آموزش ذخیره و بازیابی اطلاعات - درس چهارم
Transcript of آموزش ذخیره و بازیابی اطلاعات - درس چهارم
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس
« اطالعاتآموزش ذخیره و بازیابی »
.شده استتهیه
یدبرای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایfaradars.org/fvsft106
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
:مدرس
فرشید شیرافکن
دانشگاه تهران دکتری دانشجوی (بیو انفورماتیک: دکتری( )کامپیوتر نرم افزار: کارشناسی و کارشناسی ارشد )
ذخیره و بازیابی اطالعات(دیسکو نوار )انتقال واقعی نرخ -واقعی ظرفيت : درس چهارم
2
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
3
ظرفیت واقعی نوار
:ظرفيت واقعی با داشتن ظرفيت اسمی نوار به صورت زیر بدست می آید
NES
GB
BS .
NS:ظرفيت اسمی نوار که برابرDLمی باشد .
.چگالی نوار می باشدDطول نوار و Lکه
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
4
هر گپ در این نوار چند اینچ است؟ طول . اسمی آن استظرفيت 0.8در یک نوار مغناطيسی، ظرفيت واقعی
بایت 1200 =طول هر بالک
بایت در اینچ 300=چگالی
NES
GB
BS .
inchG
byteG
G
GB
B
1300
300
300
10
8
1200
1200
10
8
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
5
بایتی را در آن ذخيره کرده ایم، کدام است؟ 80رکورد 10000استفاده واقعی از نوار وقتی که فایلی با درصد
piD
inchIBG
Bf
b1600
0.5
70
56008070 RBBf
5871008005600
5600.%
مثال
100GB
Bفرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
6
؟ نوار کددام اسدتشده در ، ظرفيت اسمی و تعداد بالکهای ذخيره bpi 1600فوت و چگالی2400در یک نوار به طول
( B=2000 byte , R=200 byte , IBG=0.6 inch)(اینچ است12هر فوت برابر )
byteDLSN
41046081600122400.
: بالکهای ذخيره شده در نوار تعداد
15567
6.01600
2000
122400
GB
Lb
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
7
:عوامل زیر تعيين می شودبهاندازه بالک با توجه
ذخيره سازینوع دستگاه -1
نوع سيستم عامل -2
درایور امكانات -3
اندازه بالک
. ها زیاد شده و در نتيجه حافظه هرز روی نوار زیاد خواهد شد IBGاگر طول بالک خيلی کوچک باشد، تعداد
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
8
:(Block mode)بالکی روش -1
بعد از خوانده شدن یک بالک می ایستد نوار
(Stream mode) :جریانی روش -2
. بالک می ایستدNبعد از خوانده شدن نوار
روش های خواندن نوار
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
9
انتقال واقعی نوارنرخ
:بالکی اسلوب
1000
'
t
G
t
B
Bt
:جریانیدر اسلوب
1000
'
t
NG
t
NB
NBt
زمان خواندن یک بالک برابرt
B
واقعا سپری شده برابر زمان 1000
t
G
t
B
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
10
ظرفیت واقعی دیسک
نرخ انتقال واقعی دیسک
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
11
.استمؤثردیسکواقعیظرفيتارزیابیدرشياربندیفرمتنحوه
.باشدمیCطولبهپيشوندیبخشیکدارای،Bطولبابالکهر
:باتاسبرابردیسکیکدرشيارفضایازواقعیاستفادهصددربناميم،راشياراسمیظرفيتاگر NTC
100c
cNT
f
ET
TB.
BCT
cNT
f
ظرفیت واقعی دیسک
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
12
بایت19000شيارطولبادیسكیرویرا12بندیبالکفاکتوربابایتی1200بالکهایبافایلیمی خواهيم
کدامشيارفضایازواقعیاستفادهدرصدباشد،بایت170بالکهرکنترلیبخشاینكهفرضبا.کنيمذخيره
است؟
BCT cNT
f 131200170
19000
100.
