【正文】 會(huì)影響系統(tǒng)性能 。 62 雙緩沖 OS 外部設(shè)備 用戶進(jìn)程緩沖區(qū) 緩沖區(qū) ?增加一個(gè)緩沖區(qū) ， 兩個(gè)緩沖區(qū)可以交替使用 。 ? 當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備很多時(shí)，將會(huì)有許多這樣的循環(huán)緩沖區(qū)，消耗大量的內(nèi)存空間，而且其利用率也不高。 ? 緩沖區(qū)和緩沖池都屬于操作系統(tǒng)空間，用戶進(jìn)程不能直接對(duì)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 — 只能通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用間接地使用； — 或讓操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶進(jìn)程空間，或者相反。 ? 又由于共享型設(shè)備的存儲(chǔ)容量很大，可提供多個(gè)這樣的區(qū)域，因而虛擬設(shè)備的數(shù)量多，一般可為每個(gè)需要使用設(shè)備的進(jìn)程提供一個(gè)。 77 用戶進(jìn)程 注： 數(shù)據(jù)流 控制流 邏輯設(shè)備管理模塊 磁 盤(pán) 輸 輸 入 出 井 井 讀 打 卡 SPOOL ing 印 機(jī) 井管理程序 機(jī) S P O O L i n g S P O O L i n g 輸入程序 輸出程序SPOOL ing 技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理示意圖78 磁盤(pán)設(shè)備的管理 79 磁盤(pán)的性能和安全性 ? 磁盤(pán)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最重要的外部存儲(chǔ)設(shè)備之一 ? 影響磁盤(pán)性能和數(shù)據(jù)安全性的主要因素： — 磁盤(pán)性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速、尋道時(shí)間、磁盤(pán)緩存； — 磁盤(pán)控制器： IDE、 SCSI磁盤(pán)控制器； — RAID等磁盤(pán)容錯(cuò)技術(shù)； — 磁盤(pán)管理算法：磁盤(pán)調(diào)度算法、磁盤(pán)高速緩存、高性能的文件系統(tǒng)； 80 磁盤(pán)設(shè)備的物理特性 ? 磁盤(pán)由若干張圓形的盤(pán)片組成 ， 每張盤(pán)片上都涂有磁層 ， 用于記錄數(shù)據(jù)； ? 各盤(pán)片的圓心固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上 ， 該軸沿固定方向等速地轉(zhuǎn)動(dòng) ， 并帶動(dòng)磁盤(pán)組不停地旋轉(zhuǎn) 。 ? 扇區(qū)是磁盤(pán)進(jìn)行 I/O傳輸?shù)幕締挝?， 也是磁盤(pán)空間分配的基本單位 。 85 磁盤(pán)的磁頭工作方式 ? 移動(dòng)頭磁盤(pán)為每一個(gè)盤(pán)面配置一個(gè)磁頭 ， 所有盤(pán)面的磁頭被裝入磁臂中 ， 磁盤(pán) I/O時(shí) ，必須移動(dòng)磁頭 (尋道 )。 2. 對(duì)于一個(gè)轉(zhuǎn)速為 300rpm的軟盤(pán)而言，其每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為 200ms，其平均旋轉(zhuǎn)延遲為 100ms。 ? 為了提高磁盤(pán)的 I/O性能 ， 只能從磁盤(pán)調(diào)度的方式和訪問(wèn)數(shù)據(jù)的組織形式上入手 ， 即縮短尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲 。 96 最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 SSTF (Shortest Seek Time First) ? 為了克服 FCFS算法之缺點(diǎn) ， 人們提出了 SSTF算法 ， 即優(yōu)先為距離磁頭當(dāng)前所在位置最近的磁道服務(wù) 。 99 N步掃描算法 NScan ? N步掃描算法將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長(zhǎng)度為 N的子隊(duì)列 ， 磁盤(pán)調(diào)度程序按照 FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列 ， 而處理每一個(gè)子隊(duì)列時(shí) ， 則按照 SCAN算法 。 但是 ， 若磁盤(pán)機(jī)和磁盤(pán)控制器上沒(méi)有緩存 ， 那么 ， 就需要依靠磁盤(pán)高速緩存的作用 。風(fēng)險(xiǎn)較低，效率較高； 3. 立即寫(xiě)回，即只要高速緩存中的某盤(pán)塊數(shù)據(jù)被修改，便立即將它們寫(xiě)回磁盤(pán)。 ? 