Fiziksel Karakteristikler: Aynı hizadaki izler bir silindir (cylinder) oluşturur. k. silindir. Manyetik disk düzeni:

Transkript

1 1 7 Belle Organizasyonu (İç / Dış) Elimizde farlı hız, boyut ve fiyatlarda belleler var. Amaç: Toplam maliyeti düşü, performansı ise yüse tutaca şeilde belleleri ullanabilme. Küçü, Daha hızlı, Yüse maliyet (byte başına) Daha büyü, Daha yavaş, Daha ucuz L4: (byte başına) L3: L2: MİB L0: İç salayıcılar on-chip L1: Cep Belle (cache) L2 Cep Belle (cache) Ana Belle (DRAM) Yerel iincil salama elemanı (yerel dis) seizli, 0.5ns - 1 ns MİB içinde, bir (çeirdeğe atanmış) SRAM ~64KB, ~2-3 ns. MİBler (çeirdeler) paylaşıyor SRAM ~1MB, ~10ns. DRAM (tazeleme) ~4GB, ~50-100ns ~500GB, ~10ms 7.1 Manyeti (Dış Belle) Her plaada ii yüzey bulunur., yüzeylerdei iz (trac) adı verilen eş merezli halalar (izler) üzerine yazılır (ounur). Bir yüzeyde binlerce iz bulunur. Komşu izler belli büyülüte boşlularla (intertrac gap) birbirlerinden ayrılırlar. Böylece ouma/yazma afasının doğru izi ouması/yazması sağlanır. setörler şelinde atarılır. Her izde yüzlerce setör bulunur. Güncel sistemlerin çoğunda 512 seizli uzunluğunda sabit uzunluta setörler ullanılır. Komşu setörler de belli büyülütei boşlularla (intersector gap) ayrılırlar. L5: Uza salama elemanları (distributed file systems, Web servers, Cloud) ~??GB, ~100ms Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.2 Manyeti dis düzeni: Izler arası boşlu (intersector gap) Karateristiler: Aynı hizadai izler bir silindir (cylinder) oluşturur.. silindir Ouma/yazma afaları İz (trac) Yüzey (surface) Setör (sector) i. iz boşlu (intersector gaps) yüzey 0 yüzey 1 yüzey 2 yüzey 3 yüzey 4 yüzey 5 plaa 0 plaa 1 plaa 2 mil (spindle) setörler mil Kapasite = (byte/setör) x (ort. setör/iz) x (iz/yüzey) x (yüzey/plaa) x (plaa/dis) 512 byte/setör 300 setör/iz (ortalama) 20,000 iz/yüzey 2 yüzey/plaa 5 plaa/dis Kafalar ileri/geri hareet ederler Kapasite = 512 x 300 x x 2 x 5 = 30,720,000,000 byte 28.6 GB Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.4 Performansı Bir disin ortalama erişim süresi üç bileşenden oluşur: Erişim süresi (Ta) = Konumlanma süresi (Ts) + Dönüş gecimesi (Tr) + Atarım Süresi(Tt) Ortalama onumlanma süresi (See time) Ts: Ouma/yazma afasının ilgili ize onumlanması için geçen süre. Yalaşı 9ms (3-15ms) Ortalama dönüş gecimesi (Rotational latency ) Tr: Ouma/yazma afasının, iz içinde ilgili setörün başına onumlanması için geçen süre. Kafa diste ilgili izin üstüne onumlandıtan sonra dis denetçisi gereli olan setörün afanın altına gelmesi için plaanın dönmesini beler. Bu beleme süresi ortalama olara disin bir turunu tamamlaması için gereli olan sürenin yarısı adardır: r: in bir tur dönüş süresi (saniye) Genellile dislerin dönüş hızları tur/daia (RPM: Revolution per minute) olara verilir. Buna göre dönüş gecimesi saniye cinsinden aşağıdai gibi hesaplanabilir: 7200 RPM dis bir turunu 8.3 ms de tamamlar. Buna göre ortalama dönüş gecimesi yalaşı 4ms dir rpm: 3ms, rpm: 2ms. Atarım Süresi (Transfer time) (Tt) İi farlı şeilde ifade edilebilir: Bir setörü