebilecektir. Bu mod güvenliği öne çıkaran bir çalışma düzeyini esas almaktadır. Böylece verilerin kurtarılması ve ve diskin eski haline getirilmesi için harcanacak zaman minimuma indirilmiş olacaktır. Bu yapılanmada okuma paralel olarak birkaç diskten yapılırken, yazma sırasında disk sayısı kadar tekrarlama yapılmaktadır. Bu okuma işleminde ECC ( Hata bulma ve düzeltme) den dolayı performans biraz artarken yazma işleminde önemli bir düşüşe neden olacaktır. RAID 4 [ Stripe with dedicated parity] Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 12

13 Bu mod en az üç diskle gerçekleştirilmektedir. Disklerden birinde hangi verinin nereye yazıldığına ilişkin bilgi tutulur. Disklerden birisi çökse bile eşlik (parity) bilgisi çöken diskteki verinin yeniden oluşturlmasını sağlar. Eğer iki disk birden çökerse tüm bilgiler kaybolur. Bu modda eşlik bitinin tek bir diskte bulunduğundan her yazımda güncellenmesi nedeniyle performansta kayıplar yaşanır. Burada disklerin kapasitelerinin birbirine yakın olması tercih edilmelidir. RAID 5 [Stripe sets with parity] Veriler iki diske yazılırken eşlik bilgileri üçüncü bir diske kayıt edilir. Eşlik bilgisi disklere dağıtıldığından RAID 4 modunda yaşanabilecek olumsuzlukların önüne geçilmiştir. ( Eşlik bilgisi tek bir diskte tutulmaz) Böylece yüksek okuma/yazma hızıyla birlikte güvenlik sağlanmış olur. Böylece disklerden birinde yaşanabilecek çökme yada benzeri hatalar bu diskin yenilenmesinin ardından en son eşlik bilgilerinin kayıt edildiği diskten okunması (verilerin tekrar inşa edilmesi) giderilmiş olacaktır. Veri güvenliğinin ön planda tutulduğu uygulamalarda tercih edilen bir kurulumdur. RAID 0+1 [Striping + Mirroring] Bu kurulum için en az dört disk kullanılmalıdır. Bu yapılanma RAID 0 ve RAID 1 in aynı çatı altında toplanması demektir. Disklerin yarısı şeritleme için kullanılırken diğerleri ise bu yapının mirror lenmesini sağlar. Böylece tek bir diske göre okuma performansı açısından 4 kat bir artış sağlanırken yazma işlemine göre 2 kat bir performans artışı söz konusu olacaktır. Referanslar Lecture notes, Computer Science at Virginia University. Bilişim Teknolojileri Disk Sürücüleri, MEGEP 2006, Ankara D. Anderson, J. Dykes, and E. Riedel, More Than An Interface SCSI vs. ATA. Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah 13