【正文】 個磁盤發(fā)生故障時 ，磁盤陣列管理軟件可以恢復(fù)存儲在該磁盤上的數(shù)據(jù) 。 133 RAID技術(shù) ? RAID(Redundant Array of Independent/ Inexpensive Disks)：獨(dú)立或廉價磁盤冗余陣列，其中， ? “獨(dú)立”是目前通用的一個行業(yè)術(shù)語，強(qiáng)調(diào)RAID陣列的重要性和可靠性； ? “廉價”是較早使用的一個術(shù)語，重在強(qiáng)調(diào)RAID磁盤陣列中采用的相對較小的、價格較便宜的磁盤。 包括： 1. 磁盤鏡像 2. 磁盤雙工 130 磁盤鏡像 ? 在同一磁盤控制器上 ， 連接兩個完全相同的磁盤驅(qū)動器 ， 如圖 。 126 第一級容錯技術(shù) ? 最早出現(xiàn)、最基本的容錯技術(shù)，包括： 1. 雙份目錄和雙份文件分配表 2. 熱修復(fù)重定向和寫后讀校驗 127 雙份目錄和雙份文件分配表 ? 文件目錄和文件分配表 FAT是文件管理所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可在不同的磁盤上或同一磁盤的不同區(qū)域中，分別建立維護(hù)兩份目錄和 FAT。 2. 周期性地進(jìn)行寫。 ? 文件的存儲方式對系統(tǒng)訪問文件的效率的影響主要在于：訪問文件總的尋道時間和總的旋轉(zhuǎn)延遲。 ? 使用緩存需要基于兩個要素：一是訪問頻率 ， 二是基于局部性原理的提前讀技術(shù) 。這種策略風(fēng)險最大，效率高； 2. 周期性地進(jìn)行寫。 ? 對于高檔的服務(wù)器而言 ， 大的硬件緩存更能提高磁盤 I/O的性能 。 98 掃描算法 Scan ? 這種算法比較公平 ， 效率很高； ? 但是 ， 若在某一段時間內(nèi)某一磁道的訪問請求不斷 ， 則磁頭引臂將停留在該磁道上不動（ 稱為磁臂粘著 ） ， 磁盤被相應(yīng)的進(jìn)程壟斷 ，所有其他磁道上的請求將在較長時間內(nèi)得不到服務(wù) 。 ? 因此 ， 這種簡單的算法只適合于負(fù)載很輕的系統(tǒng) 。 92 調(diào)整磁盤 I/O性能 ? 磁盤的平均尋道時間和轉(zhuǎn)速是固定不變的 。 ? 假設(shè) Tr為旋轉(zhuǎn)延遲， r為磁盤轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)數(shù) /單位時間） 那么 Tr ＝ 1/(2r) 例： 1. 對于一個轉(zhuǎn)速為 3600rpm的硬盤而言，其每旋轉(zhuǎn)一周的時間為 ，其平均旋轉(zhuǎn)延遲為 。 ? 固定頭磁盤的優(yōu)點(diǎn)是訪問速度快 ， 其缺點(diǎn)是成本較高 、 容量受磁頭數(shù)量限制 。 數(shù)據(jù)保存在各個扇區(qū)中 ，每個扇區(qū)內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量相同 ， 為 2的冪次 ，例如 512字節(jié) 、 1024字節(jié)甚至 2048字節(jié) 。 ? 核心思想：在 快速輔助存儲設(shè)備中 建立 I/O緩沖區(qū) ，用于緩存從慢速輸入設(shè)備流入內(nèi)存的數(shù)據(jù) ， 或緩存從內(nèi)存流向慢速輸出設(shè)備的數(shù)據(jù) 。所以，進(jìn)程 I/O所需的時間較短，提高了進(jìn)程的推進(jìn)速度。使用完畢時 ， 釋放的緩沖區(qū)將被鏈接到鏈表中 。 64 緩沖池 ? 上述三種緩沖區(qū)的組織形式僅適用于某種特定的I/O進(jìn)程和計算進(jìn)程，屬于專用緩沖。 ? 如果 T遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 C，即外部設(shè)備的 I/O速度比用戶進(jìn)程的計算速度慢得多，那么，單 I/O緩沖區(qū) 不會顯著改善 用戶進(jìn)程的性能。 