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C)ModelloRelazionale,Algebrarelazionale,SQL
1 2 3 4 5 6 7
E)TecnologiadiunDBMS
1 2 3 4 5 6
A)Introduzione
1 2
B)Prog.ConceGuale(ER)
1 2 3 4 5 6 7
D)Prog.LogicaeNormalizzazione
1 2 3 4
F)ProgrammazioneDB
1 2
2 BasidiDa)‐MemoriePermanen)
Inquestalezione
BasidiDa)‐MemoriePermanen)3
Presenteremo: leunitàdimemoriapermanente
illorofunzionamento lecaraGerisRcheprincipali
l’affidabilità
StruGuradiundataserver
BasidiDa)‐MemoriePermanen)4
memoriacentrale
CPU memoriepermanenR
rete
PCserverreR
Qualitàdiundataserver
BasidiDa)‐MemoriePermanen)5
velocitàdellaCPU capacitàevelocitàdellamemoriacentrale(…omemoriadisevizio…)
capacitàevelocitàdellememoriepermanenR(...omemoriesecondarie…)sitendeadenfaRzzareleprimeduementrelapiùimportanteèlaseconda!perchécondizionalavelocitàdelservizionelleapplicazionigesRonali
BasidiDa)‐MemoriePermanen)6
LaqualitàdellaCPU,aparitàditecnologiaeleGronicacostru]va,simisurainnumerodiMhzdelclockeinnumerodibitdeiregistri(32‐64)
leprestazionigeneralitendonoemiglioraredicirca1.5volteognianno(negliulRmianni)
icosRsonoinfortecalo(aparitàdiprestazioni)
Qualitàdiundataserver
BasidiDa)‐MemoriePermanen)7
secondolaleggediAmdahl,tenendofermalatecnologiadellememoriepermanenRedaumentandolavelocitàdellaCPUdiunfaGore10,siavrebbeunmiglioramentodelleprestazionidelserverdiunfaGore5;aumentandodiunfaGore100siavrebbeunmiglioramentodisolamente10
ciògiusRficalosforzodell’industriaperadeguareleprestazionidellememoriepermanenR
LeggediAmdahl(deirendimenRdecrescenR):
ilmiglioramentodiunadellecomponenRdiunamacchinanonproduceunaumentodelleprestazioniproporzionalealmiglioramento.Ilpossibileincrementodelleprestazionièlimitatodall'ammontaredell'uRlizzodelcomponente.
Qualitàdiundataserver
UNITA’STANDARD
BasidiDa)‐MemoriePermanen)8
grandezza nome abbreviazione
1015÷250 peta p,P 1012÷240 tera t,T 109÷230 giga g,G 106÷220 mega m,M 103÷210 kilo k,K 10‐3 milli m 10‐6 micro µ 10‐9 nano n 10‐12 pico p
UNITA’STANDARD
BasidiDa)‐MemoriePermanen)9
hertz(1cicloalsec.) Hz,hz
bit b
byte(8bit) B bits(bytes)persecond bps(Bps)
instrucRonspersec. ips
I/OoperaRonspersec. I/Ops
transacRonspersec. tps
bitsperinch(2.5cm) bpi roundsperminute rpm
Capacitàpresenteefuturadeisistemidimemoria
BasidiDa)‐MemoriePermanen)10
PresenR:alcuniGiga(109)Terabytes(1012)Petabytes(1015)
vicine:Exabytes(1018)ZeGabytes(1021)
future:YoGabytes(1024)
Un’ideasuWindowsVista
BasidiDa)‐MemoriePermanen)11
Programmatori:8000
email/giorno:90.000nelperiododiprova
in23linguaggi,130diale],50nazioni
50.000.000dilineeinC++listatodicartaalto110metri(palazzodi33piani)
BasidiDa)‐MemoriePermanen)12
PCdioggi:3GhzmulR‐core,2048MBRAM,1TBdidisco,velocita’massima:15gigaflops
BlueGene/L(IBM):70,72Teraflops(decinedimigliaiadimiliardidifloaRngpointop.alsec.),32768processori,8TerabyteRAM,28Terabytedidisco(100M$)
Columbia(SiliconGraphics):51.87teraflops(50M$)
EarthSimulator(NEC):35.86teraflops(350‐500M$)
Un’ideasull’hardware
Ordinidigrandezza
BasidiDa)‐MemoriePermanen)13
TESTI:
1byte:1caraGere
1pag.dilibro:50righeper80caraGeri→4kB 1librodi500pag.:2MB(senzafigure)
1pag.divocabolario:2×60×80caraGeri→9.6kB
