【正文】 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 ? RAID4級(jí) ? BlockLevel Parity 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 ? RAID5級(jí) ? 基于塊級(jí)的分布式校驗(yàn)，無(wú)校驗(yàn)盤(pán)。 ? RAID 1級(jí)。 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 ? 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disk)， 1987年由美國(guó)加州大學(xué)提出。在掃描期間，新出現(xiàn)的所有請(qǐng)求 I/O的進(jìn)程， 則放入另一個(gè)等待處理的請(qǐng)求隊(duì)列。 磁盤(pán)調(diào)度 磁盤(pán)調(diào)度 ? 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 ? SCAN方法的缺點(diǎn)：剛移過(guò)的磁道的等待時(shí)間長(zhǎng)。如：7200r/min 每轉(zhuǎn) =60000ms/7200r= 平均旋轉(zhuǎn)延遲 =（ 0+)/2= 啟動(dòng)磁臂時(shí)間 2ms 常數(shù)，與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān) 一般： 高速： = 磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述 ? 磁盤(pán)訪問(wèn)時(shí)間 ? 傳輸時(shí)間 Tt ? 指把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。顯然內(nèi)層磁道的密度較外層磁道的密度大。因此要考慮多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)服務(wù)的順序，使平均服務(wù)時(shí)間越短越好。 ? 某進(jìn)程向系統(tǒng)提出 I/O請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備分配程序按 一定策略 分配設(shè)備、控制器和通道，形成一條數(shù)據(jù)傳輸通路，以供主機(jī)和設(shè)備間信息交換。在多用戶環(huán)境下這通常是難以做到的，這種方式主要用于單用戶系統(tǒng)中。 ? 實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性的好處： ? 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 ? 易于實(shí)現(xiàn) I/O重定向 設(shè)備獨(dú)立性軟件 ? 設(shè)備獨(dú)立性軟件的主要功能 ? 執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 ? ① 對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收； ? ② 將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名，進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序； ? ③ 對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問(wèn)設(shè)備； ? ④ 緩沖管理，即對(duì)字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理，以提高 I/O的效率； ? ⑤ 差錯(cuò)控制，只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法處理的錯(cuò)誤； ? ⑥ 提供獨(dú)立于設(shè)備的邏輯塊。檢查設(shè)備是否空閑或就緒。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) ? 驅(qū)動(dòng)程序 主要是指在請(qǐng)求 I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序 ? 驅(qū)動(dòng)程序 與 設(shè)備 控制器 和 I/O設(shè)備的 硬件特性緊密相關(guān) ， 因而對(duì)不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動(dòng)程序 ? 驅(qū)動(dòng)程序與 I/O設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān) ? 由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)， 因而其中的一部分必須用匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě) ? 驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)允許可重入。它被調(diào)度到時(shí)，從隊(duì)列中取出一個(gè) I/O請(qǐng)求塊，并按該塊的內(nèi)容執(zhí)行一次 I/O操作，發(fā)出 I/O完成（或出錯(cuò)）中斷信號(hào)。 中斷處理程序 ? 工作步驟 ? 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng) (程序 )進(jìn)程 ? 保護(hù)被中斷進(jìn)程的 CPU環(huán)境 ? 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序 ? 