【導讀】外圍設備驅(qū)動調(diào)度。虛擬設備及其實現(xiàn)。輸入型設備（外設?輸出型設備（主機?對于這類設備的處理程序由用戶提供，并將其納入系統(tǒng)，由系統(tǒng)代替用戶實施管理。備，一般為低速I/O設備。備，其資源利用率高。在一類設備上模擬另一類設備，常用共。操作系統(tǒng)基本上與控制器打交道，而。多數(shù)PC的CPU和控制器之間的通信采用。為了達到設計的模塊性和通用。性，一般將其分開。電子部件稱為設備控制器或適配器，控制器通過中斷通知CPU已經(jīng)。做好準備，寄存器可以讀寫。完成具體的I/O操作。當命令執(zhí)行完畢后，控制器發(fā)出一。的控制權并檢查執(zhí)行結(jié)果。①接收和識別CPU或通道發(fā)來的命令;命令寄存器及譯碼器,用于對設備操作進行控制的I/O邏輯。USB支持同步數(shù)據(jù)傳輸方式和異步數(shù)據(jù)。USB可以主動為外部設備提供電源，允。允許外部設備的熱插拔。制指令、設備狀態(tài)查詢及確認命令。用來傳輸要求正確無誤的數(shù)據(jù)。

　　

【正文】 運行得較多時 ， 該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間 。 磁盤高速緩存 (Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 139 系統(tǒng)可以采取兩種方式 ， 將數(shù)據(jù)交付給請求進程： (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)從磁盤高速緩存存儲空間到進程的內(nèi)存工作區(qū)的時間 2. 數(shù)據(jù)交付方式 140 由于請求調(diào)頁中的聯(lián)想存儲器與高速緩存 (磁盤 I/O中 )的工作情況不同 ， 因而使得在置換算法中所應考慮的問題也有所差異 。 因此 ， 現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設計其高速緩存的置換算法時 ， 除了考慮到最近最久未使用這一原則外 ， (1) 訪問頻率。 (2) 可預見性。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 3. 置換算法 141 在 UNIX系統(tǒng)中專門增設了一個修改 (update)程序 ， 使之在后臺運行 ， 該程序周期性地調(diào)用一個系統(tǒng)調(diào)用 SYNC。 該調(diào)用的主要功能是強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超過 30 s的勞動量 。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 ， 幾乎不會造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動磁盤 。 4. 周期性地寫回磁盤 142 1. 提前讀 (ReadAhead) 2. 延遲寫 3. 優(yōu)化物理塊的分布 4. 虛擬盤 提高磁盤 I/O速度的其它方法 143 廉價磁盤冗余陣列 1. 并行交叉存取 圖 527 磁盤并行交叉存取方式 144 磁盤冗余陣列 (1) ?獨立磁盤冗余陣列是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 ,組成一個速度快 、 可靠性高 、 性能價格比好的大容量磁盤系統(tǒng) 。 ? RAID填補了 CPU速度快與磁盤設備速度慢之間的間隙 ,其策略是 : 145 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，當磁盤出現(xiàn)失誤時它能確保數(shù)據(jù)的恢復。 146 磁盤冗余陣列 (3) RAID level 0(1) ?數(shù)據(jù)劃成條塊被分布存儲在橫跨陣列中的所有磁盤上 ?邏輯上連續(xù)的數(shù)據(jù)條塊，在物理上可被依次存儲在橫向相鄰的磁盤驅(qū)動器上 ?通過陣列管理軟件進行邏輯地址空間到物理地址空間的映射 ?優(yōu)點和缺點 147 磁盤冗余陣列 (4) Strip0 Strip4 Strip8 Strip12 Strip1 Strip5 Strip9 Strip13 Strip10 Strip3 Strip7 Strip15 Strip11 Strip2 Strip6 Strip14 Strip10 RAID Level 0(2) 148 Strip0 Strip4 Strip8 Strip12 Strip1 Strip5 Strip9 Strip13 Strip10 Strip3 Strip7 Strip15 Strip11 Strip2 Strip6 Strip14 Strip10 Data mapping for a RAID Level0 Array Strip0 Strip1 Strip2 Strip3 Strip4 Strip5 Strip6 Strip7 Strip8 . . . Array Management software 磁盤冗余陣列 (5) RAID level 0(3) 149 磁盤冗余陣列 (6) RAID level 1(1) ? 雙份數(shù)據(jù) ， 每個盤都有一個包含相同數(shù)據(jù)的鏡像盤 。 ① 讀請求能通過包含相同請求數(shù)據(jù)中的任何一個磁盤提供服務 ， 其中的一個所化查找和搜索時間最少 。 ② 寫操作時 ， 要求改寫對應的兩個數(shù)據(jù)子塊 ， 可采用并行操作 ， 寫操作的性能由并行操作中較慢的一個決定 。 ③ 一個驅(qū)動器出現(xiàn)故障 ， 數(shù)據(jù)可以從鏡像盤獲得 。 150 Strip0 Strip4 Strip8 Strip12 Strip1 Strip5 Strip9 Strip13 Strip3 Strip7 Strip15 Strip11 Strip2 Strip6 Strip14 Strip10 RAID Level 1 (Mirrored) Strip0 Strip4 Strip8 Strip12 Strip1 Strip5 Strip9 Strip13 Strip3 Strip7 Strip15 Strip11 Strip2 Strip6 Strip14 Strip10 磁盤冗余陣列 (7) RAID level 1(2) 151 磁盤冗余陣列 (8) RAID level 2 (1) ? 采用并行存取技術 ， 驅(qū)動器的移動臂同步工作 ， 每個磁盤的磁頭都在相同位置 。 糾錯碼按照橫跨的每個數(shù)據(jù)盤的相應位計算 ， 并存儲在多只奇偶校驗盤的相應位的位置 。 ? 奇偶校驗磁盤的數(shù)量與數(shù)據(jù)盤的多少成比例 。 ? 執(zhí)行單個讀操作時的操作： ? 執(zhí)行單個寫請求時的操作： 152 b0 b1 b2 b3 f0(b) f1(b) f2(b) RAID Level 2 (Redundancy through Hamming Code) 磁盤冗余陣列 (9) RAID level 2(2) 153 磁盤冗余陣列 (10) RAID level 3(1) ? RAID3僅使用一只冗余盤， 出現(xiàn)故障時，使用奇偶校驗盤的信息校驗，數(shù)據(jù)可用剩下的磁盤的信息重新構(gòu)造，若 X0到 X3存放數(shù)據(jù)， X4為奇偶盤，對于第 i位的奇偶校驗位可如下計算 : X4(i)=X3(i)⊕ X2(i)⊕ X1(i)⊕ X0(i) 假定驅(qū)動器 X1出故障 ， 如果把 X4(i)， X1(i)加到上面等式兩邊 ， 得到 X1(i)=X4(i)⊕ X3(i)⊕ X2(i)⊕ X0(i) 154 b0 b1 b2 b3 P(b) RAID Level 3 (Bit interleaved Parity) 磁盤冗余陣列 (11) RAID level 3(2) 155 磁盤冗余陣列 (12) RAID level 4(1) ? RAID4和 RAID5使用獨立存取技術，在一個獨立存取的磁盤陣列中，每個驅(qū)動器都可以獨立地工作，所以，獨立的 I/O請求可以被并行地得到滿足。因此獨立存取陣列適合于有頻繁 I/O請求的應用。 156 block0 block4 block8 block12 block1 block5 block9 block13 block3 block7 block15 block11 block2 block6 block14 block10 P(03) P(47) 90 P(811) P(1215) RAID Level 4 (Block level Parity) 磁盤冗余陣列 (13) RAID level 4(2) 157 磁盤冗余陣列 (14) RAID level 4(3) ?每當執(zhí)行一個小數(shù)據(jù)量寫操作時，陣列管理軟件不旦要修改用戶數(shù)據(jù)，而且也要修改對應的奇偶校驗位。 158 磁盤冗余陣列 (15) RAID level 4(4) ? 考慮驅(qū)動器陣列 ， X0到 X3存儲數(shù)據(jù) ，X4是奇偶校驗磁盤 。 假如執(zhí)行一個涉及磁盤 X1上數(shù)據(jù)的寫操作 。 開始對每個二進位 i， 有下列關系式 : X4(i)=X3(i)⊕ X2(i)⊕ X1(i)⊕ X0(i) 在數(shù)據(jù)修改之后 ， 對于改變了的二進位用 ’ 符號來指出 ， 得到 : 159 磁盤冗余陣列 (16) RAID level 4(5) ? X4’(i)=X3(i)⊕ X2(i)⊕ X1’(i)⊕ X0(i) =X3(i)⊕ X2(i)⊕ X1’(i)⊕ X0(i)⊕ X1(i)⊕ X1(i)=X4(i)⊕ X1(i)⊕ X1’(i) 為計算新的奇偶校驗位 ， 必須讀出老的用戶數(shù)據(jù)子塊和老的奇偶校驗碼 ，每個數(shù)據(jù)寫操作包含了兩次讀操作和兩次寫操作 。 160 磁盤冗余陣列 (17) RAID level 5(1) ? RAID5的奇偶校驗碼是分布橫跨輪轉(zhuǎn)存放在所有的磁盤上，設有n個磁盤的陣列，則開頭的 n個奇偶校驗碼螺旋式地位于 n個磁盤上，能避免 RAID4發(fā)生的奇偶校驗盤瓶頸口問題。 161 磁盤冗余陣列 (18) RAID level 5(2) block0 block4 block8 block12 block1 block5 block9 P(1215) block3 P(47) block14 block10 block2 block6 block13 P(811) P(03) block7 Block11 Block15 block0 block4 block8 block12 RAID Level 5 (Block level Distributed parity) 162 磁盤冗余陣列 (19) RAID level 6和 RAID level 7 ?增強型 RAID。 RAID6中設置了專用快速的異步校驗磁盤 ， 具有獨立的數(shù)據(jù)訪問通路 ， 比低級 RAID性能更好 ， 但價格昂貴 。 ? RAID7對 RAID6作了改進 ， 該陣列中的所有磁盤都有較高傳輸速率 ，性能優(yōu)異 ， 但價格也很高 。