c
cNT
f
ET
TB82%100
19000
131200
مثال
.ميزان واقعی استفاده از شيار به نحوه بالک بندی و فرمت کردن شيار بستگی دارد
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
13
استفاده واقعی از حافظه میزان دیسکهای سکتوربندی شدهدر
100
S
f
LN
BRE
sL
BN
رار گيرد تا در دیسک با سكتوربندی سخت افزاری، باید تعداد درستی از رکوردها در تعداد درستی از سكتورها ق. حافظه هرز انتهای شيار زیاد نشود
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
14
، ميزان اسدتفاده فرضبا . بایت مفروض است256بایت و طول سكتور 160 فایلی با طول رکوردهای واقعی از دیسک چند درصد است؟
4f
B
1رکورد 2رکورد 3رکورد 4رکورد
1سكتور 2سكتور 3سكتور
831002563
4160100 %
S
f
LN
BR
:بایت در انتهای سكتور سوم است128از ميزان استفاده واقعی به علت خالی ماندن % 17کاهش
)1286402563(
مثال
سكتور 3، نياز به (بایتی160رکورد 4شامل )بایتی 640شكل زیر نشان می دهد که برای ذخيره یک بالک فرادرس:بایتی می باشد256
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
15
نرخ انتقال واقعی دیسک
.ی می کنيمبررسترتيبی و دسترسی مستقيم نرخ انتقال واقعی دیسک را در دو حالت دسترسی
tt
Dbrs
Bt
)(
ttbrs :زمان خواندن مستقيم یک بالک
فرادرسدر حالت دستیابی مستقیم به بالک-الف
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
16
، بالکها به ترتيبی که ذخيره شده اند، خوانده مدی (BOFمثال )دستيابی ترتيبی با شروع از نقطه ای از فایل در . شوند
ذارندد و ، نوع بافرینگ و زمان پردازش بالک در ندرخ انتقدال تداثير گ(پردازش تعدادی بالک)پردازش انبوه در : چهار حالت زیر را ممكن می سازند
دستیابی ترتیبی به بالکها در پردازش انبوهحالت
خوانیبافرینگ ساده و مرتب -1
خوانیبافرینگ ساده و درهم -2
بافرینگ مضاعف و شرط کارایی-3
بافرینگ مضاعف و عدم شرط کارایی-4
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
17
ttbr2
Bt
ان دیسک یک بالک را در بافر می خواند و با شروع پردازش محتوای بافر، آغاز بالک بعدی در اثر دورسيستم
. باید یک دور دیسک منتظر بماندI/Oنوشتن رد می شود و برای خواندن آن، پردازنده /از زیر نوک خواندن
ساده و مرتب خوانیبافرینگ
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
18
ساده و درهم خوانیبافرینگ
. این حالت، محدودیت خواندن بالکها به ترتيب نشست آنها روی شيار را در نظر نمی گيریمدر
. می خواهيم ميانگين مقادیر یک فيلد از تعدادی رکورد را بدست آوریممثال
: باشد، بالکهای شيار در دو دور خوانده می شوند و داریماگر ttB bC
r
T.Bt f
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
19
:این حالت، تمام بالکهای شيار در یک دور دیسک خوانده می شوند و داریمدر
r
TBt
f
2
.'
مضاعف و شرط کاراییبافرینگ
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
20
. این حالت، سيستم ابتدا دو بالک را در دو بافر خوانده و پردازش می کنددر است تدا دو که آغاز بالک سوم به زیر نوک برسد، بافر اول هنوز مشغول است و به یک دور دیسک انتظار نيازوقتی
: بالک بعدی خوانده شوند و داریم
tttt br
B
br
Bt
22
2'
.ودداده می شنمایش و در حالت بافرینگ مضاعف با نماد نماد نرخ انتقال واقعی در حالت بافرینگ ساده با '
)1(t'
)2(t
مضاعف و عدم شرط کاراییبافرینگ
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
21
نرخ انتقال واقعی دیسكی با مشخصات زیر، چند بایت بر ثانيه است؟
(بایتIBG=50( )بایت650=طول بالک( )ثانيه2=زمان خواندن مستقيم یک بالک)
)(3002
50650)(
s
byte
brs
WBt
tt
BD
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
22
نرخ انتقالحداکثر
r
TracksizetMax
2)(
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
23
ميلی ثانيده، مقددار حدداکثر ندرخ 16.7بایت و زمان چرخش یک دور کامل 19254در دیسكی با اندازه شيار
ثانيه می باشد؟بایت بر انتقال چند مگا
7.16
19254)( ' tMax
مثال
)(1.1)(0167.0
)(19254
s
Mbyte
s
byte
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
24
