Physische Datenorganisation

Transkript

1 Physische atenorganisation Speicherhierarchie Hintergrundspeicher / RI ( -äume Hashing R-äume ) Überblick: Speicherhierarchie Register ache 1 8 yte ompiler yte ache-ontroller Plattenspeicher rchivspeicher 4 64 K etriebssystem enutzer Kapitel Überblick: Speicherhierarchie Überblick: Speicherhierarchie 1-10ns Register ns ache ns 10 ms Plattenspeicher Zugriffslücke 10 5 Literaturrecherche Kopf (30 sec) Internet (5 min) Uni-ibl. (50 min) Fernleihe (1 Jahr) 1-10ns Register ns ache ns 10 ms Plattenspeicher Zugriffslücke 10 5 sec rchivspeicher rchäologie (1000 Jahre) sec rchivspeicher 3 4

2 Magnetplattenspeicher 5 6 Lesen von aten von der Platte Seek Time: rm positionieren 5ms Latenzzeit: ½ Plattenumdrehung (im urchschnitt) Umdrehungen / Minute a 3ms Transfer von der Platte zum 100 Mb /s 15 M/s Random versus hained I/O 1000 löcke à 4K sind zu lesen Random I/O Jedesmal rm positionieren Jedesmal Latenzzeit 1000 * (5 ms + 3 ms) + Transferzeit von 4 M > 8000 ms + 300ms 8.3 s hained I/O Einmal positionieren, dann von der Platte kratzen 5 ms + 3ms + Transferzeit von 4 M 8ms ms 0.38 s lso ist chained I/O ein bis zwei Größenordnungen schneller als random I/O. Ist bei atenbank-lgorithmen unbedingt zu beachten! 7 8

3 isk rrays RI-Systeme 9 10 RI 0: Striping atei RI 1: Spiegelung (mirroring) Lastbalancierung, wenn alle löcke mit gleicher Häufigkeit gelesen/geschrieben werden oppelte andbreite beim sequentiellen Lesen der atei bestehend aus den löcken... ber: atenverlust wird immer wahrscheinlicher, je mehr Platten man verwendet (Stripingbreite = nzahl der Platten, hier 2) 11 atensicherheit: durch Redundanz aller aten (Engl. mirror) oppelter Speicherbedarf Lastbalancierung beim Lesen: z.. kann lock von der linken oder der rechten Platte gelesen werden ber beim Schreiben müssen beide Kopien geschrieben werden Kann aber parallel geschehen auert also nicht doppelt so lange wie das Schreiben nur eines locks 12

4 RI 0+1: Striping und Spiegelung RI 2: Striping auf it-ebene nstatt ganzer löcke, wie bei RI 0 und RI 0+1, wird das Striping auf it- (oder yte-) Ebene durchgeführt atei Kombiniert RI 0 und RI 1 Immer noch doppelter Speicherbedarf Zusätzlich zu RI 1 erzielt man hierbei auch eine höhere andbreite beim Lesen der gesamten atei... Wird manchmal auch als RI 10 bezeichnet Es werden zusätzlich auf einer Platte noch Fehlererkennungsund Korrekturcodes gespeichert In der Praxis nicht eingesetzt, da Platten sowieso schon Fehlererkennungscodes verwalten RI 3: Striping auf it-ebene, zusätzliche Platte für Paritätsinfo RI 3: Plattenausfall atei atei Parität Parität as Striping wird auf it- (oder yte-) Ebene durchgeführt. Es wird auf einer Platte noch die Parität der anderen Platten gespeichert. Parität = bitweise xor ( ) adurch ist der usfall einer Platte zu kompensieren. as Lesen eines locks erfordert den Zugriff auf alle Platten: Verschwendung von Schreib/Leseköpfen Reparatur lle marschieren synchron 15 16

5 RI 4: Striping von löcken E F G H P - P E-H RI 4: Striping von löcken atei Paritäts block essere Lastbalancierung als bei RI 3 Flaschenhals bildet die Paritätsplatte ei jedem Schreiben muss darauf zugegriffen werden ei Modifikation von lock zu wird die Parität P - wie folgt neu berechnet: P - := P -.h. bei einer Änderung von lock muss der alte Zustand von und der alte Paritätsblock gelesen werden und der neue Paritätsblock und der neue lock geschrieben werden 17 Flaschenhals bildet die Paritätsplatte ei jedem Schreiben muss darauf zugegriffen werden ei Modifikation von lock zu wird die Parität P - wie folgt neu berechnet: P - := P -.h. bei einer Änderung von lock muss der alte Zustand von und der alte Paritätsblock gelesen werden und der neue Paritätsblock und der neue lock geschrieben werden 18 RI 5: Striping von löcken, Verteilung der Paritätsblöcke Lastbalancierung bei der lockabbildung auf die Platten I E M J F P M-P P I-L G N K P E-H O P - L H P essere Lastbalancierung als bei RI 4 die Paritätsplatte bildet jetzt keinen Flaschenhals mehr Wird in der Praxis häufig eingesetzt Guter usgleich zwischen Platzbedarf und Leistungsfähigkeit 19 20

6 Parallelität bei Lese/Schreib- ufträgen Ein- und uslagern von Seiten Systempuffer ist in Seitenrahmen gleicher Größe aufgeteilt Ein Rahmen kann eine Seite aufnehmen Überzählige Seiten werden auf die Platte ausgelagert 0 4K 8K 12K 16K 32K 20K 36K 24K 40K 28K 44K Platte(swap device) P123 P480 48K 52K 56K 60K 21 Seitenrahmen Seite 22 Systempuffer-Verwaltung einlagern verdrängen Naiver nsatz: jedes Tupel hat gleiche Länge l i. Tupel hat Position (i -1) x l dressierung von Tupeln auf dem Hintergrundspeicher Platte ~ persistente Verdrängungsstrategien: Least-Recently-Used (LRU) First-in-first out (FIFO) Second hance Zähler (simulierte Uhr) (Ziel: nnäherung der elady- Strategie: Seite, die am längsten nicht mehr benötigt wird, verdrängen) Komplexe nforderungen verlangen flexiblere dressierung: variable Feldlängen Logdateien mehrfacher ezug auf Werte Lösung: nur die Seiten werden nach obigem Schema addressiert. innerhalb einer Seite werden Zeiger verwendet

7 dressierung von Tupeln auf dem Hintergrundspeicher Verschiebung innerhalb einer Seite Verschiebung von einer Seite auf eine andere Verschiebung von einer Seite auf eine andere Forward 27 ei der nächsten Verschiebung wird der Forward auf Seite 4711 geändert (kein weiterer Forward auf Seite 4812) Jedes Tupel kann also in max. zwei Seitenzugriffen erreicht werden. 28