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E1 Memorie

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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)

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Inquestalezione

BasidiDa)‐MemoriePermanen)3

  Presenteremo:  leunitàdimemoriapermanente

  illorofunzionamento  lecaraGerisRcheprincipali

  l’affidabilità

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StruGuradiundataserver

BasidiDa)‐MemoriePermanen)4

memoriacentrale

CPU memoriepermanenR

rete

PCserverreR

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Qualitàdiundataserver

BasidiDa)‐MemoriePermanen)5

  velocitàdellaCPU  capacitàevelocitàdellamemoriacentrale(…omemoriadisevizio…)

  capacitàevelocitàdellememoriepermanenR(...omemoriesecondarie…)sitendeadenfaRzzareleprimeduementrelapiùimportanteèlaseconda!perchécondizionalavelocitàdelservizionelleapplicazionigesRonali

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BasidiDa)‐MemoriePermanen)6

  LaqualitàdellaCPU,aparitàditecnologiaeleGronicacostru]va,simisurainnumerodiMhzdelclockeinnumerodibitdeiregistri(32‐64)

  leprestazionigeneralitendonoemiglioraredicirca1.5volteognianno(negliulRmianni)

  icosRsonoinfortecalo(aparitàdiprestazioni)

Qualitàdiundataserver

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BasidiDa)‐MemoriePermanen)7

  secondolaleggediAmdahl,tenendofermalatecnologiadellememoriepermanenRedaumentandolavelocitàdellaCPUdiunfaGore10,siavrebbeunmiglioramentodelleprestazionidelserverdiunfaGore5;aumentandodiunfaGore100siavrebbeunmiglioramentodisolamente10

  ciògiusRficalosforzodell’industriaperadeguareleprestazionidellememoriepermanenR

LeggediAmdahl(deirendimenRdecrescenR):

ilmiglioramentodiunadellecomponenRdiunamacchinanonproduceunaumentodelleprestazioniproporzionalealmiglioramento.Ilpossibileincrementodelleprestazionièlimitatodall'ammontaredell'uRlizzodelcomponente.

Qualitàdiundataserver

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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

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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

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Capacitàpresenteefuturadeisistemidimemoria

BasidiDa)‐MemoriePermanen)10

PresenR:alcuniGiga(109)Terabytes(1012)Petabytes(1015)

vicine:Exabytes(1018)ZeGabytes(1021)

future:YoGabytes(1024)

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Un’ideasuWindowsVista

BasidiDa)‐MemoriePermanen)11

Programmatori:8000

email/giorno:90.000nelperiododiprova

in23linguaggi,130diale],50nazioni

50.000.000dilineeinC++listatodicartaalto110metri(palazzodi33piani)

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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

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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

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Ordinidigrandezza

BasidiDa)‐MemoriePermanen)14

IMMAGINI:  Immaginidi1000×1000pixelasecondadeilivellidigrigioodeilivellideitrecoloribase:da1a4MB

  Immaginiadaltadefinizione(pixeldi25µmdilato):100MB Leimmaginipossonoesserecompresse. DaunafotoaereasipuòoGenereunacartacomeimmagine(immagine”raster”)esuccessivamenteunarappresentazione“veGoriale”cioèperlineeepunRriducendolaacirca100kB.

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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

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MemorieeleGroniche‐flash

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  EsistonovariRpidimemorieeleGronichepermanenR.MoltocomunisonoleFlashMemory,usatepermemorizzareinformazioniinmodoveloceesemplice,comedeipiccoliharddisk.

•  AlcuniesempidiFlashMemory:

–  IlBIOSdelcomputer–  “Chiavi”USB–  SchedeCompactFlash,MemorySRck,SD(fotocameredigitali)

–  SchedePCMCIAdiRpoIeII(portaRli)

–  Memorycardusatenelleconsole

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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.

