Manajemen Disk

Merupakan salah satu piranti I/O Berfungsi sebagai media penyimpan utama Saat ini, disk yang umum adalah disk cakram magnetis (harddisk)

Struktur Disk Secara fisik, disk cakram magnetis terdiri atas cakram yang tersusun secara vertikal. Kedua sisi atas bawah pada masing-masing cakram dapat ditulis data kecuali pada permukaan cakram paling atas dan paling bawah. Memiliki struktur 3 dimensi: Silinder Track Sector

Struktur Disk Setiap sisi cakram terdiri atas alur melingkar (track). makin ke dalam sisi cakram , alurnya makin kecil Setiap track terbagi lebih lanjut atas sector. Setiap sector terdiri atas sejumlah byte yang sama besarnya Pada setiap sisi cakram terdapat head pembaca. head-head pembaca ini bergerak secara radial secara bersamaan Cakram-cakram berputar pada sumbu pusatnya

Pengalamatan Disk Disk dialamati secara logika sebagai array satu dimensi. Unit terkecilnya adalah blok, baik untuk operasi read atau write. Ukuran blok dilakukan atau disusun pada saat pengformatan disk.

Pengalamatan Disk Urutan penomoran alamat logika disk mengikuti aturan : Alamat paling awal, yaitu sektor 0 adalah sektor pertama dari track pertama pada silinder paling luar. Proses pemetaan dilakukan secara berurut dari Sektor 0, lalu ke seluruh track dari silinder tersebut, lalu ke seluruh silinder mulai dari silinder terluar sampai silinder terdalam. Urutan yang mendahulukan silinder yang sama sebelum pindah ke track berikutnya bertujuan mengurangi perpindahan head pembacaan pada setiap sisi cakram

Penanganan Disk Request Operasi disk merupakan operasi khusus yang hanya dapat dilakukan oleh rutin SO Mekanisme penanganan disk request adalah sebagai berikut: Suatu proses yang membutuhkan transfer data dari dan ke disk, maka proses akan memanggil system call SO System call akan memicu SO memblok proses bersangkutan karena operasi I/O disk akan memakan waktu. Disk request akan ditangani oleh device driver yang sesuai dengan piranti I/O yang hendak diakses. Device driver akan memeriksa status disk. Jika sedang sibuk, maka akan dimasukkan pada antrian disk bersangkutan

Penanganan Disk Request Jika disk tidak sedang digunakan, maka disk request tersebut akan dilayani dan alamat disk dikirimkan ke disk controller. Operasi write data akan disalinkan oleh DMA controller atau prosessor dari memori utama ke buffer disk controller untuk selanjutnya disalin ke piringan disk operasi read data yang akan dibaca, akan disalin ke buffer disk controller lebih dulu, baru disalin ke memori utama.

Waktu Penanganan Disk Request Disk request oleh suatu proses akan menimbulkan waktu tunda. proses akan berstatus blocked sampai data yang diminta telah dipindah ke memori utama. Waktu yang dibutuhkan untuk memproses disk request terdiri atas: Overhead time  total waktu yang dihabiskan SO untuk menangani disk request. Queuing time  waktu yang dihabiskan di antrian disk.

Waktu Penanganan Disk Request Latency (Random Access Time)  waktu yang dibutuhkan untuk menempatkan head ke lokasi yang hendak diakses. Latency terdiri atas 2 komponen: Seek time : waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan head ke silinder yang berisi sektor yang dituju. Rotational latency : waktu tambahan yang dibutuhkan untuk menunggu putaran disk sehingga head berada tepat dibawah sektor yang hendak diakses. Transfer time  waktu untuk mentransfer data dari atau ke lokasi disk.

Penjadwalan Disk Request Terjadi pada sistem multitasking. Berbeda dengan penjadwalan prosessor, penjadwalan disk request ditujukan untuk meminimalkan total latency (access time = seek time + Rotational latency) pada operasi transfer data. Contoh algoritma penjadwalan disk antara lain: FCFS (First Come First Serve) berdasarkan urutan masuknya di antrian. Umumnya menghasilkan total access time yang buruk dan terlalu tinggi

Contoh antrian FCFS: (posisi awal head =50) 10, 45, 37, 56, 60, 25, 78, 48, 88, 70, 5, 20

Penjadwalan Disk Request SSTF (Shortest Seek Time First) disk request yang memiliki seek distance yang paling dekat dengan posisi head terkini, akan dilayani lebih dahulu algoritma ini meminimalkan pergerakan head.