پردازش رکوردی-1.دمی شوهر بار که یک بالک خوانده می شود، فقط یک رکورد آن بالک پردازش
پردازش بالکی-2. هر بار که یک بالک خوانده می شود، همه رکوردهای آن پردازش می شود
فایل پردازش
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
25
فایل زمان پردازش
Rttcnbrsn .)(
: بالکی پردازش Btt
Cbbrsb .)(
: رکوردی پردازش
)(بالک bتصادفیزمان خواندن bttrsb
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
26
. ميلی ثانيه است25بالک، زمان خواندن کل فایل به صورت تصادفی و به فرم بالکی برابر 18در یک فایل با
بود؟پردازش کل فایل به صورت بالکی چند ميلی ثانيه خواهدميلی ثانيه باشد، زمان3.5زمان پردازش هر بالک اگر
BttCbbrsb .).(
مثال
885.31825
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
27
ارزیابی دقیقتر زمان درنگ دوران
rpm
100060
2
1r
)1
2(f
Trr
.استrبا رسيدن به ابتدای شيار، به بالک مورد نظر رسيده ایم و تاخير برابر با ، Tf=1یعنی باشيماگر در هر شيار فقط یک بالک داشته
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
28
(interleaving)بالکهاتداخل-1
track)شيارهاآغازنقطهتغييرمكان-2 staggering)
خوانیپراکنده-3
زمان درنگ دورانکاهشهای تکنیک
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
29
. در ميان روی شيار چيده می شوندnبه صورت ها بالک، (درهم چينی بالکها)بالک ها تكنيک تداخل در
(interleaving)ها بالکتداخل
.يمکه نتوان دو بافر به فایل تخصيص داد و یک بافر داشته باشوقتی -1: کاربرد
. را بخواهيم مرتب بخوانيمها بالکو باشد کهوقتی -2 ttBbc
1
'
'
n
tt
nginterleavi
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
30
(Track Staggering)نقطه آغاز شیارها مکان تغییر
.استصفحهشعاعیکشيارها،آغازنقطههندسیمكانمعمولیحالتدر
.سازدمیزاویه،قبلیشياربهنسبتشيارهرآغازنقطهروش،ایندراما
باشدrازرکمتخيلیبعدیهمجواراستوانهبهرفتنزمانکهداردکاراییوقتیواستافزاریسختتكنيکاین فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
31
محاسبه زاویه تتا
).rpm.Max(S100060
360θ
1
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
32
2دور در دقيقه و حداکثر زمان الزم برای رفتن به استوانه همجوار بعددی 3600با فرض اینكه سرعت چرخش دیسكی
چند درجه باید باشد، تا زمان انتظار دوران کاهش یابد؟track staggeringدر تكنيک ميلی ثانيه باشد، مقدار
)Max(Srpm100060
360θ
1
مثال
43.2236001000
6
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
33
برای محاسبه حاصدل (Sequential)مواقعی که پردازش می تواند فاقد نظم باشد، مانند خواندن کل فایل بطور پی در پی در
. جود باشدباید به تعداد کافی بافر موالبته . را پراکنده خواندها بالکجمع مقادیر یكی از صفت خاصه همه رکوردها، می توان
:برای رسيدن به ابتدای یک بالک نصف زمان انتقال بالک استrحالت دراین
پراکنده خوانی
t
GB
2
1r
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
34
کاهش زمان استوانه جویی های تکنیک
با بازوی ثابتدیسک استفاده از -1
اعمال مالحظاتی خاص در جایدهی رکوردها-2
بازواستفاده از الگوریتمهای کنترل حرکت -3
توزیع فایل روی چند دیسک -4
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
35
ی نددارد و نوشتن به بازو متصل است و بازو حرکت/این دیسكها، به ازاء هر شيار از رویه ، یک نوک خواندندر
. استصفر Sبدین ترتيب زمان
.تكنيک سخت افزاری است و هزینه آن باال استاین
با بازوی ثابتاستفاده از دیسک
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
36
اعمال مالحظاتی خاص در جایدهی رکوردها
رسدی قرار دادن رکوردها با تعداد دسترسی زیاد در استوانه های ميانی دیسک و رکوردها بدا تعدداد دست
.کم در استوانه های بيرونی تر، موجب کاهش متوسط زمان استوانه جویی می شود فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
37
: های کنترل حرکت بازو عبارتند از الگوریتم 1-FCFS
.در خواستها به ترتيب ورود، اجرا می شوند2-SSTF
.بازو به سمت رکوردی حرکت می کند که به کمترین زمان برای حرکت بازو نياز دارد3-SCAN