1vocabolariodicirca2000pag.→20MB
aG.:l’occupazionedimemoriaèsuperioreselepagineedicaraGerisono“struGuraR”
in500MBdi1CDvanno250librio25vocabolari
inunBD‐ROMda50GB:25000librio2500vocabolari
Nota:contecnichedicompressioneèpossibileincrementareanchedimoltoquestecifre
Ordinidigrandezza
BasidiDa)‐MemoriePermanen)14
IMMAGINI: Immaginidi1000×1000pixelasecondadeilivellidigrigioodeilivellideitrecoloribase:da1a4MB
Immaginiadaltadefinizione(pixeldi25µmdilato):100MB Leimmaginipossonoesserecompresse. DaunafotoaereasipuòoGenereunacartacomeimmagine(immagine”raster”)esuccessivamenteunarappresentazione“veGoriale”cioèperlineeepunRriducendolaacirca100kB.
TipidimemoriepermanenR
BasidiDa)‐MemoriePermanen)15
memorieeleGroniche memorieflash
memoriemagneRche dischi
discosingolo RAID(dischiparalleli)
nastri floppy
memorieo]che CD‐ROM,CD‐R,CD‐RW DVD‐ROM,DVD‐R,DVD‐RW BD‐ROM,HD‐DVD magneto‐o]cheriscrivibili
MemorieeleGroniche‐flash
BasidiDa)‐MemoriePermanen)16
EsistonovariRpidimemorieeleGronichepermanenR.MoltocomunisonoleFlashMemory,usatepermemorizzareinformazioniinmodoveloceesemplice,comedeipiccoliharddisk.
• AlcuniesempidiFlashMemory:
– IlBIOSdelcomputer– “Chiavi”USB– SchedeCompactFlash,MemorySRck,SD(fotocameredigitali)
– SchedePCMCIAdiRpoIeII(portaRli)
– Memorycardusatenelleconsole
Memorieflash
BasidiDa)‐MemoriePermanen)17
Le memorie Flash sono ROM di tipo EEPROM che hanno una griglia formata da righe (word line WL) e colonne (bit line BL). Le celle ad ogni intersezione hanno un transistor con doppio gate. I gate sono separati da un finissimo strado di ossido. Tra i due gate può venire immagazzinata della carica, che determina il valore della cella.
Uno dei gate viene definito Control Gate mentre l'altro Floating Gate. Il Floating Gate è collegato alle righe attraverso il Control Gate.
Memorieflash
BasidiDa)‐MemoriePermanen)18
Memorieflash
BasidiDa)‐MemoriePermanen)19
Carica: OperazioneseleAva(dipendedall’informazionesullabitline) SovratensioneHVDDapplicatasuigate TensioneVDDsullabitline:iniezionedicarica(scrivo1) Tensione0sullabitline:nessunainiezionedicarica(mantengo0)
Scarica: OperazionenonseleAva(siscaricanotuQelecellediunaWL) SovratensioneHVDDapplicatasuisource Tensionenullasuigate
LeGura: SiapplicaunatensionedialimentazioneVDDalcontrolgateesimeQea
massalaWL Sullabitlinesilegge0/1
MemoriemagneRche–ildisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)20
pia]
seGori
tracce visioned’insieme
cilindro:tracceconraggiouguale
BasidiDa)‐MemoriePermanen)21
MemoriemagneRche–ildisco
Grandezze
BasidiDa)‐MemoriePermanen)22
velocitàdirotazione(rpm):5400→10000edoltre
no.pia]:1→20edoltre tracceperpiaGo(quindicilindri)3000→20000edoltre
diametrodisco1→8inch densità:nGigabitperinch2 dimensionedelseGore:4kedoltre seGoripertraccia:(2nades.64)dacircaalcunedecineedoltre
BasidiDa)‐MemoriePermanen)23
0.1
10
1
100
1985 1990 1995 2000
Costoin$perMB(pc)
2005
Grandezze
DimensionedelseGore
BasidiDa)‐MemoriePermanen)24
Adesempio,conifilesysteminWindows:
NTFS(WindowsNT,2000,XP,2003,Vista…) 4Kblocksizeperdischipiùgrandidi2GB
FAT‐32(Windows95,98,ME) 4Kperdischifinoa8GB 8Kfinoa16GB 16Kfinoa32GB 32Koltre32GB.
