Dispositivos de Armazenamento em massa

Jos Roberto B. Gimenez

2Estrutura da apresentao

O meio fsico de armazenamento

Interfaces de conexo ATA, SCSI, FC

RAID array

Sistemas de Armazenamento DAS, NAS, SAN

3O meio fsico

Os dispositivos de Memria variam dependendo da aplicao: ROM, RAM, Flash memory, SD Card, tapes, floppys, CD, DVD, SM, etc;

Caractersticas de alta capacidade, rapidez de leitura e escrita e baixo custo so fatores normalmente incompatveis;

O disco rgido ainda o elemento que melhor combina caractersticas interessantes para funcionar como memria secundria.

4Um pouco de histria...

O disco rgido j tem mais de 50 anos!

O primeiro disco rgido foi o IBM 305 RAMAC (RandomAccess Method of Accounting and Control). lanado em 1956.

Tinha uma capacidade de armazenamento de 5 MB.

Custava cerca de USD 50,000.

5Evoluo dos dispositivos de memria

30 MB

750 GB

Aprox. duplica a cada ano!

Capacidade dos discos rgidos

1990 2006

6Constituio de um disco rgido

Capacidade de um disco rgido

= n headsx n cilindrosx n setores.

7Caractersticas de acesso

Tempo mdio de acesso = Tempo para encontrar uma trilha especfica + rotao do disco.

8modelos de disco atuais

Formatos de 3,5 e 2,5

9Parmetros de um disco atualFujitsu AL-9 series MAT3300 MAV2073Formato 3,5 2,5Interface FC SASdimenses 25,4 mm 15 mmCapacidade 300 GB 73,5 GBVelocidade 10.025 rpm 10.025 rpmDimetro do disco 84 mm 65 mmN de platters 4 2N de Heads 8 4Densidade de bits 28.500 b/mm 26.500 b/mmDensidade de Tracks 4.100 T/mm 4.100 T/mmMean Seek Time 4,2 ms 4,0 msPotncia 9,5 W 4,5 WMTBF 1.200.000 1.400.000

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Algumas continhas...

Capacidade armazenada em uma trilha (externa)84 mm x x 28.500 b/mm= 940 KB

Taxa de transferncia para esta mesma trilha84 mm x x 1025/60 x 28.500 b/mm= 1,25 Gb/s

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Interfaces de conexo

IDE x SCSI

SATA Serial ATA 1,5 Gb/s

SAS Serial Attached SCSI 3 Gb/s

FC Fibre Chanel 2 Gb/s

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Conectores - SATA

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Conectores - SAS

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cabo serial e cabo paralelo

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Tendncia de evoluo para os HDs

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RAID Redundant Arrays of Inexpensive Disks

Tcnica que associa vrios discos;

Criada para otimizar o fator custo;

Atualmente usado para prover maior desempenho e confiabilidade;

O I atualmente pode ser entendido como independent, ao invs de inexpensive.

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Melhoria da confiabilidade por Redundncia

A chance de uma falha em um conjunto de N discos maior que a de um nico disco especfico falhar. Ex: um sistema com 100 discos, cada um com MTBF de 100.000 horas (aprox. 11 anos), tem um MTBF de 1000 horas (aprox. 41 dias).

Redundncia duplicar cada disco (cada operao de escrita feita em ambos os discos);

Redundncia - armazenar bits extras de informao (bits de paridade).

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Melhoria do Desempenho pelo Paralelismo

Balancear os acessos para aumentar o throughput;

Paralelizar acessos longos para reduzir o tempo de resposta

Aumentar a taxa de transferncia distribuindo os dados por vrios discos.

Bit-level striping separar os bits por N discos Leitura de dados a uma taxa N vezes a de um nico disco.

O seek/access time pior do que em um nico disco.

Block-level striping Com N discos, o bloco i de um arquivo vai para o disco (i mod N) + 1.

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RAID Levels

Esquemas para prover redundncia a baixo custo usando disk striping combinado com bits de paridade.

Diferentes RAID levels possuem diferentes custos, desempenhos e caractersticas de confiabilidade.

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RAID Level 0

Striping no nvel de blocos;

No redundante;

Usado em aplicaes de alto desempenho, onde a perda de dados no fator crtico;

Mnimo de 2 dois discos.

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RAID Level 1

Discos espelhados;

Oferece o melhor desempenho de escrita;

Popular para aplicaes como armazenamento de arquivos de logs;

Mnimo de 2 discos;

Usualmente 2 discos.

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RAID Level 2

Similar aos cdigos de correo de erros em Memoria, com bit striping.

Um disco exclusivo para bits de paridade;

Mnimo de 3 discos.

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Esquema de paridade - deteco

p1 = d1 + d2 + d3 + d4 + d5

d1 d2 d3 d4 d5 p1 0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 0

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Esquema de paridade - correo

p1 p2 d3 p4 d5 d6 d7 p8 d9 d10 d11 d12 d13 d14 d15

p1 = d3 + d5 + d7 + d9 + d11 + d13 + d15p2 = d3 + d6 + d7 + d10 + d11 + d14 + d15p4 = d5 + d6 + d7 + d12 + d13 + d14 + d15p8 = d9 + d10 + d11 + d12 + d13 + d14 + d15

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RAID Level 3

Bit-Interleaved Parity; um nico bit de paridade pode ser usado para a correo de erros, no apenas a deteo;

Na escrita, os bits de paridade devem ser computados e gravados;

Transferncia de dados mais rpida que um nico disco, mas menor I/Os por segundo;

Superior ao Level 2;

Mnimo de 3 discos

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RAID Level 4

Usa striping a nvel de bloco;

Mantm um disco exclusivo para os bits de paridade;

Taxas de I/O para leituras de blocos independentes mais altas que Level 3;

Altas taxas de transferncia para leituras de blocos mltiplos;

Blocos de paridade se tornam um gargalo para escrita de blocos independentes.

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RAID Level 5

Distribui dados e paridade por N + 1 discos, ao invs de armazenar dados em N e paridade em 1.

Ex. com 5 discos: bloco de paridade armazenado no disco (n mod 5) + 1, com os blocos de dados armazenados nos demais 4.

Maior taxa de I/O que o Level 4. (Escrita de bloco ocorre em paralelo se os blocos de dados e seus blocos de paridades estiverem em discos diferentes.

Superior ao Level 4

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RAID Level 6

Esquema de Redundncia P+Q;

Similar ao RAID Level 5;

Armazena redundncia extra como preveno para mltiplas falhas;

Maior confiabilidade que o Level 5;

No muito usado;

Mnimo de 4 discos.

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Sumrio dos vrios tipos de RAID

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Sistemas de Armazenamento

DAS Directed Attached Storage

NAS Network Attached Storage

SAN Storage Area Network

Dispositivos de Armazenamento em massaEstrutura da apresentaoO meio fsicoUm pouco de histria...Evoluo dos dispositivos de memriaConstituio de um disco rgidoCaractersticas de acessomodelos de disco atuaisParmetros de um disco atualAlgumas continhas...Interfaces de conexoConectores - SATAConectores - SAScabo serial e cabo paraleloTendncia de evoluo para os HDsRAID Redundant Arrays of Inexpensive DisksMelhoria da confiabilidade por RedundnciaMelhoria do Desempenho pelo ParalelismoRAID LevelsRAID Level 0RAID Level 1RAID Level 2Esquema de paridade - detecoRAID Level 3RAID Level 4RAID Level 5RAID Level 6Sumrio dos vrios tipos de RAIDSistemas de Armazenamento