Contoh antrian SSTF: (posisi awal head =50) 10, 45, 37, 56, 60, 25, 78, 48, 88, 70, 5, 20

Penjadwalan Disk Request Elevator / SCAN mengasumsikan head bergerak satu arah. Jika head sudah mencapai bagian terluar atau terdalam dari cakram, maka arah gerak head dibalik.

Contoh antrian SCAN: (posisi awal head =50)

Penjadwalan Disk Request One-way elevator /C-SCAN mirip dengan elevator/SCAN. Bedanya head tidak melakukan pembalikan arah. Misal: pada saat head bergerak dari arah luar kedalam, jika head sudah berada didalam, maka arah pergerakan head akan dikembalikan ke luar lagi, baru gerak head dilanjutkan lagi. Selama pengembalian posisi, tidak ada operasi baca/tulis.

Contoh antrian C- SCAN: (posisi awal head =50) Contoh antrian C- SCAN: (posisi awal head =50) 10, 45, 37A, 56, 60, 25, 78, 48, 88, 70, 5, 20

Penjadwalan Disk Request LOOK mirip dengan SCAN. Bedanya head tidak perlu melakukan perjalanan penuh dari bagian terluar sampai terdalam bila sudah tidak ada disk request lagi. pergerakan head bisa langsung dilakukan sebelum sampai track terdalam.

Contoh antrian LOOK: (posisi awal head =50) Contoh antrian LOOK: (posisi awal head =50) 10, 45, 37A, 56, 60, 25, 78, 48, 88, 70, 5, 20

Selecting a Disk-Scheduling Algorithm Performance depends on the number and types of requests. SSTF is common and has a natural appeal, but can starve requests SCAN and C-SCAN perform better for systems that place a heavy load on the disk - lots of requests to hit Optimal is NP-complete. Requests for disk service can be influenced by the file-allocation method and directory layout. The disk-scheduling algorithm should be written as a separate module of the operating system, allowing it to be replaced with a different algorithm if necessary. Either SSTF or LOOK is a reasonable choice for the default algorithm. Newer disks have Lower seek time relative to latency Built in scheduling - send requests in batches OS level scheduling is important at a coarser grain level, for important disk activity, e.g., VM Operating System Concepts

Swap-Space Management Swap-space — Virtual memory uses disk space as an extension of main memory. Swap-space can be Carved out of the normal file system In a separate disk partition with a special file system (no directory, etc) Combination of these, e.g., Solaris, which always rereads text pages from the file system (they’re never dirty, and hence never swapped out) Swap-space management 4.3BSD allocates swap space when process starts; holds text segment and data segment. Solaris 2 allocates swap space only when a page is forced out of physical memory, not when the virtual memory page is first created. Operating System Concepts

SWAP - SPACE Penggunaan swap-space pada berbagai macam sistem operasi berbeda-beda, tergantung pada algoritma memory management yang diimplementasikan. Ada dua tempat dimana swap-space bisa berada: 1. diletakkan pada partisi yang sama dengan sistem operasi 2. diletakkan pada partisi yang berbeda dengan sistem operasi Tujuan utama dari perancangan dan implementasi swap- space adalah untuk menghasilkan kinerja memori virtual yang optimal.

RAID (Redudancy Array of Independent Disk) Karakteristik umum disk RAID Raid merupakan sekumpulan disk drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logic tunggal Data di distribusikan ke drive fisik array Kapasitas redudant disk di gunakan untuk menyimpan informasi paritas yang menjamin recoverability data ketika terjadi kegagalan disk Raid terdiri dari 6 tingkat

RAID (Redundancy Array of Independent Disk) merupakan organisasi disk memori yang mampu menangani beberapa disk dengan sistem akses paralel dan redudansi ditambahkan untuk meningkatkan reliabilitas (kehandalan). Kerja paralel menghasilkan resultan kecepatan disk yang lebih cepat. Teknologi database sangat penting dalam model disk ini karena pengontrol disk harus mendistribusikan data pada sejumlah disk dan juga membacaan kembali

Striping Take file data and map it to different disks Allows for reading data in parallel file data block 0 block 1 block 2 block 3 Disk 0 Disk 1 Disk 2 Disk 3

