【文章內(nèi)容簡介】 近訪問過的塊在棧頂。 – 當(dāng)高速緩存中的一個塊被訪問到時，它從棧中當(dāng)前的位臵移到棧頂。 – 當(dāng)一個塊從輔存中取入時，把位于棧底的那一塊移出，并把新到來的塊壓入棧頂。 – 當(dāng)然，并不需要在主存中真正移動這些塊，有一個棧指針與高速緩存相關(guān)聯(lián)。 47 獨立磁盤冗余陣列 (1) ? 利用一臺磁盤陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁盤驅(qū)動器 ， 組成速度快 、 可靠性高 、性能價格比好的大容量磁盤系統(tǒng) 。 ? 目的：增加容錯性 ， 獲得高性能 。 ? RAID填補 CPU速度快與磁盤設(shè)備速度慢之間的間隙 ,策略是 :一組小容量 、 獨立 、 可并行工作的磁盤組成陣列代替單一大容量磁盤 ， 再加進冗余技術(shù) ， 數(shù)據(jù)能用多種方式組織和分布存儲 ，于是 ， 獨立的 I/O請求能被并行處理 ， 數(shù)據(jù)分布的單個 I/O請求也能并行地從多個磁盤同時存取 ，從而 ， 增加容錯性 ， 改進 I/O性能 。 48 獨立磁盤冗余陣列 (2) RAID共同特性 ① RAID是一組物理磁盤驅(qū)動器，可被操作系統(tǒng)看作是單一邏輯磁盤驅(qū)動器 。 ② 數(shù)據(jù)被分布存儲在陣列橫跨的物理驅(qū)動器上 。 ③ 冗余磁盤的作用是保存奇偶校驗信息，當(dāng)磁盤出現(xiàn)失誤時它能確保數(shù)據(jù)的恢復(fù)。 49 50 RAID 0 ? RAID0連續(xù)的數(shù)據(jù)條帶 (每個條帶可規(guī)定為 1個或多個扇區(qū) )以輪轉(zhuǎn)方式寫到全部磁盤上，然后，采用并行交叉存取，減少 I/O請求排隊時間，適用于大數(shù)據(jù)量的 I/O請求，但并 無冗余校驗功能，可靠性較差 。 51 RAID 1 ? RAID1采用鏡像盤雙份所有數(shù)據(jù)來提高容錯性，讀請求擁有最小尋道時間，寫請求可并行完成。 缺點是容量下降一半，故成本很高 。 52 RAID 2 ? RAID2采用數(shù)據(jù)字或字節(jié)交叉存放，并行存取獲得高性能，使用 海明校驗碼 ，適合大量順序數(shù)據(jù)訪問。 由于使用多個冗余盤，成本較高 。 53 RAID 3 ? RAID3是 RAID2的簡化版本，差別是它 僅用一只冗余盤，采用奇偶校驗技術(shù) 。 54 RAID 4 ? RAID4采用 獨立存取磁盤陣列，數(shù)據(jù)條帶交叉存放 ，訪問請求可并行地獲得滿足，適合有較高 I/O請求速度的應(yīng)用場合，使用一只冗余盤存放奇偶校驗碼。 55 RAID 5 ? RAID5與 RAID4的組織類似，但 奇偶校驗碼循環(huán)分布在每個盤上使容錯性更好 。 56 RAID 6 ? RAID6采用 雙重冗余技術(shù)，即使有兩個數(shù)據(jù)磁盤發(fā)生錯誤，也可重新生成數(shù)據(jù) 。 57 I/O速度的方法 ?提前讀 延遲寫 虛擬盤 ? UNIX/Linux提供 兩種讀盤 和 三種寫盤 方式： ? 正常讀 把磁盤塊信息塊讀入主存緩沖區(qū)； ? 提前讀 讀磁盤當(dāng)前塊時 ， 下一磁盤塊也讀入主存緩沖區(qū)； ? 正常寫 把主存緩沖區(qū)中的信息寫到磁盤塊 ， 且寫進程應(yīng)等待寫操作完成； ? 異步寫 寫進程無需等待寫盤結(jié)束就可返回工作； ? 延遲寫 僅在緩沖區(qū)首部設(shè)臵延遲寫標(biāo)志 ， 然后 ， 釋放此緩沖區(qū) ， 并把該緩沖區(qū)鏈入空閑緩沖區(qū)鏈表的尾部 ， 當(dāng)其他進程申請到該緩沖區(qū)時 ， 才真正把緩沖區(qū)信息寫回磁盤塊 。 58 設(shè)備分配 設(shè)備獨立性 設(shè)備分配和設(shè)備分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 59 設(shè)備獨立性 ? 例 : – 系統(tǒng)擁有 A、 B兩臺卡片機 ， 現(xiàn)有作業(yè) J2申請一臺卡片機 ， 如果它指定使用卡片機 A， 作業(yè)J1已經(jīng)占用 A或者 A壞了 ， 雖然系統(tǒng)還有同類設(shè)備 B是好的且未被占用 ， 但也不能接受作業(yè) J2，這樣做很不合理 。 為了解決這一問題 ， 通常用戶不指定物理設(shè)備 ， 而指定邏輯設(shè)備 ， 使得用戶作業(yè)和物理設(shè)備獨立開來 ， 再通過其他途徑建立邏輯設(shè)備和物理設(shè)備之間的映射 ， 設(shè)備的這種特性稱 “ 設(shè)備獨立性 ” 。 60 設(shè)備獨立性 ? 用戶不指定特定設(shè)備 ， 指定邏輯設(shè)備 ， 使得用戶作業(yè)和物理設(shè)備獨立開來 ， ? 通過其它途徑建立邏輯設(shè)備和物理設(shè)備之間對應(yīng)關(guān)系 ， 這種特性為 “ 設(shè)備獨立性 ” 。 ? 好處 用戶與物理的外圍設(shè)備無關(guān) ， 系統(tǒng)增減或變更外圍設(shè)備時程序不必修改；易于對付輸入輸出設(shè)備的故障 。 61 設(shè)備分配 (1) ? 從設(shè)備的特性來看，可以把設(shè)備分成獨占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三類： ? 