【正文】 （沒有冗余能力） 至少兩個盤 ? RAID1 把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上。試問處理完成 4個記錄的總時間是多少？為了縮短處理時間應當進行優(yōu)化分布，試問如何安排這些記錄。 該調用的主要功能是強制性地將所有在高速緩存中已修改的盤塊數(shù)據(jù)寫回磁盤 。 這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù) ， 傳送到請求者進程的內存工作區(qū)中 。 這樣 ， 所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時處理 。 在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2) 旋轉延遲時間 Tτ 這是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經歷的時間 。 通過這些磁頭可訪問所有各磁道 ， 并進行并行讀 /寫 ， 有效地提高了磁盤的 I/O速度 。 (5) 對于設置有通道的計算機系統(tǒng) ， 驅動程序還應能夠根據(jù)用戶的 I/O請求 ， 自動地構成通道程序 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 設 備 處 理 – 設備處理是指：在系統(tǒng)為請求 I/O的進程分配了設備以及相應的數(shù)據(jù)通路（控制器和通道）后，啟動設備去進行實際的 I/O操作，它通常是由（ 1）設備驅動程序 (2)I/O中斷服務程序配合完成。 事實上 ， 當系統(tǒng)中引入了多道程序技術后 ， 完全可以利用其中的一道程序 ， 來模擬脫機輸入時的外圍控制機功能 ， 把低速 I/O設備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機輸出時外圍控制機的功能 ， 把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設備上 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 在實現(xiàn)了設備獨立性的功能后 ， 可帶來以下兩方面的好處 。 (3) 虛擬設備。 B(number) ∶ Takebuf(type)。 (2) Nextg指針追趕上 Nexti指針。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 操作 P R 計數(shù) 內存地址 WRITE 0 0 80 813 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 300 2000 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 1 1 250 720 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 緩 沖 管 理 ? 緩沖的引入 – 凡是 數(shù)據(jù)到達 和 離去 速度不匹配的地方均可采用緩沖技術。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. DMA工作過程 圖 59 DMA方式的工作流程 設置 AR 和 DC 初值啟動 D M A 傳送命 令挪用存 儲器周期傳送數(shù)據(jù)字存儲器 地址增 1字計數(shù) 寄存器減 1DC ＝ 0?請求中 斷在繼續(xù) 執(zhí)行用戶程序的 同時, 準備又一 次傳送否是第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 I/O通道控制方式 1. I/O通道控制方式的引入 I/O通道方式是 DMA方式的發(fā)展 ， 它可進一步減少 CPU的干預 ， 即把對一個數(shù)據(jù)塊的讀 (或寫 )為單位的干預 ， 減少為對一組數(shù)據(jù)塊的讀 (或寫 )及有關的控制和管理為單位的干預 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. DMA控制器的組成 圖 58 DMA控制器的組成 DRM A RDCCRI / O控制邏輯…主機—控制器 接口 控制器 與塊設備接口c o u n t內存C P U命令系統(tǒng)總 線 D M A 控制器第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 為了實現(xiàn)在主機與控制器之間成塊數(shù)據(jù)的直接交換 ， 必須在 DMA (1) 命令 /狀態(tài)寄存器 CR。 僅當輸完一個數(shù)據(jù)時 ， 才需 CPU花費極短的時間去做些中斷處理 。 CPU響應中斷，控制轉給操作系統(tǒng)。 如打印機，終端。（如打印機，磁帶等） (2) 共享設備。 由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位 ， 故而得名 。 第一類是 低速設備 ， 這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)至數(shù)百個字節(jié)的一類設備 。 典型的高速設備有磁帶機 、 磁盤機 、 光盤機等 。 其基本單位是字符 ， 故稱為字符設備 。 可以控制一個或者多個設備，完成設備與主機間的連接和通訊 設備控制器中有一組寄存器， CPU通過向其中的控制寄存器寫命令字來執(zhí)行 I/O操作； I/O情況以及設備狀況均放在狀態(tài)寄存器中；還包括一些設備數(shù)據(jù)緩沖寄存器 每個寄存器均要編址 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 控制器卡上通常有一個插座，通過電纜與設備相連 控制器和設備之間的接口是一個標準接口，它符合 ANSI、 IEEE或 ISO這樣的國際標準 CPU 外 部 設 備 控 制 邏 輯 電 路 控制寄存器 狀態(tài)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 1. 設備控制器的基本功能 1) 接收和識別命令 2) 數(shù)據(jù)交換 3) 標識和報告設備的狀態(tài) 4) 地址識別 5) 數(shù)據(jù)緩沖 6) 差錯控制 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. 設備控制器的組成 圖 52 設備控制器的組成 數(shù)據(jù)寄 存器控制/ 狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)線I / O 邏輯?控制器與設備接口1控制器與設備接口 i數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制?