57 硬件緩沖和軟件緩沖 ? 硬件緩沖區(qū) 配置在設(shè)備中 ， 具有專門的用途 。 因此 ，進(jìn)程使用共享型設(shè)備之前 ， 有一個隱含的申請命令；使用完畢以后 ， 有一個隱含的釋放命令 ， 以實現(xiàn)一次基本 I/O傳輸期間的排它性 ， 保證操作的正常進(jìn)行 。 49 設(shè)備類別 設(shè)備總數(shù) 可用設(shè)備數(shù) 設(shè)備等待隊列 UCB首址 打印機(jī) 5 4 ?? ?? 讀卡機(jī) 3 3 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 50 設(shè)備分配算法 ? 先來先服務(wù) — 根據(jù)進(jìn)程對某設(shè)備提出請求的先后次序 ， 將這些進(jìn)程排成一個設(shè)備請求隊列 。 47 優(yōu)點(diǎn) ? 提高設(shè)備的利用率 。 ? 共享型設(shè)備包括除磁帶機(jī)以外的所有塊型設(shè)備。 對這類設(shè)備來說 ， 塊是存儲分配的基本單位 ， 也是 I/O傳輸?shù)幕締挝?。 38 輸入 /輸出型 VS 存儲型設(shè)備 ? 輸入 /輸出型設(shè)備：鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 顯示器 、讀卡機(jī) 、 掃描儀 、 打印機(jī) 、 繪圖儀 、 數(shù)碼相機(jī)等 。 — 通道程序是通道指令的有序序列 ， 它由系統(tǒng)中的輸入 /輸出進(jìn)程根據(jù)用戶進(jìn)程的 I/O要求來確定 ， 可以是事先編制好的程序段 ，也可以動態(tài)產(chǎn)生 。 ? 對于塊設(shè)備而言，這種方式的效率還是顯得有些低下。 ② 處理機(jī)不斷地循環(huán)測試忙標(biāo)志 ， 直到忙標(biāo)志變?yōu)?0； ③ 處理機(jī)通過 I/O讀指令將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器中取出 ， 送入內(nèi)存中指定單元； ④ 若數(shù)據(jù)已讀完 ， 則結(jié)束本過程 ， 否則轉(zhuǎn) ① ， 繼續(xù)讀下一個數(shù)據(jù) 。 ? “ 即插即用 ” 技術(shù)取消了跳線和軟件配置程序 ， 當(dāng)用戶插入一個 “ 即插即用 ” 適配卡或設(shè)備時 ， “ 即插即用 ” 功能就可以自動進(jìn)行檢測 ， 配置相應(yīng)的接口參數(shù) ， 并安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序 。 ? 常見的設(shè)備寄存器有：操作方式寄存器 、 命令寄存器 、 數(shù)據(jù)寄存器 、 狀態(tài)寄存器等 。 ? 從設(shè)備硬件相關(guān)層的內(nèi)部看 ， 該層主要實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動功能 。又稱為 I/O緩沖區(qū)。 ? 設(shè)備管理的這種功能稱為邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射功能 ， 簡稱 設(shè)備映射功能 。 ? 設(shè)備分配程序 按照一定的策略 ， 為申請設(shè)備的用戶進(jìn)程分配設(shè)備 ， 記錄設(shè)備的使用情況 5 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 I/O緩沖區(qū)的管理 6 設(shè)備映射 ? 為了提高應(yīng)用軟件對運(yùn)行平臺的適應(yīng)能力 ，方便實現(xiàn)應(yīng)用軟件 I/O重定向 ， 大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)均支持應(yīng)用軟件對設(shè)備的無關(guān)性 ，即通常所說的 設(shè)備無關(guān)性 ， 或者 設(shè)備獨(dú)立性 。 — 物理設(shè)備則指 ， 物理 I/O系統(tǒng)中實際安裝的設(shè)備 。 11 設(shè)備驅(qū)動 ? 設(shè)備驅(qū)動程序與硬件密切相關(guān)，應(yīng)為每一類設(shè)備配置一種驅(qū)動程序。 ? 設(shè)備硬件無關(guān)層主要實現(xiàn)： I/O緩沖區(qū)管理以及設(shè)備映射功能 。 ? 由于設(shè)備中電子部分比機(jī)械部分的速度快得多 。 ? 無論一個設(shè)備是否由多個控制器控制 ， 或者一個控制器控制了多少個設(shè)備 ， 每一個設(shè)備都能通過這些寄存器的地址唯一確定 。 28 設(shè)備驅(qū)動程序 ? 設(shè)備驅(qū)動程序一般由設(shè)備制造商提供 ， 不包含在操作系統(tǒng)中 。 否則 ， 轉(zhuǎn) ① ， 繼續(xù) 。 33 DMA的特點(diǎn) ? 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇?數(shù)據(jù)塊 ； ? 數(shù)據(jù)直接從設(shè)備送入內(nèi)存 ， 或者直接從內(nèi)存送入設(shè)備； ? 僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時 ，才需要處理機(jī)的干預(yù) 。 多組數(shù)據(jù)全部傳送完畢后 (即一個通道程序執(zhí)行完畢 )， 才向處理機(jī)發(fā)出一次中斷 。主要用于長期保存信息，但需要管理其上的存儲空間。 40 獨(dú)占型 VS 共享型設(shè)備 ? 獨(dú)占型設(shè)備包括所有的字符型設(shè)備及磁帶機(jī) 。 41 設(shè)備分配 42 ? 分配：設(shè)備、控制器和通道 ? 需要記錄與他們相關(guān)的信息。 而此時 ， 其他同類設(shè)備可能空閑 。對于優(yōu)先級相同的進(jìn)程，則按先來先服務(wù)的原則進(jìn)行排隊，設(shè)備分配程序總是把設(shè)備分配給排在隊首的進(jìn)程。 ? 操作系統(tǒng)將在適當(dāng)?shù)臅r候響應(yīng)該請求以便把用戶進(jìn)程需要的下一個數(shù)據(jù)從用戶進(jìn)程指定的輸入設(shè)備讀入到 I/O 緩沖區(qū)中 。 其目的是為了彌補(bǔ)硬件緩沖區(qū)的不足 。 因此 ， 增加了一個緩沖區(qū)后 ， 前述的平均工作時間可近似為： max(T,C)。 65 緩沖池 ? 兩種緩沖池：分別用于塊型設(shè)備和字符型設(shè)備。 68 虛擬設(shè)備 69 虛擬設(shè)備的引入 ? 獨(dú)占型設(shè)備的速度一般較慢 ， 進(jìn)程常需要長時間等待 I/O傳輸完成 ， 影響進(jìn)程的推進(jìn)速度； ? 進(jìn)程在占有設(shè)備期間不一定一直使用此設(shè)備 ，而其他申請該設(shè)備的進(jìn)程只能阻塞等待 ， 降低了設(shè)備的利用率 ， 影響其他進(jìn)程的推進(jìn)速度 。 ? 這樣，多個進(jìn)程可以同時使用同一獨(dú)占型設(shè)備，而每個進(jìn)程對應(yīng)一個虛擬設(shè)備，提高了設(shè)備利用率。 軟盤使用前必須等待轉(zhuǎn)速從 0加速 ，并穩(wěn)定到額定轉(zhuǎn)速 ， 故工作效率較低 。 83 ? 磁盤的基本存儲單元 (扇區(qū) )的尋址方式為三維地址：柱面號、盤面號、扇區(qū)號。 86 影響磁盤 I/O性能的技術(shù)指標(biāo) ? 從磁盤讀數(shù)據(jù)的過程： 1. 磁盤接收到讀指令后，磁頭從當(dāng)前位置移到目標(biāo)磁道位置，所需的時間稱為 尋道時間 ； 2. 