相應(yīng)的管理和分配外圍設(shè)備的技術(shù)可分成：獨占方式、共享方式和虛擬方式 。 62 設(shè)備分配 (1) ? 對獨占型設(shè)備，往往采用靜態(tài)分配，即在作業(yè)執(zhí)行前，將所要求使用的設(shè)備全部分配給它，當(dāng)作業(yè)執(zhí)行中不再需要使用這類設(shè)備，或作業(yè)結(jié)束撤離時，再收回設(shè)備。靜態(tài)分配實現(xiàn)簡單，能防止系統(tǒng)死鎖 ，但會降低設(shè)備利用率。例如，對打印機采用靜態(tài)分配，在作業(yè)執(zhí)行前分配給它，但一直到作業(yè)產(chǎn)生結(jié)果時才使用打印機，這樣，盡管這臺打印機在大部分時間里處于空閑狀態(tài)，但是，其他作業(yè)卻不能使用。 63 設(shè)備分配 (1) ? 如果對打印機采用 動態(tài)分配 ，在作業(yè)執(zhí)行過程中，要求輸出一批信息時，系統(tǒng)才把打印機分配給該作業(yè)，當(dāng)一個文件輸出完畢關(guān)閉時，系統(tǒng)就收回分配給該作業(yè)的打印機。采用動態(tài)分配后，在打印機上可能依次輸出若干個作業(yè)的信息，由于輸出信息以文件為單位，每個文件的頭和尾均設(shè)有標(biāo)志，如：用戶名、作業(yè)名、文件名等，操作員很容易辨認(rèn)輸出信息是屬于哪個用戶，所以，對某些獨占使用的設(shè)備， 采用動態(tài)分配方式，不僅是可行的而且也能提高設(shè)備利用率 。 64 設(shè)備分配 (1) ? 常用的 I/O設(shè)備分配算法 先請求先服務(wù) ， 優(yōu)先級高者先服務(wù) 等 。 此外 ， 在多進程請求 I/O設(shè)備分配時 ， 應(yīng)防止因循環(huán)等待對方所占用的設(shè)備而產(chǎn)生死鎖 ， 應(yīng)預(yù)先進行性檢查 。 65 設(shè)備分配 (2) I/O設(shè)備分配的實現(xiàn) (1) ? 設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：設(shè)備類表和設(shè)備表 。 ? 系統(tǒng)中擁有一張設(shè)備類表 ， 每類設(shè)備對應(yīng)于表中一欄 ， 包括內(nèi)容有：設(shè)備類 、 總臺數(shù) 、空閑臺數(shù)和設(shè)備表起始地址等 。 ? 每一類設(shè)備都有各自的設(shè)備表 ， 用來登記這類設(shè)備中每一臺設(shè)備的狀態(tài) ， 包含的內(nèi)容有：物理設(shè)備名 、 邏輯設(shè)備名 、 占有設(shè)備的進程號 、 已分配 /未分配 、 好 /壞等 。 66 設(shè)備分配 (3) I/O設(shè)備分配的實現(xiàn) (2) ? 采用通道結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中 ， 設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)臵：系統(tǒng)設(shè)備表 、 通道控制表 、控制器控制表和設(shè)備控制表 。 ? 系統(tǒng)建立一張系統(tǒng)設(shè)備表 ， 記錄配臵在系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的情況 。 ? 每個通道 、 控制器 、 設(shè)備各設(shè)臵一張表 ，記錄各自的地址 (標(biāo)識符 )、 狀態(tài) (忙 /閑 )、等待獲得此部件的進程隊列指針 、 及一次分配后相互勾鏈的指針 ， 以備分配和執(zhí)行 I/O時使用 。 67 虛擬設(shè)備 問題的提出 SPOOLING的設(shè)計和實現(xiàn) SPOOLING應(yīng)用例子 68 問題的提出 ?靜態(tài)分配方式是不利于提高系統(tǒng)效率 ?聯(lián)機同時外圍設(shè)備操作 (又稱作假脫機操作 ) ? Simultaneous Peripheral Operation OnLine ? 外圍設(shè)備同時聯(lián)機操作 69 斯普林系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn) (1) ? “井 ” 是用作緩沖的存儲區(qū)域 ， 采用井的技術(shù)能調(diào)節(jié)供求之間的矛盾 ， 消除人工干預(yù)帶來的損失 。 ? “ 預(yù)輸入程序 ” – 操作系統(tǒng)將一批作業(yè)從輸入設(shè)備上預(yù)先輸入到磁盤的輸入緩沖區(qū)中暫時保存 ， 這稱為 “ 預(yù)輸入 ” ， 此后 ， 由作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度作業(yè)執(zhí)行 ， 作業(yè)使用數(shù)據(jù)時不必再啟動輸入設(shè)備 ， 只要從磁盤的輸入緩沖區(qū)中讀入 ? “ 緩輸出程序 ” – 作業(yè)執(zhí)行中不必直接啟動輸出設(shè)備 ， 只要將作業(yè)的輸出數(shù)據(jù)暫時保存到磁盤的輸出緩沖區(qū) ， 當(dāng)作業(yè)執(zhí)行完畢后 ，由操作系統(tǒng)組織信息成批輸出 ? “ 井管理程序 ” 70 作業(yè)調(diào)度與進程調(diào)度的關(guān)系