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Memorieflash

BasidiDa)‐MemoriePermanen)18

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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

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MemoriemagneRche–ildisco

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pia]

seGori

tracce visioned’insieme

cilindro:tracceconraggiouguale

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MemoriemagneRche–ildisco

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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

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BasidiDa)‐MemoriePermanen)23

0.1

10

1

100

1985 1990 1995 2000

Costoin$perMB(pc)

2005

Grandezze

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DimensionedelseGore

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  Adesempio,conifilesysteminWindows:

  NTFS(WindowsNT,2000,XP,2003,Vista…)  4Kblocksizeperdischipiùgrandidi2GB

  FAT‐32(Windows95,98,ME)  4Kperdischifinoa8GB  8Kfinoa16GB  16Kfinoa32GB  32Koltre32GB.

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Meccanicadeldisco

BasidiDa)‐MemoriePermanen)25

Funzionamento:movimentodelpe]ne,raggiungimentodelcilindrorichiesto,a]vazionedellatestarelaRvaallatraccia,aGesadelseGore,leGura/scriGura

pe]ne

movimentoseGore

traccia

DASD:directaccessstoragedevice

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  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

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BasidiDa)‐MemoriePermanen)27

  iltempodiposizionamento(seekRme):TsvieneindicatodalcostruGorecometempomediodispostamentotraduepossibilitracce,vengonoancheindicaRilTmaxedilTmin.

  iltempodilatenzarotazionale:Trèmediamentelametàdeltempodirotazione

  iltempodileGura(scriGura):Tbdipendedalladimensionedelblocco

  ilmetodoreadazerwriterichiedeunulteriore2×Tr  iltempoimpiegatodalcontroller(eleGr.):TcègeneralmenteindicatodalcostruGore

  transferratemisuratoinMB/sec.

Meccanicadeldisco

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 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

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 LememorieeleGronicheavrebberountempodiaccessodicirca100000volteinferiore…mauncostodicirca100voltesuperiore

  itempidiseekedilatenzasonodaridurre:–  costru]vamente,riducendoidiametri,aumentandolavelocitàdelpe]needirotazione,aumentandoladensitàdeibitsullasuperficieeriducendodiconseguenzal’altezzadivolodelletesRnesuipia]……...l’altezzadivoloèinferiorea0.5micron(sipensicheuncapellohaundiametrodicirca80,lapolvereda6a30edun’improntadigitaledi15micron)

Meccanicadeldisco

Page 30: E1 Memorie

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L'altezzadivolodellates,naèstreGamenteconnessaalladensitàdiregistrazione:minoreèladistanza,miglioreèlapossibilitàdirilevarelevariazionidicampomagneRco,maggioreèladensitàpossibile.

Meccanicadeldisco

Page 31: E1 Memorie

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–  riducendol’ampiezzadeglispostamenRdelpe]neorganizzandolacodadellerichiestedell’utenza:

discogestorecodadirichieste

IcriteripiùnoRpersoddisfarelerichiestesonoiseguenR(ovarianRecombinazionideglistessi):

Meccanicadeldisco

Page 32: E1 Memorie

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

Page 33: E1 Memorie

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

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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

Page 35: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)35

dischimagneRcisonoCAV:constantangularvelocity

iCD‐ROMsonoCLV:constantlinearvelocity

unlaserleggesuunasuperficierifleGentelapresenzadifori(∅<1µm)provocaRdaunlaserdipotenza

unicatracciaaspirale(n×kmperundiam.di12cm)

Memorieo]che

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  SimilealCD‐ROMèilDVD‐ROM

  TecnologiadileGura/scriGurasimileaquelladeiCD

  MaggiorequanRtàdidaRcontenibile,graziea…  altadensitàdeidaR(distanzatralespiredi740nanometri,controi1600deiCD)

  tecnologiamulR‐layer,checonsentediraggiungere15.9GBperDVDdoppiolatoedoppiostrato

  MigliorialgoritmidierrorcorrecRon,checonsentonounminorespaziosprecatodainformazioniduplicate

Memorieo]che

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  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

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Parallelismoesicurezza

BasidiDa)‐MemoriePermanen)38

leGureindipendenRscriGuresuentrambi

• aumentandoilnumerodidischiaumentalaprobabilitàdiaverneunoguasto

• diminuiscelaprobabilitàdiperditadeidaRdovutaalguastocontemporaneo

• ridondanzaeccessiva laridondanzaèuRle!