atarma için geçen süre (Tts) veya Belli mitarda seizli atarma için geçen süre(ttb). a) Bir setörü ouma için geçen süre (Tts): Bir disin dönüş hızı 7200 RPM ise ve bir izinde ortalama olara 400 setör varsa bir setörlü atarım hızı aşağıdai gibi hesaplanır: Tts = 60/7200 RPM x 1/400 setör/iz x 1000 ms/sec = 0.02 ms b) Veri atarım süresi (Ttb): b: Atarılaca byte sayısı, N: Bir izdei byte sayısı [saniye] [saniye] Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.6

2 2 dönüş hızı = 7200 RPM Ortalama onumlanma süresi = 9 ms. Bir izdei ortalama setör sayısı = 400. Buna göre: Dönüş gecimesi = 1/2 x (60 s/7200 RPM) x 1000 ms/s = 4 ms. Atarım süresi = 60/7200 RPM x 1/400 setör/iz x 1000 ms/sec = 0.02 ms Erişim süresi = 9 ms + 4 ms ms Erişim süresinin belirleyici bileşenleri onumlanma süresi ve dönüş gecimesidir. lerin Gelişimi: Kapasite artışı, inç areye (veya santimetre are) düşen bit sayısı ile ölçülen alansal (areal density) yoğunlutai artış ile ifade edilir. Areal density = on a dis surface! 1988 yılı civarında, alansal yoğunlutai artış yılda%29 oranında olduğundan her üç yılda bir dis apasiteleri ii atına çııyordu. 1988, 1996 yılları arasında yıllı artış oranı %60'a yüseldi. 1997, 2003, yılları arasında yıllı artış oranı %100'e yüseldi ve apasite her yıl iiye atlanmaya başladı yılından sonar yıllı artış %30'a düştü yılında ticari ürünlerdei en yüse yoğunlu 400 milyar bit/ in 2 'dir. Gigabyte başına ödenen maliyet de alansal yoğunlutai artışa paralel olara düşmüştür. Gigabyte başına maliyet, yılları arasında 1,000,000 at iyileşmiştir. Kayna: John L. Hennessy, David A. Patterson "Computer Architecture, A Quantitative Approach", 5 ed., Morgan Kaufmann, Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.8 DRAM Karşılaştırması (Kayna: Hennessy, Patterson) DRAM gecimesi, disin gecimesinden yalaşı olara 100,000 at daha azdır. DRAM maliyeti (gigabyte başına) dis maliyetinden 30 ila 150 at daha yüsetir yılında fiyatı yalaşı olara 400$ olan 600 GB apasiteli bir dis 200 MB/s hızında veri atarabilmetedir yılında fiyatı yalaşı olara 200$ olan 4 GB apasiteli bir DRAM modülü 16,000 MB/s hızında veri atarabilmetedir. Maliyeti DRAM'dan daha düşü ve hızı manyeti disten daha yüse olan veri salama birimlerinin geliştirilmesi için çalışılmata olmasına rağmen günümüze adar bu birimlerin yerini tamamen alabilece elemanlar oluşturulamamıştır. Bu onuda başarıya en yaın eleman "Flash belletir". Bu yarı ileten belleler aynı disler gibi uçucu değildir (nonvolatile). Flash belle disten yalaşı olara 100 ila 1000 at daha hızlıdır. Flash belle maliyeti (gigabyte başına) disten 15 ila 25 at daha fazladır. Flash belle maliyeti (gigabyte başına) DRAM'dan 15 ila 20 at daha düşütür. Flash belleler taşınabilir cihazlarda yaygın olara ullanılmatadır çünü güç tüetimleri dislerden ço daha düşütür. ve DRAM'dan farlı olara Flash bellelerin ullanım ömürleri ısadır (yalaşı olara 1 milyon defa yazma). Bu nedenle özellile sunucu tipi bilgisayarlarda ullanılmamatadırlar Feza BUZLUCA RAID: (Redundant Array of Independent/Inexpensive s) * Fazlalılı