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Gestion de Fichiers Stockage Secondaire: Disques.

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1 Gestion de Fichiers Stockage Secondaire: Disques

2 2 Plan du cours daujourdhui Vue générale LOrganisation des disques Estimation de la capacité des disques Organisation des pistes par secteur Organisation des pistes par blocs Espace perdu à lorganisation Coût et amélioration de laccès au disque FZR, Chapitre 3.1

3 3 Vue générale Nous avons appris à manipuler les fichiers. Nous appredrons la nature et les limitations des périphériques de stockage. Etant donné un périphérique de stockage, ces connaissances vont nous aider à créer des structures de fichiers mieux adaptées à ces périphériques et qui minimiseront le coût daccès aux données.

4 4 Vue générale Périphériques à accès direct: - Disques magnétiques: * disques durs: haute capacité * disquettes: petite capacité … - Disques optiques: * CD-ROM … Périphériques à accès séquentiel: - Cassettes magnétiques

5 5 Vue générale sur les disques Il existe plusieurs types de disques: Disques durs: grande capacité + petit coût Disquettes: très bon marché, mais accès lent et petite capacité (sauf pour les Disques Zip) Disques Optiques (CD-ROM): seulement pour la lecture, capacité énorme, bon marché à reproduire, mais très lents

6 6 Organisation des disques Linformation sauvegardée sur un disque est sauvegardée sur la surface dun ou plusieurs plateau (disque). Linformation est sauvegardée sur des piste successives sur la surface de chaque plateau. Chaque piste est divisée en un nombre de secteurs qui sont les portions les plus petites du disque qui peuvent être referées. Linformation est accessible par le bras qui possède les têtes de lecture et décriture. Voir Figures 3.1 et 3.2 dans le livre.

7 7 Organisation des disques (suite) Lorsquune instruction de lecture cherche un octet particulier dans un fichier sauvegardé sur un disque, le système dexploitation de lordinateur trouve la valeur du plateau, de la piste et du secteur dans lesquels se trouve cet octet; il lit le secteur tout entier dans une portion spéciale de la mémoire principale appelée mémoire tampon; et il cherche loctet dans la mémoire tampon.

8 8 Organisation des disques (suite) Lunité de disque a typiquement un nombre de plateaux et de pistes logés directement les uns sous les autres. Lensemble des pistes logées les unes sous les autres sappelle un cylindre. Les informations contenues sur le même cylindre peuvent être accédées sans déplacer le bras de lecture et décriture. Déplacer ce bras sappelle rechercher (seeking) et correspond à la portion la plus lente du processus de lecture ou décriture sur disque.

9 9 Estimation de la capacité dun disque Capacité dune piste = nombre de secteurs par piste X octets par secteur Capacité dun cylindre = nombre de pistes par cylindres X capacité dune piste Capacité dune unité de disque = nombre de cylindres X capacité dun cylindre

10 10 Estimation de la capacité: exemple Voici un problème caractéristique: - On donne les caractéristiques dun fichier et dun disque - Question: De combien de cylindres a-t-on besoin pour stocker ce fichier sur ce disque? caractéristiques dun fichier: - enregistrements à longueur fixe - # denreg. = 50,000 ; taille dun enreg. = 256 octets caractéristiques du disque: - # doctets par secteur= 512; # de sect. par piste = 63 - # de pistes par cylindre = 16 ; # de cylindres = 4092

11 11 Estimation de la capacité: exemple (suite) Réponse: - 512/256 = 2 enregistrements par secteur - 2 X 63 = 126 enregistrements par piste - 16 X 126 = 2,016 enregistrements par cylindre - # de cylindres = 50,000/2,016 = 24.8 cylindres Note: un disque peut ne pas avoir autant de cylindres contigues disponibles. Conséquence: ce fichier peut être dispersé sur des centaines de cylindres !

12 12 Organisation des pistes par secteurs Le Placement Physique des Secteurs Lorganisation la plus logique et pratique des données dun fichier sur une piste de disque est de faire en sorte que les données adjacentes du fichier soient représentes par des segments de piste de taille fixe adjacents sur le disque. Dans le contexte de lorganisation physique, cependant, cela nest pas optimal: après avoir lu des données, le contrôleur de disque a besoin de temps pour traiter linformation reçue avant de pouvoir en accepter de nouvelles. Si les secteurs étaient physiquement adjacents, on perdrait le début du secteur suivant en traitant linformation précédente.

13 13 Organisation des Pistes par secteurs (suite) Solution Traditionnelle: entrelacer les secteurs. Cest-à- dire: laisser un intervalle de plusieurs secteurs physiques entre des secteurs logiques adjacents. Voir Fig On parle dentrelacement de 1 à 1, 2 à 1, 3 à 1, etc. Voir à ce sujet la Figure 3.4 dans le livre. Le facteur dentrelacement détermine le nombre de révolutions de disque à effectuer. De nos jours, cependant, la vitesse du contrôleur sest tellement améliorée que, désormais, lentrelacement nest plus nécessaire.

14 14 Organisation des pistes par secteurs (suite) Le fichier peut aussi être conçu comme une série de groupements (clusters) de secteurs représentant un nombre fixe de secteurs (logiques) contigus. Une fois quun groupement est trouvé sur un disque, tous les secteurs de ce groupement sont accessibles sans recourir à une recherche supplémentaire. La table dallocation de fichiers (File Allocation Table – FAT – Fig. 3.5) relie les secteurs logiques aux groupements physiques auxquels ils appartiennent.