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)25
Funzionamento:movimentodelpe]ne,raggiungimentodelcilindrorichiesto,a]vazionedellatestarelaRvaallatraccia,aGesadelseGore,leGura/scriGura
pe]ne
movimentoseGore
traccia
DASD:directaccessstoragedevice
BasidiDa)‐MemoriePermanen)26
IlseGoreèl’unitàminimaditrasferimento,iseGoripossonoessereraggruppaRinblocchi(pagine)
l’indirizzodiunseGore(blocco)è: num.cilindro,num.traccia,num.seGore.
iltempodiservizioè: tempodiposizionamento(seekRme):Ts tempodilatenzarotazionale:Tr tempodileGura(scriGura):Tb perlascriGurasiusaancheilmetodoreadazerwritechericontrolladopoungiro
tempoimpiegatodalcontroller(eleGr.):Tc
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)27
iltempodiposizionamento(seekRme):TsvieneindicatodalcostruGorecometempomediodispostamentotraduepossibilitracce,vengonoancheindicaRilTmaxedilTmin.
iltempodilatenzarotazionale:Trèmediamentelametàdeltempodirotazione
iltempodileGura(scriGura):Tbdipendedalladimensionedelblocco
ilmetodoreadazerwriterichiedeunulteriore2×Tr iltempoimpiegatodalcontroller(eleGr.):TcègeneralmenteindicatodalcostruGore
transferratemisuratoinMB/sec.
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)28
Esempio: Ts=9ms,transferrate=30MB/sec, blocco=4096bytes,Tc=1ms. rotazione7200rpm
tempodiaccesso: Ts+Tr+Tb+Tc= 9ms+0.5/7200rpm+4KB/30MB/sec +1ms=9+4.15+0.1+1=14.3ms
conreadazerwrite: 14.3+2×4.15=22.6msl’ordinedigrandezzaèdimoltosuperioreaquellodelleoperazionieleGroniche
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)29
LememorieeleGronicheavrebberountempodiaccessodicirca100000volteinferiore…mauncostodicirca100voltesuperiore
itempidiseekedilatenzasonodaridurre:– costru]vamente,riducendoidiametri,aumentandolavelocitàdelpe]needirotazione,aumentandoladensitàdeibitsullasuperficieeriducendodiconseguenzal’altezzadivolodelletesRnesuipia]……...l’altezzadivoloèinferiorea0.5micron(sipensicheuncapellohaundiametrodicirca80,lapolvereda6a30edun’improntadigitaledi15micron)
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)30
L'altezzadivolodellates,naèstreGamenteconnessaalladensitàdiregistrazione:minoreèladistanza,miglioreèlapossibilitàdirilevarelevariazionidicampomagneRco,maggioreèladensitàpossibile.
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)31
– riducendol’ampiezzadeglispostamenRdelpe]neorganizzandolacodadellerichiestedell’utenza:
discogestorecodadirichieste
IcriteripiùnoRpersoddisfarelerichiestesonoiseguenR(ovarianRecombinazionideglistessi):
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)32
•selezionedipendentedalrichiedente:FIFO:FirstInFirstOutPRI :priorita’dipendentedalprocesso PRI/FIFO:combinazionedelledue;
•selezionedipendentedall’oggeGorichiesto:SSTF:ShortestSeekTimeFirst,SCAN:SSTFinunasoladirezione,inavanRepoiindietrosuldisco,C‐SCAN:SSTFinavanRconritornoveloce,N‐STEP_SCAN:SCANdisoloNseGoripervolta(tecnicadiDiskSharing).