Bağımsız/Ucuz ler Dizisi paralel çalışan birden ço dise dağıtılır. Amaç: Performansı ve güvenirliği arttırma. Paralel ve bağımsız disler performansı arttırır. Fazlalı bilgi, hataları sezme ve düzeltme için ullanılır. Düzeyler: RAID 0 RAID 6: 7 ana düzey ve bunların bileşiminden oluşan bileşi düzeyler var. RAID 0 gerçe bir RAID sistemi değildir, çünü fazlalı içermemetedir. En ço RAID 3 ve 5 ullanılmatadır. Orta özelliler: 1. Birden fazla fizisel dis vardır. İşletim sistemleri bunları bir bütün, te bir mantısal dis olara görür (gösterir). 2. Mantısal olara peş peşe gelen veriler belli büyülütei blolar (şerit strip ) halinde farlı fizisel dislere paralel olara yerleştirilirler. 3. Fazlalı olara eşli bilgileri (parity) yerleştirilir. lerden biri fizisel olara bozulduğunda bu distei bilgi terar oluşturulabilir. * Kayna: W. Stallings, " Computer Organization and Architecture", 8/e, N Feza BUZLUCA 7.10 RAID 0 Fazlalı ve eşli biti yo. Hatalar düzeltilemez. Tam bir RAID sistemi değildir. paralel erişilebilen fizisel dislere dağıtılır, performans artımı sağlanır. RAID 0, 4 veri disi (N = 4) Mantısal 0 strip Dizi Denetim Programı stripe Strip (şerit): Belli mitarda veri. Bir setörden bir aç MB a adar değişebilir. Stripe (bant): Farlı dislerdei mantısal olara birbirini izleyen şeritlerin oluşturduğu yapı Feza BUZLUCA 7.11 Verim artışı: Şerit (strip) boylarının performansa etisi: a) Eğer mantısal olara peş peşe gelen büyü blolara erişiliyorsa paralel Atarım hızı önemlidir: Dosya opyalama, video oynatma. Bu durumda üçü şeritler performansı arttırır. Mantısal olara birbirini izleyen verilerin mümün olduğu adar farlı fizisel dislere dağılır ve paralel erişim sağlanır. b) Eğer sı G/Ç isteleri varsa ve üçü blolara erişiliyorsa (örneğin rasgele, ısa ve sı veri tabanı sorguları) Büyü şeritler tercih edilir. Te bir G/Ç isteği bir dise den düşer, böylece ço sayıda farlı iste farlı dislerde aynı anda yerine getirilebilir. RAID 0 (devamı) Bir G/Ç isteği birbirini mantısal olara izleyen ço sayıda şerit içeriyorsa N adet şerit aynı anda paralel olara işlenebilir (N : paralel veri dislerinin sayısı). Böylece veri atarım süresi büyü oranda azalmış olur. Eğer aynı anda oluşan ii farlı G/Ç isteği farlı veri bloları ile ilgiliyse büyü olasılıla bu veriler farlı fizisel dislerde olacalardır. Böylece, bu ii iste paralel olara aynı anda yerine getirilir ve G/Ç uyruğunda beleme süresi azaltılmış olur Feza BUZLUCA 7.12

3 3 RAID 1 aynalanır (mirroring). Her veri ii ayrı dise yazılır. RAID 1, 4 adet veri disi (N = 4) Veri dislerinin sayısı: N Toplam dis sayısı : 2 N 3 Ayna 0 4 Ouma isteği ii dise de aynı anda gönderilir. Daha hızlı olandan veri alınır. Yazaren veri ii dise de paralel yazılır. Bu durumda daha yavaş olan dis belenir. Bir dis bozulduğunda veri diğerinden alınır. olara hangi disin bozulduğu bellidir. Fazla dis ullanıldığı için RAID 1 'in maliyeti yüsetir Feza BUZLUCA 7.13 RAID 2 Hata sezme/düzeltme için eşli bitleri elenir. Hata sezme için Hamming odu ullanılır. Hamming odlaması (Bölüm 7.3.1'de açılanmıştır) bellelerde ve