提前讀技術(shù)是使用緩存的關(guān)鍵 ， 當(dāng)讀入進(jìn)程申請(qǐng)的數(shù)據(jù)時(shí) ， 將其空間局部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一起提前讀 ， 以期在后面的操作中得到回報(bào)而在總體上節(jié)約時(shí)間 。 115 結(jié) 論 ? 當(dāng)系統(tǒng)訪問(wèn)一組磁盤(pán)扇區(qū)時(shí)，如果能夠減少總的尋道時(shí)間和總的旋轉(zhuǎn)延遲，那么系統(tǒng)的訪問(wèn)效率將得到提高。 3. 立即寫(xiě)回，稱為“寫(xiě)穿透高速緩存”，相當(dāng)于只有讀緩存而沒(méi)有寫(xiě)緩存。 ? 當(dāng)其中一個(gè)目錄或 FAT損壞時(shí)，系統(tǒng)便自動(dòng)啟用另一個(gè)目錄和 FAT，同時(shí)在磁盤(pán)的其它區(qū)域再建立新的文件目錄和 FAT。 同一數(shù)據(jù)被先后寫(xiě)到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器上 。 134 RAID技術(shù) ? RAID磁盤(pán)陣列技術(shù)能以較低的成本，提供大容量、快速、安全可靠的磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)。 140 ? 如果磁盤(pán)陣列管理軟件在主機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 軟件 實(shí)現(xiàn)的 RAID；如果磁盤(pán)陣列管理軟件在磁盤(pán)子系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 硬件 實(shí)現(xiàn)的 RAID， 相應(yīng)的硬件稱為RAID控制器或 RAID卡 。 ? RAID3的優(yōu)點(diǎn)是有較快的速度和較高的安全性 ， 磁盤(pán)空間的利用率為 (N1)/N， 成本相對(duì) RAID1較低 。 152 小結(jié) （續(xù)） ? 緩沖區(qū)技術(shù) 、 虛擬設(shè)備技術(shù) 、 磁盤(pán)調(diào)度策略等等 。 當(dāng)然 ， RAID5比 RAID3稍復(fù)雜 。 143 RAID1 ? 僅使用了磁盤(pán)鏡像或磁盤(pán)雙工技術(shù) ? 能提供最好的安全性 ， 其中任何一個(gè)磁盤(pán)損壞都不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失 ? 但磁盤(pán)容量的利用率只有 50%， 成本較高； ? 對(duì)磁盤(pán)的讀 /寫(xiě)性能沒(méi)有提高 。 138 條帶 Strip的粒度 ? 條帶可以是細(xì)粒度的（如一個(gè)字節(jié)或字）， 也可以是粗粒度的（如一個(gè)扇區(qū)或多個(gè)扇區(qū)）。 ? 可靠性更高 。 若寫(xiě)入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)一致 ， 則表示寫(xiě)入成功；否則 ， 重寫(xiě)數(shù)據(jù) 。 ? 磁盤(pán)容錯(cuò)技術(shù)通過(guò)在系統(tǒng)中設(shè)置 冗余部件 來(lái)提高系統(tǒng)可靠性。 ? 請(qǐng)問(wèn) ： 如果系統(tǒng)分別使用 FIFO策略、 SSTF算法、 SCAN算法調(diào)度磁盤(pán)，那么系統(tǒng)處理這 9個(gè)磁盤(pán)讀寫(xiě)請(qǐng)求時(shí)磁頭的平均尋道長(zhǎng)度為多少？ 118 FIFO 被訪問(wèn)的磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 55 45 58 3 39 19 18 21 90 72 160 70 150 10 38 1 12 184 146 總的尋道 長(zhǎng)度 4 9 8 平均尋道長(zhǎng)度 5 5 .3 119 SSTF 被訪問(wèn)的磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 90 10 58 32 55 3 39 16 38 1 18 2 0 150 132 160 10 184 24 總的尋道 長(zhǎng)度 248 平均尋道長(zhǎng)度 120 SCAN 被訪問(wèn)的磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 150 50 160 10 184 24 90 94 58 3 2 55 3 39 1 6 38 1 18 20 總的尋道 長(zhǎng)度 250 平均尋道長(zhǎng)度 121 Disk Cache的工作原理 ? 當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求從磁盤(pán) 讀入 一個(gè)扇區(qū)時(shí)，系統(tǒng)首先在disk cache中尋找該扇區(qū)的副本 如果能夠找到，那么系統(tǒng)將從 disk cache中取出該扇區(qū)的副本并返給用戶進(jìn)程； 否則，系統(tǒng)首先從磁盤(pán)上讀入該扇區(qū)并在 disk cache中為其建立一個(gè)副本，然后將該副本返給用戶進(jìn)程。 