15 15 Organisation des pistes par secteurs (suite) Sil y a beaucoup despace libre sur un disque, il peut être possible de représenter un fichier entier par une série de groupements contigus. Le fichier, dans ce cas, est dit être représente par une étendue (extent). Il peut donc être traité avec un montant minimum de temps de recherche. Si une etendue nest pas suffisante, alors on peut diviser le fichier en plusieurs étendues. Plus le nombre détendues augmente, plus le fichier est dispersé sur le disque et plus il requiert de temps de recherche.

16 16 Organisation des pistes par secteurs (suite) Il y a deux organisations possibles pour les enregistrements lorsque les enregistrements sont plus petits que la taille dun secteur: 1. Placer un enregistrement par secteur 2. Placer les enregistrements successivement. ceci peut forcer certains enregistrements à être étendus sur deux secteurs.

17 17 Organisation des pistes par secteurs (suite) Compensations (Trade-Offs): Avantage de 1: Chaque enregistrement peut être récupéré dun seul secteur. Désavantage de 1: De lespace est perdu dans chaque secteur -- Fragmentation Interne. Avantage de 2: pas de fragmentation interne. Désavantage de 2: 2 secteurs peuvent être accédes afin de ne récupérer quun seul enregistrement. Lutilisation de groupements entraîne aussi de la fragmentation interne lorsque la taille du fichier nest pas un multiple de celle du regroupement.

18 18 Organisation des pistes par blocs Plutôt que dêtre divisées en secteurs, les pistes dun disque peuvent être divisées en blocs définis par lusager. Lorsque les données dune piste sont organisées en bloc, cela veut dire, en général, que le montant de données transférées lors dune seule opération dentrée/sortie peut varier en fonction des besoins de larchitecte du logiciel (et non celui du hardware). Les blocs peuvent normalement avoir une taille fixe ou variable selon les spécifications de larchitecte du système de fichiers et des capacités du système dexploitation.

19 19 Organisation des pistes par blocs (suite) Les blocs nont pas les problèmes denregistrements distribués sur 2 secteurs ni de fragmentation interne puisque leur taille varie de manière à accommoder lorganisation logique des données. Le facteur du bloc indique le nombre denregistrements dun fichiers qui peuvent être sauvegardés dans chaque bloc. Chaque bloc est généralement accompagné de sous- blocs: le sous-bloc compte, le sous-bloc clé, le sous- bloc de données. Certains sous-blocs sont destinés à ladministration du bloc. Voir Fig. 3.9 dans le livre.

20 20 Espace perdu à lorganisation Que vous utilisiez une organisation par bloc ou par secteur un certain montant despace du disque est perdu à lorganisation. Cest-à-dire de linformation sauvegardée sur le disque pendant le pré-formatage. Sur les disques adressables par secteurs, le pré- formatage consiste à sauvegarder, au début de chaque secteur, ladresse du secteur, de la piste, et sa condition (utilisable ou defective) + des espaces et des marques de synchronisations entre les champs dinformation afin daider le mécanisme de lecture/écriture de les distinguer. Dans les organisations par blocs, les sous-blocs et les espaces dentre blocs doivent être fournis avec chaque bloc.

21 21 Espace perdu à lorganisation (suite) Relativement, lespace nécessaire pour lorganisation dans lorganisation par bloc est plus grand que dans lorganisation par secteur. Plus la taille dun bloc grandit, plus le montant de fragmentation interne sagrandit. La flexibilité introduite par lutilisation de blocs plutôt que de secteurs permet au programmeur de déterminer assez librement comment les données seront organisées physiquement sur le disque. LOrganisation en bloc néanmoins demande plus de temps au programmeur et au système dexploitation. De plus, dans lorganisation en bloc, les opérations dentrée/sortie ne peuvent pas être synchronisées avec le mouvement du disque.

22 22 Le coût dun accès au disque Le temps de recherche (seek time): temps requis pour déplacer le bras jusquau cylindre demandé Le délai de rotation (latency): temps pris par le disque pour tourner afin de placer le secteur demandé sous la tête de lecture/écriture Le temps de transfert : (# doctets transferrés / # doctets sur une piste) X temps de rotation

23 23 Améliorer laccès au disque Les processus sont souvent limités par le disque (disk-bound); cest-à-dire que le réseau et lunité centrale doivent souvent attendre très longtemps avant que le disque ne transmette les données. Solution 1: programmation multiple: lunité centrale travaille à dautres processus en attendant le résultat du disque. Solution 2: divisions (stripping): plusieurs parties dun fichier sont divisées entre différentes unités de disques, qui délivrent toutes les parties du fichier en parallèle.

24 24 Améliorer laccès au disque (suite) Solution 3: Utiliser un RAID (Redundant Array of Independent Disks). Solution 4: RAM disk Simule le comportement du disque mécanique en mémoire. Solution 5: disk cache Un large bloc de mémoire configuré pour contenir des pages de données dun disque. Le programme vérifie dabord le cache. Si les données dont il a besoin ne sont pas dedans, il va chercher les données dans le disque et remplace lune des pages du cache avec la page du disque contenant ces données.


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