IV - Gestión de disco

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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

Sistemas de archivos

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.

Operaciones sobre archivos Abrir Cerrar Crear Destruir Copiar Renombrar Listar

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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)

Encadenamiento de bloques

Encadenamiento de bloques de índice

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”.

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.

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.

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.