iletişimde hata sezme/düzeltme için ullanılır. RAID 2 de disler senron çalışır, tüm dislerdei afalar aynı yere onumlanır. Küçü strip ler (1 sözcü) ullanılır. Süreli ve büyü blo erişimlerinde avantajlı. Aşağıdai şeilde 4 bitli veriye hata sezme için 3 bitli eşli elenmiştir. lerin fizisel olara bozulduğunu anlama mümün olduğu için dislerde Hamming odlaması geresiz yere armaşılığı arttırmata ve maliyeti yüseltmetedir. b 0 b 1 b 2 b 3 f 0 (b) f 1 (b) f 2 (b) Eşli bitleri Feza BUZLUCA 7.14 RAID 3 RAID 2 de olduğu gibi disler senron çalışır, tüm dislerdei afalar aynı yere onumlanır. Küçü strip ler ullanılır. Süreli ve büyü blo erişimlerinde avantajlı. RAID 3, veri dislerinin sayısı ne olursa olsun hata düzeltme için sadece bir e dise gere duyar. Veri dislerinin sayısı: N Toplam dis sayısı: N+1 Hata düzeltici bir odlama yerine daha basit bir odlama ullanılır ve tüm dislerde aynı onumda olan bitler için te bir eşli biti (parity) elenir. RAID 3, 4 Veri + 1 Eşli i (N = 4) X0 X1 X2 X3 b 0 b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 X4 P(b 0-3 ) P(b 4-7 ) RAID 3 (devamı) Eşli (parity) biti, veri bitleri ya da lanara (XOR " " fonsiyonu ile) belirlenir. X0-X3 veri sözcüleri, X4 ise eşli sözcüğü olma üzere i. eşli biti aşağıdai gibi hesaplanır: X4(i) = X0(i) X1(i) X2(i) X3(i) ; Böylece 1 lerin toplam sayısı çift olur. Normalde bu eşli yöntemi sadece te sayıdai hataları sezebilir ama düzeltemez. Anca fizisel olara hangi disin bozulduğu belli ise eşli bilgilerinden yararlanılara o distei bilgiler yeniden oluşturulabilir. Örneğin; 1 numaralı dis bozulursa: Yuarıdai denlemin her ii tarafına X4(i) X1(i) elenirse aşağıdai ifade elde edilir. X1(i) = X0(i) X2(i) X3(i) X4(i) Böylece X1 disindei tüm şeritlerin içeriği sağlam dislerin aynı sıradai şeritlerinden terar elde edilebilir. Bu yöntem RAID3-RAID6 arasındai tüm düzeylerde ullanılmatadır. Veri Eşli (parity) Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.16 RAID 3 (devamı) Performans: Hatırlatma: disler senron çalışır, tüm dislerdei afalar aynı yere onumlanır. Ouma: Aynı satırda (stripe) (aynı iz/setör) olan sözcüler aynı anda ounabilir. Örneğin, yansı 7.15'tei şeildei sözcüler b 0, b 1, b 2, b 3 paralel olara ounabilir. Farlı satırlarda (stripe) yer alan sözcüler sadece sırasal olara ounabilirler. Örneğin b 0, b 5 sözcülerini ouma için peş peşe ii ouma işlemi gerelidir. Eğer dislerin bir sözcü ouma veya yazma için erişim süreleri ta ise, (b 0, b 1, b 2, b 3 )'dan oluşan 4 sözcü ouma süresi: ta. (b 0, b 5 )'dan oluşan 2 sözcü ouma süresi: 2 ta. Yazma: Te bir sözcü bile yazılsa tüm dislere erişme gereir, çünü eşli bilgisini hesaplama için yazma yapılan sözcü ile aynı sıradai diğer verileri ouma gerelidir. Bu durum RAID 3'te e bir soruna neden olmaz, çünü disler senron çalıştığından zaten (farlı satırlara) bağımsız erişim mümün değildir. Örneğin b 0, sözcüğünü değiştiriren b 1, b 2, b 3 sözcülerinin ounması gereir. Bu sözcüler aynı yerde (iz/setör) olduğundan yazma ve ouma işlemleri aynı anda yapılır. Eşli bilgisi hesaplandıtan sonra eşli disine yazılır. N