【正文】 扇區(qū)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；它與磁盤(pán)轉(zhuǎn)速相關(guān)，如：軟盤(pán)轉(zhuǎn)速可為600rpm(每分鐘轉(zhuǎn)速 )，硬盤(pán)可為 7200rpm。 ? 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 ：從指定扇區(qū)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)間。 返回 設(shè)備占用等待時(shí)間I / O 通道占用等待時(shí)間 柱面定位時(shí)間 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間磁盤(pán)設(shè)備忙第五章 設(shè) 備 管 理 由于 柱面定位時(shí)間 在訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間中占主要部分， 合理組成磁盤(pán)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置 可提高磁盤(pán) I/O性能。 例子：讀一個(gè) 128KB大小的文件： (1)文件由 8個(gè)連續(xù)磁道 (每個(gè)磁道 32個(gè)扇區(qū) )上的 256個(gè)扇區(qū)構(gòu)成： 20ms+(+)*8=220ms。 其中，柱面定位時(shí)間為 20ms，旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為 ，32扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為 ； (2)文件由 256個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū) 構(gòu)成： (20ms++)*256=7373ms。 其中， 1扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間為 ； 隨機(jī)分布時(shí)的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為連續(xù)分布時(shí)的 。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤(pán) I/O調(diào)度策略 ? 先進(jìn)先出 算法 ? 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 算法 ? 后進(jìn)先出算法 ? 掃描 (SCAN)算法 ? 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 ? N步掃描 (NstepSCAN)算法 ? 雙隊(duì)列掃描 (FSCAN)算法 返回 來(lái)自不同進(jìn)程的磁盤(pán) I/O請(qǐng)求構(gòu)成 一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列 。磁盤(pán) I/O調(diào)度的主要目標(biāo)就是減少請(qǐng)求隊(duì)列對(duì)應(yīng)的 平均柱面定位時(shí)間 。 第五章 設(shè) 備 管 理 1. 先來(lái)先服務(wù) FCFS(FirstCome, First Served) 圖 623 FCFS調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán) : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) 圖 624 SSTF調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán) : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 3. 掃描 (SCAN)算法 1) 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 。 因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請(qǐng)求到達(dá) ， 且其所要訪(fǎng)問(wèn)的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近 ， 這種新進(jìn)程的 I/O請(qǐng)求必須優(yōu)先滿(mǎn)足 。對(duì) SSTF算法略加修改后所形成的 SCAN算法 ， 即可防止老進(jìn)程出現(xiàn) “ 饑餓 ” 現(xiàn)象 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2) SCAN算法 圖 625 SCAN調(diào)度算法示例 本算法不僅考慮到預(yù)訪(fǎng)問(wèn)磁道和當(dāng)前磁道之間的 距離 ，更 優(yōu)先考慮 的是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向 。 又稱(chēng)電梯調(diào)度算法 下列請(qǐng)求序列等待訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán) : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 圖 626 CSCAN調(diào)度算法示例 只按一個(gè)方向走 下列請(qǐng)求序列等待訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán) : 5 5 3 1 90、 160、 150、 3 184 第五章 設(shè) 備 管 理 假定在某移動(dòng)臂磁盤(pán)上，剛剛處理了訪(fǎng)問(wèn) 75號(hào)柱面的請(qǐng)求，目前正在 80號(hào)柱面上讀信息，并有下列請(qǐng)求序列等待訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)： 請(qǐng)求序列： 1 2 3 4 5 6 7 8 預(yù)訪(fǎng)問(wèn)的柱面號(hào)： 160 40 190 188 90 58 32 102 試用； FCFS、 最短查找時(shí)間優(yōu)先算法 ， 電梯調(diào)度算法 (掃描算法 )， 循環(huán)掃描算法 ，分別排出實(shí)際處理上述請(qǐng)求的次序。 