DiskMirroring:dischicondaRreplicaR

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DischiRAID

BasidiDa)‐MemoriePermanen)39

• architeGurachemiglioraleprestazioniel’affidabilitàdelsistemadimem.permanente

• l’usodiNdischiconsentedisuddividereidaRinpiccoliblocchidascrivereeleggereinparallelo

• informazioniridondanRconsentonolacorrezionedierroridovuRaguasR

RedundantArrayofInexpensiveDisks

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• 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

Page 41: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)41

ConceGodiparità:• daR8bitc’èunnonobitcheconRenelasommamodulo2(è0seilnumerodi1nelbyteèparialtrimenRè1) 00101101→0 10110110→1• seunbitsiinvertelaparitànontornaquindic’èunbiterrato(perònonsisaquale)

• nelRAID4tu]bitdiparitàstannosulnonodisco

DischiRAID

Page 42: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)42

• Seundiscosiguastailcontrollerseneaccorgeel’informazionevienericostruitaconlaparità:

0010x101→0poichélaparitàè0ilbitera110x10110→1poichélaparitàè1ilbitera1

IlRAID4hauneccessodileGuresulnonodisco

DischiRAID

Page 43: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)43

IlRAID5ha1solodiscoinpiùmaparitàedaRsonodistribuiRciclicamentesutu]:unbloccodidaRvienememorizzatosuidischida1a8elaparitàsul9,unsecondobloccodaRvienememorizzatosuidischida9a7elaparitàsul8….

IlRAID6ha2dischiinpiùmal’informazioneècodificataconilcodiceReedSolomoneriesceacorreggeredueguasR

DischiRAID

Page 44: E1 Memorie

RAID5

BasidiDa)‐MemoriePermanen)44

a1b2c3d4

pab1c2d3

a2b3c4d5

a3b4c5d6

a4b5c6d7

a5b6c7d8

a6b7c8pd

a7b8pcd1

a8pbc1d2

disposizioneLezSymmetric

123456789

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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)

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  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

Page 47: E1 Memorie

Analisidellaaffidabilità

BasidiDa)‐MemoriePermanen)47

  Ipotesi:  iguasRneivaridischisonoindipendenR

  lapossibilitàdiguastoèinvariabileneltempo

  legrandezzediinteressesono:  MTTF:meanRmetofailure  MTTR:meanRmetorepair

  MTTDL:meanRmetodataloss

Page 48: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)48

  RAID0(pocoaffidabili):

MTTFRAID0=MTTFDISCO/N=MTTDL

  Es.:

MTTFDISCO=30000h>3anni

con100dischi:

MTTFRAID0=30000/100=300h≈2seG.

con8dischi:3759h≈22seG.

Analisidellaaffidabilità

Page 49: E1 Memorie

BasidiDa)‐MemoriePermanen)49

  RAID1(moltoaffidabili):

MTTFRAID1=MTTFDISCO/(2×N)

  Es.:con16dischi:≈11seG.

Però!MTTDL(meanRmetodataloss)èelevaRssimo:sidovrebberoguastarecontemporaneamenteundiscoelasuacopia

Analisidellaaffidabilità

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BasidiDa)‐MemoriePermanen)50

  RAID5(moltoaffidabili):

MTTDLRAID5=

(MTTFDISCO)2/(N×(N‐1)×MTTR)

  Es.:con9dischieMTTR=24h:≈60annimoltoinferiorealRAID6mamoltosuperioreaidischiSLED(singlelargeexpensivedisk)

Analisidellaaffidabilità