adet sözcü farlı dislerde aynı yerlere (aynı iz/setör), paralel olara yazılabilir. Örneğin b 0, b 1, b 2, b 3 sözcülerinin aynı anda değiştirilmesi mümündür. Eşli önceden hesaplanıp verilerle birlite aynı anda yazılabilir. ler senron çalıştığından eşli disinde onumlandırma ve dönüş gecimesi oluşmaz. Özet: RAID 3 Performans (devamı) Senron disler ve üçü şeritler büyü mitardai atarımlar için uygundur (Dosya sunucuları "file server"). Sı, bağımsız erişimlerde performans düşer Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.18

4 4 RAID 4 ler bağımsız çalışır (senron değil). Farlı şeritlere den düşen G/Ç işlemleri paralel olara yapılabilir. Büyü strip ler (blo) ullanılır. Sı ve bağımsız ouma erişimlerinde avantajlı. Büyü ve süreli veri atarımları için uygun değil. Hata sezme/düzeltme için te eşli (parity) biti elenir. Toplam dis sayısı : N+1 Ouma işlemlerinde eşli disini oumaya gere yotur. Anca her yazma işleminde eşli disine de yazma gereir. ler senron olmadan bağımsız çalışsa da dislerin farlı yerlerine aynı anda yazma mümün olmaz çünü eşli disi tetir, beleme gereir. Yeni bir yazma işleminin yapılabilmesi için öncei yazmanın bitmesi belenir. Eşli disi performans açısından bir darboğaz oluşturur. X0 X1 X2 X3 blo 0 blo 1 blo 2 blo 3 blo 4 blo 5 blo 6 blo 7 blo 8 blo 9 blo 10 blo 11 blo 12 blo 13 blo 14 blo 15 X4 Eşli Yazma cezası (write panalty): RAID 4 (devamı) Her yazma işleminde ilgili veri bitleri ile birlite eşli bitini de güncelleme gereir. Örneğin X0-X3 veri disleri, X4 ise eşli disi olsa ve sadece X1'in bir şeridine yazılsa i. eşli biti (X4 (i)) aşağıdai gibi hesaplanır: X4 (i) = X0(i) X1 (i) X2(i) X3(i) X1 (i), X4 (i), : Değişen veriler Bu durumda 3 disten ouma (X0, X2, X3), 2 dise yazma (X4, X1) gereir. İşlemi olaylaştırma için sağ tarafa X1(i) X1(i) elenir. (Hatırlatma bir değerin endisiyle XOR işlemine girdiğinde sonuç loji 0 olur.) X4 (i) = X4(i) X1 (i) X1(i) elde edilir. Bu durumda eşli hesabı yapabilme için ii ouma ii yazma gerelidir. RAID yönetim yazılımı, yeni eşli değerini (X4 ) hesaplama için önce esi veri şeridini (X1) ve esi eşli şeridini (X4) our. Daha sonra güncel veri (X1 ) ve hesaplanan eşli değeri (X4 ) yazılır Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA 7.20 RAID 5 RAID 4 e benzer. ler bağımsız çalışır (senron değil). Büyü strip ler (blo) ullanılır. Sı ve bağımsız ouma erişimlerinde avantajlı. Hata sezme/düzeltme için eşli te eşli biti elenir. Toplam dis sayısı : N+1 RAID 4 ten farlı olara eşli bilgileri dislere dağıtılır. Böylece her yazma işleminde aynı eşli disinin belenmesi önlenmiş olur. RAID 6 İi eşli bilgisi ullanılır ve bunlar dislerin farlı bölgelerine dağıtılır. İi eşli bilgisi hata düzeltme mitarını arttırır; ii dis bozulduğunda da veriler yeniden üretilebilir. Veri dislerinin sayısı: N ise toplam dis sayısı : N+2 blo 0 blo 4 blo 8 blo 12 P(16-19) blo 1 blo 5 blo 9 blo 16 blo 2 blo 6 blo 13 blo 17 blo 3 blo 10 blo 14 blo 18 blo 7 blo 11 blo 15 blo 19 blo 0 blo 4 blo 8 blo 12 P(16-19) blo 1 blo 5 blo 9 Q(16-19) blo 2 blo 6 Q(12-15) blo 16 blo 3 