109 上節(jié)內(nèi)容回顧 ? 設(shè)備管理的主要功能：設(shè)備分配、設(shè)備映射、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、 I/O緩沖技術(shù) ? I/O緩沖區(qū)的組織形式：?jiǎn)尉彌_、雙緩沖、循環(huán)緩沖、緩沖池 ? 虛擬設(shè)備技術(shù)：引入的原因、實(shí)現(xiàn)方法、SPOOLing系統(tǒng)實(shí)例 ? 磁盤(pán)設(shè)備的管理： 1. 磁盤(pán)性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速、尋道時(shí)間、磁盤(pán)緩存； 2. 磁盤(pán)管理算法：磁盤(pán)調(diào)度、 Disk Cache、高性能的文件系統(tǒng)； 110 磁盤(pán)的平均訪問(wèn)時(shí)間 尋道時(shí)間＋旋轉(zhuǎn)延遲＋傳輸時(shí)間 111 引入磁盤(pán)調(diào)度的例子 ? 假定 ：一個(gè)硬盤(pán)的扇區(qū)長(zhǎng)度為 512個(gè)字節(jié)，磁道長(zhǎng)度為 32個(gè)扇區(qū)，平均尋道時(shí)間為 20ms，傳輸速率為1MB/s,轉(zhuǎn)速為 3600rpm。 但隨著系統(tǒng)使用時(shí)間的積累 ， 文件會(huì)不斷被用戶刪除或新建 。但數(shù)據(jù)其實(shí)是被寫(xiě)入高速緩存中，并未真正寫(xiě)到磁盤(pán)上。 101 磁盤(pán)高速緩存 ? 指，操作系統(tǒng)利用內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的、專門針對(duì)磁盤(pán) I/O操作的緩沖區(qū)。 在磁頭移動(dòng)過(guò)程中 ， 如果經(jīng)過(guò)的磁道有訪問(wèn)請(qǐng)求 ， 則為其服務(wù) 。 94 先到先服務(wù)算法 FCFS (First Come First Serve) ? FCFS算法按照輸入 /輸出請(qǐng)求的先后次序?yàn)楦鱾€(gè)進(jìn)程服務(wù) 。 ? 由于緩存不可能很大 ， 因此對(duì)于密集訪問(wèn)磁盤(pán)的系統(tǒng)而言 ， 緩存并不能發(fā)揮多大的作用 ， 但由于多數(shù)系統(tǒng)是間歇地訪問(wèn)磁盤(pán) ， 因而緩存在很多時(shí)候還是能發(fā)揮較大的作用 。 是影響磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率的重要參數(shù) ， 與磁頭移過(guò)的磁道數(shù)量成正比 。 ? 顯然，這里就存在著一維地址與三維地址間相互轉(zhuǎn)換的問(wèn)題 ? 為了提高效率，對(duì)于移動(dòng)磁頭式磁盤(pán)機(jī)來(lái)說(shuō)，磁頭引臂的機(jī)械運(yùn)動(dòng) (尋道 )速度最慢，其次才是盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，因此，編排邏輯塊號(hào)時(shí)，扇區(qū)號(hào)先變化，其次是盤(pán)面號(hào)，最后才是柱面號(hào)。 ? 磁盤(pán)組中各盤(pán)面上序號(hào)相同的磁道構(gòu)成一個(gè)柱面 ，由外向內(nèi)依次編號(hào) ， 若磁盤(pán)組有 l個(gè)柱面 ， 則編號(hào)為 0,1,2,? ,l1， 稱為柱面號(hào) 。 74 輸出型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn) ? 對(duì)于輸出型虛擬設(shè)備來(lái)說(shuō) ， 數(shù)據(jù)的流向： 內(nèi)存 共享型設(shè)備 獨(dú)占型設(shè)備 ? 假定用于輸出的獨(dú)占型設(shè)備是打印機(jī) ， 用于實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的共享型設(shè)備是磁盤(pán) ， 則對(duì)于進(jìn)程所發(fā)出的資源申請(qǐng)命令 、 使用命令及釋放命令 ， 操作系統(tǒng)需要完成的工作如下： 75 輸出型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn) ① 申請(qǐng) 分配一臺(tái)虛擬設(shè)備 (磁盤(pán)區(qū)域 )； ② 使用 將數(shù)據(jù)由進(jìn)程空間傳送到虛擬設(shè)備(磁盤(pán)區(qū)域 )； ③ 釋放 申請(qǐng)一臺(tái)實(shí)設(shè)備 (一臺(tái)打印機(jī) )， 將數(shù)據(jù)由虛擬設(shè)備 (磁盤(pán)區(qū)域 )輸出到實(shí)設(shè)備 (打印機(jī) )， 回收實(shí)設(shè)備 (打印機(jī) )。 70 虛擬設(shè)備技術(shù)的實(shí)現(xiàn) ? 虛擬設(shè)備技術(shù)類似緩沖區(qū)技術(shù)，可以認(rèn)為是為設(shè)備提供了多個(gè)