電梯調(diào)度算法 SCAN： 7 最短查找時(shí)間優(yōu)先算法： 3 先來(lái)先： 8 循環(huán)掃描算法 CSCAN： 6 算一下平均尋道長(zhǎng)度。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤(pán)高速緩存 (Disk Cache)*** 1. 磁盤(pán)高速緩存的形式 是 指利用 內(nèi)存 中的存儲(chǔ)空間 ， 來(lái)暫存從磁盤(pán)中讀出的一系列盤(pán)塊中的信息 。 因此 ， 這里的高速緩存是一組在 邏輯上 屬于磁盤(pán) ， 而 物理 上是 駐留在內(nèi)存 中的盤(pán)塊 。 高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式 。 第一種 是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來(lái)作為磁盤(pán)高速緩存 ， 其大小是固定的 ， 不會(huì)受應(yīng)用程序多少的影響； 第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池 ， 供請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)和磁盤(pán) I/O時(shí) (作為磁盤(pán)高速緩存 )共享 。 此時(shí)高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 當(dāng)磁盤(pán) I/O的頻繁程度較高時(shí) ， 該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運(yùn)行得較多時(shí) ， 該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 數(shù)據(jù)交付方式 系統(tǒng)可以采取兩種方式 ， 將 數(shù)據(jù)交付給請(qǐng)求進(jìn)程 ： (1) 數(shù)據(jù)交付 。 這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù) ， 傳送到請(qǐng)求者進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)中 。 (2) 指針交付 。 只將指向高速緩存中某區(qū)域的指針 ， 交付給請(qǐng)求者進(jìn)程 。 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)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 。 第五章 設(shè) 備 管 理 3. 置換算法 由于請(qǐng)求調(diào)頁(yè)中的 聯(lián)想存儲(chǔ)器 與高速緩存 (磁盤(pán) I/O中 )的工作情況不同 ， 因而使得在置換算法中所應(yīng)考慮的問(wèn)題也有所差異 。 因此 ， 現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設(shè)計(jì)其高速緩存的置換算法時(shí) ， 除了考慮到最近最久未使用這一原則外 ， 還考 (1) 訪(fǎng)問(wèn)頻率。 (2) 可預(yù)見(jiàn)性。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 第五章 設(shè) 備 管 理 4. 周期性地寫(xiě)回磁盤(pán) 在 UNIX系統(tǒng)中專(zhuān)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。 該調(diào)用的主要功能是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤(pán)塊數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán) 。 一般是把兩次調(diào)用 SYNC的時(shí)間間隔定為 30 s。 這樣 ， 因系統(tǒng)故障所造成的工作損失不會(huì)超過(guò) 30 s的勞動(dòng)量 。 而在 MSDOS中所采用的方法是： 只要高速緩存中的某盤(pán)塊數(shù)據(jù)被修改 ， 便立即將它寫(xiě)回磁盤(pán) ， 并將這種高速緩存稱(chēng)為 “ 寫(xiě)穿透 、 高速緩存 ” (writethrough cache)。 MSDOS所采用的寫(xiě)回方式 ， 幾乎不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動(dòng)磁盤(pán) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 引入高速緩沖的目的是“改善 CPU和 I/O設(shè)備之間速度不匹配的情況”。 上交大、清華、華中科大 何為磁盤(pán)高速緩存？說(shuō)明它為啥能提高磁盤(pán)的 I/O速度？ ? 指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間，來(lái)暫存從磁盤(pán)中讀出的一系列盤(pán)塊中的信息。因此，這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤(pán)， 而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤(pán)塊 。 ? 操作系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)辟一塊緩沖區(qū)來(lái)高速緩存最近被使用過(guò)的磁盤(pán)塊的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò) 預(yù)先讀 和 延遲寫(xiě) 技術(shù)利用磁盤(pán)緩沖以提高磁盤(pán)I/O速度。 CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的速度，為解決這一矛盾，可以采用（ ）。 A、并行技術(shù) b、緩沖技術(shù) c、虛存技術(shù) d、覆蓋技術(shù) b 第五章 設(shè) 備 管 理 Windows NT的設(shè)備管理 返回 1. NT的 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 硬件硬件抽象層I / O 訪(fǎng)問(wèn)例程核心態(tài)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序I / O 管理器I / O 子系統(tǒng)邏輯I / O設(shè)備I / O調(diào)度與控制驅(qū)動(dòng)程序支持例程第五章 設(shè) 備 管 理 ? I/O子系統(tǒng) ：實(shí)現(xiàn)文件化的 I/O函數(shù) ； – 通常的打開(kāi)、關(guān)閉和讀寫(xiě)函數(shù)； – 異步 I/O：應(yīng)用進(jìn)程在發(fā)出 I/O請(qǐng)求后，不需等待 I/O完成，可繼續(xù)其它工作； – 映射文件 I/O：把文件作為進(jìn)程虛擬空間的一部分進(jìn)行直接訪(fǎng)問(wèn)； – 快速 I/O：不通過(guò) I/O管理器，直接向驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出 I/O請(qǐng)求； ? I/O管理器 ：依據(jù)抽象 I/O操作創(chuàng)建和傳送 I/O請(qǐng)求包(IRP)； ? 核心態(tài)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ：將 I/O請(qǐng)求包轉(zhuǎn)化為對(duì)硬件設(shè)備的特定控制請(qǐng)求； ? 驅(qū)動(dòng)程序支持例程 ：供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用，以完成 I/O請(qǐng)求； ? 硬件抽象層 I/O訪(fǎng)問(wèn)例程 ：隔離驅(qū)動(dòng)程序與硬件平臺(tái)，以提高可移植性 (同體系結(jié)構(gòu)上的二進(jìn)制可移植和 NT支持平臺(tái)間的源代碼可移植 )； 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 核心態(tài)驅(qū)動(dòng)程序的類(lèi)型 ? 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序 ：實(shí)現(xiàn)文件 I/O請(qǐng)求到物理設(shè)備 I/O請(qǐng)求的轉(zhuǎn)換； ? 文件系統(tǒng)過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序 ：截取文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生的 I/O請(qǐng)求，執(zhí)行另外處理，并發(fā)出相應(yīng)的低層 I/O請(qǐng)求；如：容錯(cuò)磁盤(pán)； ? 類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序 (class driver)：實(shí)現(xiàn)對(duì)特定類(lèi)型設(shè)備的 I/O請(qǐng)求處理；如：磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)等； ? 端口驅(qū)動(dòng)程序 (port driver)：實(shí)現(xiàn)對(duì)特定類(lèi)型 I/O端口的 I/O請(qǐng)求處理；如： SCSI接口類(lèi)型； ? 小端口驅(qū)動(dòng)程序 ：把對(duì)端口類(lèi)型的 I/O請(qǐng)求映射到適配器類(lèi)型； ? 硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 (hardware device driver)：直接控制和訪(fǎng)問(wèn)硬件設(shè)備； NT采用 分層驅(qū)動(dòng)程序 的思想，只有最底層的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)硬件設(shè)備，高層驅(qū)動(dòng)程序都是進(jìn)行 高級(jí)I/O請(qǐng)求到低級(jí) I/O請(qǐng)求的轉(zhuǎn)換 工作；各層驅(qū)動(dòng)程序間的I/O請(qǐng)求通過(guò) I/O管理器 進(jìn)行。 第五章 設(shè) 備 管 理 2. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成 ? 初始化例程 ： I/O管理器在加載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，利用初始化例程創(chuàng)建系統(tǒng)對(duì)象； ? 調(diào)度例程集 ：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種 I/O操作；如：打開(kāi)、關(guān)閉、讀取、寫(xiě)入等； ? 啟動(dòng) I/O例程 ：初始化與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸； ? 中斷服務(wù)例程 (ISR)：設(shè)備 (軟 )中斷時(shí)的調(diào)用例程；要求快速簡(jiǎn)單； ? 中斷服務(wù)延遲過(guò)程調(diào)用 (DPC)例程 ：以?xún)?nèi)核線(xiàn)程方式，執(zhí)行 ISR執(zhí)行后的中斷處理工作； 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由一組處理 I/O請(qǐng)求的不同階段的例程組成。