Q(8-11) blo 13 blo 17 Q(4-7) blo 10 blo 14 blo 18 Q(0-3) blo 7 blo 11 blo 15 blo Feza BUZLUCA Feza BUZLUCA Bellelerde Hata Sezme/Düzeltme Hata (Hard error): Kalıcı fizisel (malzemede) bozulu Soft error: Kalıcı olmayaca şeilde sadece belle içeriğinin istem dışı değişmesi ECC: Error correcting codes Bozulmuş Yazma olabilir. Ouma MİB D odlama m P Belle D m D m P odlama düzeltme Düzeltilemeyen hata var P Hata var/yo arşılaştırma D: Veri, m bit D : Ounan (alınan) veri (bozulmuş olabilir.) P: Eşli, bit P : Ounan (alınan) eşli (bozulmuş olabilir.) P : Ounan veriden hesaplanan eşli Feza BUZLUCA Bir bitli hata düzelten Hamming Kodları (Single Error Correction SEC) Veri bitlerine, bir bitli hatanın yerini bulmayı sağlayaca şeilde eşli bitleri elenir. Eşli bitlerini farlı şeillerde hesaplama mümündür. 4:7 Hamming odu. ( Richard Wesley Hamming ( ), ABD ) 4 bitli veriye 3 bit eşli elenir toplam 7 bit od sözcüğü iletilmiş (yazılmış) olur. p d 2 0 p 1 d 0 d 1 p 2 d 3 3 Alıcı tarafta eşliler yeniden hesaplanır: p 0 = d 0 d 1 d 2 p 1 = d 1 d 2 d 3 p 2 = d 0 d 1 d 3 d i : veri biti p i : eşli biti Lisans: p 0 = d 0 d 1 d 2 p 1 = d 1 d 2 d 3 p 2 = d 0 d 1 d 3 1 İletilen od sözcüğü: d 0 d 1 d 2 d 3 p 0 p 1 p 2 4 bit veri + 3 bit eşli 2 Alınan (ounan) sözcü: d 0 d 1 d 2 d 3 p 0 p 1 p Alınan eşliler ile hesaplanan eşliler arşılaştırılır (XOR): s 0 = p 0 p 0 s 1 = p 1 p 1 s 2 = p 2 p 2 Sendrom sözcüğü bozulmuş olabilir Sendrom bitlerinin (s i ) hepsi sıfırsa hata yo demetir. Sendrom sıfırdan farlı ise hatalı bitin yeri belirlenir ve tümlenere düzeltilir Feza BUZLUCA 7.24

5 5 Sendrom etileşim tablosu: (Syndrome impact table): Hangi sendrom bitinin hangi od sözcüğü bitinden etilendiğini gösterir. s 0 s 1 s 2 d 0 d 1 d 2 d 3 p 0 p 1 p 2 Eşli bitlerinin sayısının belirlenmesi: Veri bitleri sayısı: m Eşli bitleri sayısı: Sendrom Tablosu: s 0 s 1 s 2 Anlamı Hata yo p 2 (bozulmuş) p d p d d d 1 Eğer adet eşli biti ullanılıyorsa sendrom sözcüğünün uzunluğu da bit olur ve aralığında değerler alabilir. Sıfır değeri hata olmadığını gösterir. Kalan 2 1 değer hangi bitte hata olduğunu gösterir. Hata, m adet veri bitinde olabileceği gibi adet eşli bitinde de olabilir. Buna göre: m olmalıdır Feza BUZLUCA Bir bitli hata düzeltme,ii bitli hataları sezme: (Single error correction double error detection SEC-DED) Öncei ölümde anlatılan odlama te bitli hataları düzelteme yeteneğine sahiptir (single-error correcting code "SEC"). Bu odlamaya ii bitli hataları sezme yeteneği azandırma için her od sözcüğünün sonuna bir eşli biti daha elenir. Bu eşli biti, od sözcüğündei 1 lerin sayısını te ya da çift yapaca şeilde seçilir. İletilen od sözcüğü: d 0 d 1 d 2 d 3 p 0 p 1 p 2 q bit d: Veri, p: Hata düzeltme eşi bitleri, q: Te/çift eşli Eğer alıcı taraftai sendrom sıfırdan farlı (hata var) ise ve e eşli biti hata yo sonucu veriyorsa çift sayıda hata olmuş demetir. Bu yöntem ii bitli hataları düzeltemez anca en azından hatalı veri ullanılmadan silinebilir. En yaygın ullanılan SEC-DED odlaması bitli odlamadır. Bu odlamada %12.5 fazlalı vardır Feza BUZLUCA 7.26