地址線控制線C P U 與控制 器接口 控 制 器 與 設 備 接 口第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 通道技術 ：通道是獨立于 CPU的專門負責數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸工作的處理機，對外部設備實現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對輸入 /輸出操作進行控制，從而使輸入，輸出操作可與 CPU并行操作。 一旦 CPU發(fā)出指令，啟動通道，則通道獨立于 CPU工作。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. 局部總線 (Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)總線 2) PCI(Peripheral Component Interface) 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 I/O控制方式 程序 I/O方式 在程序 I/O方式中 ， 由于 CPU的高速性和 I/O設備的低速性 ， 致使 CPU的絕大部分時間都處于等待 I/O設備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測試中 ， 造成對 CPU的極大浪費 。 可見 ，中斷驅動方式可以成百倍地提高 CPU的利用率 。 用于暫存從設備到內存 ， 或從內存到設備的數(shù)據(jù) 。 (3) 計數(shù)。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 圖 513 雙機通信時緩沖區(qū)的設置 緩沖區(qū) 緩沖區(qū)A 機 B 機( a ) 單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A 機 B 機( b ) 雙緩沖第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 循環(huán)緩沖 1. 循環(huán)緩沖的組成 圖 514 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423N e x t iN e x t gRGGGRC165423N e x t iN e x t gc u r r e n t第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. (1) Getbuf過程。 (3) 輸出隊列 outq。 Signal(RS(type))。 為了實現(xiàn)設備獨立性而引入了邏輯設備和物理設備這兩個概念 。 而對各種設備的寫操作，也都使用 write。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 4. SPOOLing系統(tǒng)的特點 (1) 提高了 I/O的速度。 (2) 檢查用戶 I/O請求的合法性 ， 了解 I/O設備的狀態(tài) ， 傳遞有關參數(shù) ， 設置設備的工作方式 。 (3) 驅動程序與 I/O設備所采用的 I/O控制方式緊密相關 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. 磁盤訪問時間 1) 尋道時間 Ts 這是指把磁臂 (磁頭 )移動到指定磁道上所經歷的時間 。對 SSTF算法略加修改后所形成的 SCAN算法 ， 即可防止老進程出現(xiàn) “ 饑餓 ” 現(xiàn)象 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2) FSCAN FSCAN算法實質上是 N步 SCAN算法的簡化 ， 即FSCAN只將磁盤請求隊列分成兩個子隊列 。 此時高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 (2) 可預見性。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 提高磁盤 I/O速度的其它方法 1. 提前讀 (ReadAhead) 2. 延遲寫 3. 優(yōu)化物理塊的分布 4. 虛擬盤 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? 例子 ? 假設有 4個記錄 A,B,C,D存放在某個磁盤的某個磁道上，該磁道劃分為 4塊，每塊存放 1條記錄。 (4) RAID 5級。 (3) 性能 /價格比高。 (2) RAID 1級。 而在 MSDOS中所采用的方法是：只要高速緩存中的某盤塊數(shù)據(jù)被修改 ， 便立即將它寫回磁盤 ， 并將這種高速緩存稱為 “ 寫穿透 、 高速緩存 ” (writethrough cache)。 后一種方式由于所傳送的數(shù)據(jù)量少 ， 因而節(jié)省了數(shù) 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. 置換算法 由于請求調頁中的聯(lián)想存儲器與高速緩存 (磁盤 I/O中 )的工作情況不同 ， 因而使得在置換算法中所應考慮的問題也有所差異 。 高速緩存在內存中可分成兩種形式 。 當正在處理某子隊列時 ， 如果又出現(xiàn)新的磁盤 I/O請求 ， 便將新請求進程放入其他隊列 ， 這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象 。 Tt的大小與每次所讀 /寫的字節(jié)數(shù) b和旋轉速度有關： rNbTt ?其中 ， r為磁盤每秒鐘的轉數(shù)； N為一條磁道上的字節(jié)數(shù) ， 當一次讀 /寫的字節(jié)數(shù)相當于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時 ， Tt與Tτ相同 ， 因此 ， 可將訪問時間 Ta表示為： rNbrTT sa ??? 21第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 磁盤調度 1. 先來先服務 FCFS(FirstCome, First Served) 優(yōu)點：簡單，公平； 缺點：效率不高，相臨兩次請求可能會造成最內到最外的柱面尋道，使磁頭反復移動，增加了服務時間，對機械也不利 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. 最短尋道時間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) 優(yōu)點：改善了磁盤平均服務時間； 缺點：造成某些訪問請求長期等待得不到服務 第五章 設 備