Meccanicadeldisco
BasidiDa)‐MemoriePermanen)33
FIFO :1,2,3,4 imparzialemalenta
SSTF:2,4,1,3 sfavoriscelerichieste
lontanedallatestaSCAN:1,3,2,4 buona
C‐SCAN:1,3,4,2 buona
4213
Meccanicadeldisco
Memorieo]che
BasidiDa)‐MemoriePermanen)34
LapiùnotaèilCD‐ROM: funzionamentostart‐stop accessodireGo(n×100ms
condataraten×100KB/sec)
moltamemoria(600MB→oltre) unitàdisolaleGura
trasportoarchivimedio/grandi
cosRtuisconounamemoriaditerzolivello
cabinetdiRpojuke‐boxconmemoriadan×100GB→n×TB
BasidiDa)‐MemoriePermanen)35
dischimagneRcisonoCAV:constantangularvelocity
iCD‐ROMsonoCLV:constantlinearvelocity
unlaserleggesuunasuperficierifleGentelapresenzadifori(∅<1µm)provocaRdaunlaserdipotenza
unicatracciaaspirale(n×kmperundiam.di12cm)
Memorieo]che
BasidiDa)‐MemoriePermanen)36
SimilealCD‐ROMèilDVD‐ROM
TecnologiadileGura/scriGurasimileaquelladeiCD
MaggiorequanRtàdidaRcontenibile,graziea… altadensitàdeidaR(distanzatralespiredi740nanometri,controi1600deiCD)
tecnologiamulR‐layer,checonsentediraggiungere15.9GBperDVDdoppiolatoedoppiostrato
MigliorialgoritmidierrorcorrecRon,checonsentonounminorespaziosprecatodainformazioniduplicate
Memorieo]che
BasidiDa)‐MemoriePermanen)37
L’ulRmagenerazionedimemorieo]cheprevede: HD‐DVD
Blu‐RayDisk‐BD
HD‐DVD
laseraluceblu(405nm)perunamaggioredensitàdeidaR tecnologiamulR‐layer,checonsentediraggiungere60GBperHD‐DVDdoppiostratoedoppiolato
Blu‐RayDisk laseraluceblu(405nm)perunamaggioredensitàdeidaR
tecnologiamulR‐layer,checonsentediraggiungere50GBperBDdoppiostrato(BD‐50)
Memorieo]che
Parallelismoesicurezza
BasidiDa)‐MemoriePermanen)38
leGureindipendenRscriGuresuentrambi
• aumentandoilnumerodidischiaumentalaprobabilitàdiaverneunoguasto
• diminuiscelaprobabilitàdiperditadeidaRdovutaalguastocontemporaneo
• ridondanzaeccessiva laridondanzaèuRle!
DiskMirroring:dischicondaRreplicaR
DischiRAID
BasidiDa)‐MemoriePermanen)39
• architeGurachemiglioraleprestazioniel’affidabilitàdelsistemadimem.permanente
• l’usodiNdischiconsentedisuddividereidaRinpiccoliblocchidascrivereeleggereinparallelo
• informazioniridondanRconsentonolacorrezionedierroridovuRaguasR
RedundantArrayofInexpensiveDisks
BasidiDa)‐MemoriePermanen)40
• servizioparalleloindipendenteperleGurebreviperpiùutenR(parallelismointer‐query)
• servizioparalleloperleGurelungheperlostessoutente(parallelismointra‐query)
• RAID0:striping,nessunaridondanza(es.8dischi)• RAID1:mirroring(es.16dischi)• RAID2‐3:striping,unicomovimentoparallelodelle tesRne
• RAID4:striping,prevedeundiscoinpiùper l’informazioneridondante:laparità
DischiRAID
BasidiDa)‐MemoriePermanen)41
ConceGodiparità:• daR8bitc’èunnonobitcheconRenelasommamodulo2(è0seilnumerodi1nelbyteèparialtrimenRè1) 00101101→0 10110110→1• seunbitsiinvertelaparitànontornaquindic’èunbiterrato(perònonsisaquale)
• nelRAID4tu]bitdiparitàstannosulnonodisco
DischiRAID
BasidiDa)‐MemoriePermanen)42
• Seundiscosiguastailcontrollerseneaccorgeel’informazionevienericostruitaconlaparità:
0010x101→0poichélaparitàè0ilbitera110x10110→1poichélaparitàè1ilbitera1
IlRAID4hauneccessodileGuresulnonodisco
DischiRAID
BasidiDa)‐MemoriePermanen)43
IlRAID5ha1solodiscoinpiùmaparitàedaRsonodistribuiRciclicamentesutu]:unbloccodidaRvienememorizzatosuidischida1a8elaparitàsul9,unsecondobloccodaRvienememorizzatosuidischida9a7elaparitàsul8….