Parity Way to do error checking and correction Add up all the bits that are 1 if even number, set parity bit to 0 if odd number, set parity bit to 1 To actually implement this, do an exclusive OR of all the bits being considered Consider the following 2 bytes byte parity 10110011 1 01101010 0 If a single bit is bad, it is possible to correct it

Mirroring Keep to copies of data on two separate disks Gives good error recovery if some data is lost, get it from the other source Expensive requires twice as many disks Write performance can be slow have to write data to two different spots Read performance is enhanced can read data from file in parallel

Raid Levels(continued) Raid levels 0 through 2 Backup and parity drives are shaded

Raid Levels (continued) Raid levels 3 through 5 Backup and parity drives are shaded

RAID (0 + 1) and (1 + 0) Operating System Concepts

RAID tingkat 0 Sebenarnya bukan RAID, karena tidak menggunakan redudansi dalam meningkatkan kinerjanya Data didistribusikan pada seluruh disk secara array merupakan keuntungan dari pada menggunakan satu disk berkapasitas besar RAID-0 menjadi model data strip pada disk dengan suatu management tertentu hingga data sistem data dianggap tersimpan pada suatu disk logik Mekanisme transfer data dalam satu sektor sekaligus sehingga hanya baik untuk menangani transfer data besar

RAID tingkat 1 Redundansi diperoleh dengan cara menduplikasi seluruh data pada disk mirror nya Seperti RAID-0,RAID-1 juga menggunakan teknologi stripping Perbedaannya adalah dalam tingkat 1 setiap strip logik di-petakan ke dua disk yang secara logika terpisah sehingga setiap disk pada array akan memiliki mirror disk yang berisi data yang sama RAID-1 mahal RAID-1 memiliki kinerja 2 kali lipat dibandingkan RAID-0 pada operasi baca RAID-1 masih bekerja berdasarkan sektor

RAID tingkat 1 Keuntungan RAID-1: 1. Permintaan pembacaan dapat dilayani oleh salah satu disk karena ada dua disk berisi data yang sama, tergantung waktu akses yang tercepat 2. Permintaan penyimpanan dilakukan pada dua disk secara paralel 3. Terdapat back up data dalam disk mirror-nya

RAID tingkat 2 RAID-2 menggunakan teknik akses paralel untuk semua disk Seluruh disk berpartisipasi dan mengeksekusi setiap permintaan sehingga terdapat mekanisme sinkronisasi perputaran disk dan headnya Teknologi stripping digunakan dalam tingkat ini, hanya stripnya berukuran kecil (word/byte) Koreksi kesalahan menggunakan sistem bit paritas dengan kode hamming

RAID tingkat 3 Diorganisasikan mirip dengan RAID-2 RAID-3 hanya membutuhkan disk redudant tunggal dan tidak bergantung pada jumlah array Bit paritas dikomputasikan untuk setiap data word dan ditulis pada disk paritas khusus Saat terjadi kegagalan drive, data disusun kembali dari sisa data yang masih baik dan dari informasi paritasnya Menggunakan akses paralel dengan data didistribusikan dalam bentuk strip-strip kecil Kinerjanya menghasilkan transfer berkecepatan tinggi, namun hanya dapat mengeksekusi sebuah permintaan I/O saja sehingga kalau digunakan pada lingkungan transaksi data tinggi terjadi penurunan kinerja

RAID tingkat 4 Menggunakan teknik akses yang independen untuk setiap disknya sehingga permintaan baca atau tulis dilakukan secara paralel RAID ini cocok untuk menangani sistem dengan kelajuan transfer data yang tinggi Tidak memerlukan sinkronisasi disk Stripping data dalam ukuran yang besar Strip paritas bit per bit dihitung ke seluruh strip yang berkaitan pada setiap disk data Paritas disimpan pada disk paritas khusus Saat operasi penulisan array management software tidak hanya meng-update data tetapi juga paritas yang terkait Disk paritas khusus menjadikan keamanan data lebih terjamin tetapi memperlambat kinerja

RAID tingkat 5 Merupakan teknologi RAID terbaru Menggunakan metode penghitungan dua paritas untuk alasan keakuratan dan antisipasi terhadap koreksi kesalahan Paritas tersimpan pada disk lainnya Memiliki kecepatan transfer yang tinggi