.دهدمیپاسخدرخواستهابهمسيردروکردهمروررارویهمرتباًدیسکبازوی.دارديازندستيابیبرایراجوییاستوانهزمانکوتاهترینکهمی کندحرکتجهتیبهبازوابتدادر
.می شودعوضحرکتجهتشد،دادهپاسخدرخواستهاهمهبهشدهانتخابجهتدراگر
کنترل حرکت بازوهای الگوریتماستفاده از
FCFS: First Come First Serviced
SSTF : Shortest Seek Time First
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
38
صورتدر.داردقرار10سيلندررویبرهدومی باشد14،20،9،5،12صورتبهسيلندردرخواستهایصف
کنيد؟مشخصراهدحرکتترتيببازو،حرکتکنترلیهاالگوریتمازیکهرازاستفاده
FCFS : 10 , 12 , 5 , 9 , 20 , 14
SSTF : 10 , 9 , 12 , 14 , 20 , 5
SCAN : 10 , 9 , 5 , 12 , 14 , 20
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
39
I/Oنوکسخت،دیسکیکدر HEADترتيببهسيلندرهایخواندنبرایتقاضااگر.داردقرار20سيلندرروی
ميلی6مجاورسيلندردوبينI/OهدحرکتچنانچهوشودواردآنDriverبه38و10،22،20،2،40،6
seekکلسيلندرهای،خواندنبرایSSTFالگوریتمازاستفادهصورتدربكشد،طولثانيه timeچقدرنيازمورد
بود؟خواهد
403826102220
60 = 2 + 36 + 4 + 4 + 12 + 2:فاصله ها مجموعه
.ثانيهميلی 60× 6: کلزمان
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
40
. قرار داده می شودpackفایل بر روی استوانه های هم شماره از چند دیسک ،این تكنيک نرم افزاریدر
.صفر است، زمان استوانه جویی حرکت نمی کندR/Wچون نوک بنابراین
توزیع فایل روی چند دیسک
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
41
RAID
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
42
حدد جای استفاده از یک واحد دیسک با ظرفيت باال، از چندد وابه
. دیسک کوچكتر به صورت یک آرایه استفاده می شود
(امنيتبا هدف افزایش سرعت، کارایی و )
RAIDتکنیک
Redundant Array of Inexpensive Disks
ک دیسكها از نظر سيستم عامل به صورت یک واحد دیسدمجموعه
. منطقی دیده می شود
.مختلف توزیع می شوند های دیسکروی داده ها
.داده ها، به راحتی انجام شود(Recovery)با افزونگی ذخيره می شوند تا در صورت خرابی، ترميم داده ها
.افزایش می یابدI/Oسيستم فایل در عمليات کاراییو دستيابی به داده ها ميسر می شود همزمانیامكان
.استآرایهعضویکدیسک هاهارداینازکدامهر
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
43
راییکادارایکهکامپيوترهاییوسرورهادرمعموالتكنولوژیاین.می گيردقراراستفادهموردهستند،باال
دیسکهاردچندیایکرویبرموازیصورتبهمی تواننداطالعاتود،شمواجهمشكلبادیسک هاازیكیاگربنابراینشوند؛ذخيره
.بودخواهددسترسدراطالعات
RAIDمانندسطوحیدارای RAIDتا0 .است6
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
44
ذخيره سازی روی چند دیسک بدون کنترل خطا
.ودتبدیل می شوند و هر بلوک در هارد دیسک مجزا ذخيره می شبلوکهایی داده ها به
. دکار افتادن یک درایو باعث از دست رفتن کليه اطالعات خواهد شاز
RAID0
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
45
بدون بيت توازن اختصاصیآینه ای مجموعه
RAID1
فرادرسداده ها هنگام بروز مشكل برای یک دیسک 100%برگرداندن قابليت
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
46
RAID2
خطاتصحيحکدهایازاستفادههایکدیسرویبرمتناظرهایبيتدرکداینهایبيتوشدهمحاسبهدادهدیسکهردرمتناظرهایبيترویبرکدها.شودمیذخيرهچندگانهتوازن
.استبيتیدوخطاهاییتشخيصوبيتییکخطاهایاصالحبهقادرکهشودمیاستفادههمينگکداز فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
47
RAID3 – RAID4
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
48
RAID5
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
49
مثال
فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
50
پایان فصل چهارم فرادرس
FaraDars.org
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس
« اطالعاتآموزش ذخیره و بازیابی »
.شده استتهیه
یدبرای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایfaradars.org/fvsft106
بازیابی و آموزش ذخیره
اطالعات
faradars.org/fvsft106
فرادرس
FaraDars.org