IlRAID6ha2dischiinpiùmal’informazioneècodificataconilcodiceReedSolomoneriesceacorreggeredueguasR
DischiRAID
RAID5
BasidiDa)‐MemoriePermanen)44
a1b2c3d4
pab1c2d3
a2b3c4d5
a3b4c5d6
a4b5c6d7
a5b6c7d8
a6b7c8pd
a7b8pcd1
a8pbc1d2
disposizioneLezSymmetric
123456789
Alcuniconce]sullaprobabilità
BasidiDa)‐MemoriePermanen)45
SiaP(A)laprobabilitàcheuneventoAaccadainundatoperiododitempo
P(A)ètra0e1e1‐P(A)èlaprobabilitàchel’eventoAnonaccadanelperiodo
DueevenRAeBsonoindipendenRsel’occorrenzadiunononinfluenzal’occorrenzadell’altro,allora:
P(AandB)=P(A)xP(B)(entrambiaccadono)
P(AorB)=P(A)+(1‐P(A))xP(B)(unosoloaccade)
=P(A)+P(B)–P(A)xP(B)≈P(A)+P(B)
PoichélePsonotroppopiccolesiusaalloropostoilMT(A)cioèiltempomediodioccorrenzadell’evento(mean,metoevent):MT(A)=1/P(A)
AGenzione,seitrecomponenRlavoranoinsiemeMT(almenouno)èilMTglobale!QuindiperalzareilMTglobalebisognaalzarelaqualitàditu].
MT(G)=1/(P(A)+P(B)+P(C))=
1/(1/MT(A)+1/MT(B)+1/MT(C))
segliMTdiNcomponenRsonougualiallora:
MT(G)=MT(A)/N
BasidiDa)‐MemoriePermanen)46
Alcuniconce]sullaprobabilità
Analisidellaaffidabilità
BasidiDa)‐MemoriePermanen)47
Ipotesi: iguasRneivaridischisonoindipendenR
lapossibilitàdiguastoèinvariabileneltempo
legrandezzediinteressesono: MTTF:meanRmetofailure MTTR:meanRmetorepair
MTTDL:meanRmetodataloss
BasidiDa)‐MemoriePermanen)48
RAID0(pocoaffidabili):
MTTFRAID0=MTTFDISCO/N=MTTDL
Es.:
MTTFDISCO=30000h>3anni
con100dischi:
MTTFRAID0=30000/100=300h≈2seG.
con8dischi:3759h≈22seG.
Analisidellaaffidabilità
BasidiDa)‐MemoriePermanen)49
RAID1(moltoaffidabili):
MTTFRAID1=MTTFDISCO/(2×N)
Es.:con16dischi:≈11seG.
Però!MTTDL(meanRmetodataloss)èelevaRssimo:sidovrebberoguastarecontemporaneamenteundiscoelasuacopia
Analisidellaaffidabilità
BasidiDa)‐MemoriePermanen)50
RAID5(moltoaffidabili):
MTTDLRAID5=
(MTTFDISCO)2/(N×(N‐1)×MTTR)
Es.:con9dischieMTTR=24h:≈60annimoltoinferiorealRAID6mamoltosuperioreaidischiSLED(singlelargeexpensivedisk)
Analisidellaaffidabilità