中斷處理 ? 恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng) 中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)示意圖 P S W設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)P C ( N + 1 )設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) R0Rn…設(shè) 設(shè) 設(shè)……設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) P S WP C ( N + 1 )設(shè) 設(shè) 設(shè) T T + M設(shè) 設(shè) 設(shè)YNN + 1R0Rn… 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)C P U 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)… 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) C P U 設(shè) 設(shè) … 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)不同的設(shè)備中斷處理程序不同 中斷處理程序 I/O完成后，驅(qū)動(dòng)程序必須檢查本次 I/O操作中是否發(fā)生了錯(cuò)誤，并向上層軟件報(bào)告，最終向調(diào)用者報(bào)告本次 I/O的執(zhí)行情況 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備處理程序 又稱為 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ，是 I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序 ? 功能 ? 接收 用戶的 I/O請(qǐng)求 命令和參數(shù) ， 并將命令中的抽象要求 轉(zhuǎn)換 為具體要求 （ I/O請(qǐng)求塊 ） 。 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩I / O 緩 緩緩 緩 I / O 緩 緩 緩 緩 緩 緩 I / O 緩 S p o o l i n g緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩 緩緩 緩 I / O 緩 緩I / O 緩 緩 I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 實(shí)現(xiàn)與用戶交互的接口。 I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 目標(biāo) ? 與具體設(shè)備無(wú)關(guān) ? 為了提高 OS的可移植性和易適應(yīng)性， I/O軟件應(yīng)負(fù)責(zé)屏蔽設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，向高層軟件提供抽象的邏輯設(shè)備，并完成邏輯設(shè)備與具體物理設(shè)備的映射。如用戶從磁帶中讀數(shù)據(jù)塊的操作。 Wait(MS(type))。 ? 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送時(shí)在中斷處理時(shí)由 CPU控制完成的，而 DMA則是在 DMA控制下完成的 ? DMA方式的 局限性 ：傳送方向、始址、長(zhǎng)度等由 CPU控制，一個(gè)設(shè)備一個(gè) DMA，成本高。 ? 控制器清除命令 就緒 位，清除狀態(tài)寄存器的 故障 位以表示設(shè)備 I/O成功，清除 忙 位以表示完成。即，把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制器上，而一個(gè)控制器又連接到多個(gè)通道上。其中， I/O系統(tǒng)共分為 4級(jí)：最低級(jí)為 I/O設(shè)備，次低級(jí)為設(shè)備控制器，次高級(jí)為 I/O通道，最高級(jí)是計(jì)算機(jī)。 CPU和內(nèi)存是直接連接到總線上的。 ? 它含有多個(gè)非分配型子通道， 因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。 ? 主機(jī)設(shè)置命令 就緒 位 ? 當(dāng)控制器注意到命令 就緒 位已被設(shè)置，則設(shè)置 忙 位。 ? 中斷的用途 ? 中斷機(jī)制用于處理各種異常，如被零除，訪問(wèn)一個(gè)受保護(hù)的或不存在的內(nèi)存地址； ? 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)需要用到中斷（軟中斷）； ? 中斷也可以用來(lái)管理內(nèi)核的控制流。因此，每塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間約為： max{C,T} 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè)A 設(shè) B 設(shè)( a ) 設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè)A 設(shè) B 設(shè)( b ) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 例，兩臺(tái)機(jī)器間通信 。 //將指定緩沖區(qū)掛在 type隊(duì)列上 Signal(MS(type))。（進(jìn)程在等待 I/O操作結(jié)果之前被換出，等待 I/O事件，而 I/O操作也被阻塞，等待該進(jìn)程被換入。 I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? 目標(biāo) ? 設(shè)備的分配和釋放 ? 對(duì)于獨(dú)占設(shè)備和共享設(shè)備帶來(lái)的許多問(wèn)題， I/O軟件必須能夠同時(shí)進(jìn)行妥善的解決。 ? I/O軟件的層次式結(jié)構(gòu) 中斷處理程序 ? I/O中斷處理程序 ? 系統(tǒng)為每類設(shè)備設(shè)置一個(gè) I/O中斷處理程序，它們的入口地址被存放在內(nèi)存的固定單元中， 稱為中斷向量。 ? 在系統(tǒng)初啟時(shí) ， 系統(tǒng)為每類設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程（ 其中的一種方式 ） ， 執(zhí)行程序就是該設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 。 ? 為 每臺(tái) 設(shè)備建立 一個(gè) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程，它們分別負(fù)責(zé)專門(mén)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)工作。 ? 檢查 I/O請(qǐng)求的合法性。 ? 基本含義是 : 應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。在該表的每個(gè)表目中包含了三項(xiàng)：邏輯設(shè)備名、物理設(shè)備名和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口地址。 ? 用戶層軟件必須通過(guò)一組系統(tǒng)調(diào)用來(lái)取得操作系統(tǒng)服務(wù)。例如：為了提高設(shè)備利用率引入了脫機(jī)輸入輸出或采用SPOOLing技術(shù)，變一臺(tái)為“多臺(tái)設(shè)備”。 ? 把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating OnLine)，或稱為 假脫機(jī)操作?？梢?jiàn)，移動(dòng)磁頭僅能以 串行方式讀 /寫(xiě) ，致使其 I/O速度較慢 ；但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 故仍廣泛應(yīng)用于 中小型磁盤(pán) 設(shè)備中。 磁盤(pán)調(diào)度 磁盤(pán)調(diào)度 ? 掃描 (SCAN)算法 ? 進(jìn)程“饑餓”現(xiàn)象 ? SSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能，但卻可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生“饑餓” (Starvation)現(xiàn)象。 而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按 SCAN算法，對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列。 所傳送的數(shù)據(jù)量少，節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤(pán)高速緩存存儲(chǔ)空間到進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)的時(shí)間 磁盤(pán)高速緩存 ? 置換算法 ? 將磁盤(pán)中的盤(pán)塊寫(xiě)入高速緩存時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦咚倬彺嬷幸蜒b滿盤(pán)塊而需要將高速緩存中的數(shù)據(jù)先換出的問(wèn)題，常用算法有 LRU、 NRU、LFU等 ? 除了考慮 LRU外，還需考慮以下幾點(diǎn) ? 訪問(wèn)頻率 ? 可預(yù)見(jiàn)性，如正在寫(xiě)數(shù)據(jù)的未滿盤(pán)塊 ? 數(shù)據(jù)的一致性 內(nèi)存中已修改數(shù)據(jù)要寫(xiě)回磁盤(pán) 可將高速緩存中的所有盤(pán)塊數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè) LRU鏈，將會(huì)影響到數(shù)據(jù)一致性的盤(pán)塊和 很久都不可能再用 的盤(pán)塊放在LRU鏈的鏈頭，使其優(yōu)先被寫(xiě)回磁盤(pán)，不久后還要再使用的盤(pán)塊放到鏈尾 磁盤(pán)高速緩存 ? 周期性寫(xiě)回磁盤(pán) ? 在 LRU算法中，經(jīng)常被訪問(wèn)的盤(pán)塊數(shù)據(jù)可能一直保留在高速緩存中，長(zhǎng)期不被寫(xiě)回磁盤(pán) ? 在 UNIX系統(tǒng)中專門(mén)增設(shè)了一個(gè) 修改 (update)程序， 使之在后臺(tái)運(yùn)行，該程序周期性地調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用 SYNC。數(shù)據(jù)傳送時(shí)采用并行傳輸方式。 ? RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。 廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列 ? RAID的優(yōu)點(diǎn) ? 可靠性高 ? 采用容錯(cuò)技術(shù) ? 可實(shí)現(xiàn)鏡像、雙工等冗余方式 ? 磁盤(pán) I/O速度高 ? 采用并行交叉存取，提高速度 ? 性能 /價(jià)格比高 ? 與其他高性能磁盤(pán)系統(tǒng)相比，容量、速度、可靠性高，但價(jià)格低。 ? RAID 4級(jí)。 ? 利用一臺(tái)磁盤(pán)陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)可靠的、快速的大容量磁盤(pán)系統(tǒng)。 ? 指針交付 。 磁盤(pán)調(diào)度 磁盤(pán)調(diào)度 ? NStepSCAN和 FSCAN調(diào)度算法 ? NStepSCAN算法 ? 在 SSTF、 SCAN及 CSCAN幾種調(diào)度算法中， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況，稱為“ 磁臂粘著 ” (Armstickiness)。 磁盤(pán)調(diào)度 磁盤(pán)調(diào)度 ? 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) ? 要求訪問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近。這種結(jié)構(gòu)的磁盤(pán)主要用于 大容量磁盤(pán) ? 移動(dòng)頭磁盤(pán) ? 每一個(gè)盤(pán)面僅配有一個(gè)磁頭 ，也被裝入磁臂中。 ? 在多道程序環(huán)境下，其