計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)5-設(shè)備管理-資料下載頁
2025-05-22 11:27本頁面
【導(dǎo)讀】按傳輸速度的高低，可將I/O設(shè)備分為三類。屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、語音的。輸入和輸出等設(shè)備。第二類是中速設(shè)備，這是指其傳輸速率在。每秒鐘數(shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬個(gè)字節(jié)的一類設(shè)備。有行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。第三類是高速設(shè)備，這是指其。速設(shè)備有磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、光盤機(jī)等。第一類是塊設(shè)備，這類設(shè)備用于存儲(chǔ)信息。由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單。每個(gè)盤塊的大小為512B~4KB。磁盤設(shè)備的基本特征是其傳。第二類是字符設(shè)備，用于數(shù)據(jù)。其基本單位是字符，故稱為字符設(shè)備。實(shí)際上，I/O通道是一種特殊的處理機(jī)。指令的能力，并通過執(zhí)行通道(I/O)程序來控制I/O操作。一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單，式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。傳送，致使當(dāng)某臺(tái)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道?？偩€的傳輸速率高達(dá)32Mb/s，同樣可以連接12臺(tái)外部設(shè)備。I/O的循環(huán)測試中，造成對CPU的極大浪費(fèi)。
【正文】 速磁盤 ， m≤, 磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為 2 ms。 這樣 ， 對一般的溫盤 ， 其尋道時(shí)間將隨尋道距離的增加而增大 ， 大體上是 5~30 ms。 第五章 設(shè) 備 管 理 2) 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tτ 這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間 。 對于硬盤 ， 典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為 5400 r/min， 每轉(zhuǎn)需時(shí) ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tτ為 ms；對于軟盤 ， 其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或 600 r/min， 這樣 ， 平均 Tτ為 50~100 ms。 第五章 設(shè) 備 管 理 3) 傳輸時(shí)間 Tt 這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間 。 Tt的大小與每次所讀 /寫的字節(jié)數(shù) b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)： rNbTt ?其中 ， r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)； N為一條磁道上的字節(jié)數(shù) ， 當(dāng)一次讀 /寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時(shí) ， Tt與Tτ相同 ， 因此 ， 可將訪問時(shí)間 Ta表示為： rNbrTT sa ??? 21第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤調(diào)度 1. 先來先服務(wù) FCFS(FirstCome, First Served) 圖 523 FCFS調(diào)度算法 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 524 SSTF調(diào)度算法 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)程的請求到達(dá) ， 且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近 ， 這種新進(jìn)程的 I/O請求必須優(yōu)先滿足 。對 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 525 SCAN調(diào)度算法示例 第五章 設(shè) 備 管 理 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 圖 526 CSCAN調(diào)度算法示例 第五章 設(shè) 備 管 理 5. NStepSCAN和 FSCAN調(diào)度算法 1) NStepSCAN 在 SSTF、 SCAN及 CSCAN幾種調(diào)度算法中 ， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況 ， 例如 ， 有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程對某一磁道有較高的訪問頻率 ， 即這個(gè) (些 )進(jìn)程反復(fù)請求對某一磁道的 I/O操作 ， 從而壟斷了整個(gè)磁盤設(shè)備 。 我們把這一現(xiàn)象稱為 “ 磁臂粘著 ” (Armstickiness)。 在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況 。 N步 SCAN算法是將磁盤請求隊(duì)列分成若干個(gè)長度為 N的子隊(duì)列 ， 磁盤調(diào)度將按 FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列 。 而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按 SCAN算法 ， 對一個(gè)隊(duì)列處理完后 ， 再處理其他隊(duì)列 。 當(dāng)正在處理某子隊(duì)列時(shí) ， 如果又出現(xiàn)新的磁盤 I/O請求 ， 便將新請求進(jìn)程放入其他隊(duì)列 ， 這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象 。 當(dāng) N值取得很大時(shí) ， 會(huì)使 N步掃描法的性能接近于 SCAN算法的性能； 當(dāng) N=1時(shí) ， N步 SCAN算法便蛻化為FCFS算法 。 第五章 設(shè) 備 管 理 2) FSCAN FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是 N步 SCAN算法的簡化 ， 即FSCAN只將磁盤請求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列 。 一個(gè)是由當(dāng)前所有請求磁盤 I/O的進(jìn)程形成的隊(duì)列 ， 由磁盤調(diào)度按 SCAN算法進(jìn)行處理 。 在掃描期間 ， 將新出現(xiàn)的所有請求磁盤 I/O的進(jìn)程 ， 放入另一個(gè)等待處理的請求隊(duì)列 。 這樣 ， 所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時(shí)處理 。 第五章 設(shè) 備 管 理 磁盤高速緩存 (Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 是指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間 ， 來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息 。 因此 ， 這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤 ， 而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊 。 高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式 。 第一種是在內(nèi)存中開辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來作為磁盤高速緩存 ， 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 ， 供請求分頁系統(tǒng)和磁盤 I/O時(shí) (作為磁盤高速緩存 )共享 。 此時(shí)高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 當(dāng)磁盤 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) 第五章 設(shè) 備 管 理 3. 置換算法 由于請求調(diào)頁中的聯(lián)想存儲(chǔ)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(yīng)考慮的問題也有所差異 。 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) 訪問頻率。 (2) 可預(yù)見性。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 第五章 設(shè) 備 管 理 4. 周期性地寫回磁盤 在 UNIX系統(tǒng)中專門增設(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塊數(shù)據(jù)寫回磁盤 。 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 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)。 MSDOS所采用的寫回方式 ， 幾乎不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動(dòng)磁盤 。 第五章 設(shè) 備 管 理 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(shè) 備 管 理 廉價(jià)磁盤冗余陣列 1. 并行交叉存取 圖 527 磁盤并行交叉存取方式 1 2 3…N第五章 設(shè) 備 管 理 2. RAID (1) RAID 0級。 (2) RAID 1級。 (3) RAID 3級。 (4) RAID 5級。 (5) RAID 6級和 RAID 7級。 第五章 設(shè) 備 管 理 3. RAID的優(yōu)點(diǎn) (1) 可靠性高。 (2) 磁盤 I/O速度高。 (3) 性能 /價(jià)格比高。
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