然后，旋轉(zhuǎn)磁盤，定位數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)，所需的時間稱為 旋轉(zhuǎn)延遲 ； 3. 最后，從磁盤上讀取數(shù)據(jù)，所需的時間稱為數(shù)據(jù)傳輸時間 。 ? 傳輸時間與硬盤的轉(zhuǎn)速和所讀 /寫的數(shù)據(jù)長度有關(guān)，當(dāng)一次讀 /寫的數(shù)據(jù)長度相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時，傳輸時間與平均旋轉(zhuǎn)延遲相同。 ? 磁頭的尋道操作屬于機(jī)械運(yùn)動 ， 花費(fèi)的時間較長 ，而且過度的尋道操作會大大縮短磁盤的壽命 。 服務(wù)次序： 1 2 3 4 5 …… 訪問磁道： 26 10 2 97 99 …… 97 掃描算法 Scan ? 也稱電梯算法 ， 其基本思想類似電梯的工作原理 。 100 N步掃描算法 NScan ? 在實際應(yīng)用中 ， N步掃描算法被簡化為：只為一次特定的掃描開始前已經(jīng)等待的訪問請求服務(wù) ， 以防止發(fā)生掃描算法中存在的不公平現(xiàn)象 ， 盡管這種不公平的現(xiàn)象對磁頭有利 。 有的操作系統(tǒng)允許用戶指定或調(diào)整此空間的大?。? ? 二是把系統(tǒng)中所有未使用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€緩沖池 ， 供請求分頁系統(tǒng)和磁盤高速緩存共享 ， 其大小不固定 ， 當(dāng)磁盤 I/O操作頻率時 ， 磁盤高速緩存區(qū)可能較大 。 106 優(yōu)化數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu) ? 磁盤 I/O常針對整個文件進(jìn)行 ， 如果一個文件被分散存儲到多個柱面上 ， 則讀 /寫這樣的文件時 ， 需要進(jìn)行多次尋道操作和旋轉(zhuǎn)延遲 。 108 ? 若將分散到多個柱面或磁道上的文件進(jìn)行類似內(nèi)存分配過程中的碎片整理 （ 緊湊 ） ， 使這些文件在物理上連續(xù)存儲 ， 則不僅能提高文件的讀 /寫性能 ，減少尋道時間和平均旋轉(zhuǎn)延遲 ， 而且能提高磁盤高速緩存的命中率 ， 從而提高整個系統(tǒng)效的效率 ， 減少磁盤的機(jī)械損耗 。此外，磁頭當(dāng)前位于 100號磁道上。若這些數(shù)據(jù)出了問題，或者存儲這些數(shù)據(jù)的磁盤報廢，其后果是非常嚴(yán)重的。 128 熱修復(fù)重定向和寫后讀校驗 ? 熱修復(fù)重定向 是指 ， 系統(tǒng)將一定的磁盤容量作為熱修復(fù)重定向區(qū) ， 用于存放當(dāng)發(fā)現(xiàn)磁盤塊有缺陷時的待寫數(shù)據(jù) ， 并對寫入該區(qū)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行登記 ， 以便于以后對此數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問 。數(shù)據(jù)被同時寫到兩個磁盤上。 135 RAID的構(gòu)成 ? 一組可以并行工作的磁盤所構(gòu)成的磁盤陣列 ? 在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行的或者在主機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的磁盤陣列管理軟件 。 此類 RAID技術(shù)對主機(jī)完全透明 ， 在主機(jī)看來 ， RAID就是一個容量大 、 速度快 、 可靠性高的磁盤 。 不但奇偶校驗磁盤的負(fù)擔(dān)較重 、 容易損壞 ， 而且多個獨(dú)立的寫操作不能并行進(jìn)行 。 153 演講完畢，謝謝觀看！