【正文】 設(shè)備獨(dú)立性 設(shè)備分配技術(shù) 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒈ 設(shè)備分配方式 ⑴ 獨(dú)占方式 可以采用靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配兩種方式。 ⑵ 共享方式 ⑶ 虛擬方式 實(shí)現(xiàn)虛擬分配的技術(shù)是 SPOOLing技術(shù)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 2．設(shè)備分配算法 設(shè)備分配算法就是按照某種原則把設(shè)備分配給進(jìn)程。 ⑴ 先請(qǐng)求先服務(wù) ⑵ 優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先服務(wù) 3．設(shè)備分配中的安全性 從進(jìn)程運(yùn)行的安全性上考慮，設(shè)備分配有以 下兩種方式： ⑴ 安全分配方式 ⑵ 不安全分配方式 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 對(duì)于具有 I/O通道的多通路系統(tǒng)，在進(jìn)程提出 I/O請(qǐng)求后，系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行設(shè)備分配： ⑴ 分配設(shè)備： 查找邏輯設(shè)備表 LUT?SDT?DCT ⑵ 分配控制器： DCT?COCT ⑶ 分配通道： COCT?CHCT，逐次查找 CHCT中的標(biāo)記， 若找到一個(gè)空閑通道則將該通道分配給請(qǐng)求進(jìn)程。否則將請(qǐng)求 I/O 的進(jìn)程阻塞在等待該通道的等待隊(duì)列上。 只有在設(shè)備、控制器和通道三者都分配成功時(shí)，本 次分配才算成功。然后就可以啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 操作系統(tǒng)原理 Operating System 第 5章 設(shè)備管理 概述 I/O控制 I/O軟件層次 緩沖管理 設(shè)備分配 磁盤(pán)調(diào)度和管理 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)的物理性能 磁盤(pán)調(diào)度算法 磁盤(pán)調(diào)度算法的比較 磁盤(pán)的錯(cuò)誤處理 獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 磁盤(pán) 磁盤(pán)是一種直接存取存儲(chǔ)設(shè)備，又叫隨機(jī)存取存儲(chǔ)設(shè)備。從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)，可將磁盤(pán)分成硬盤(pán)和軟盤(pán)；單片盤(pán)和多片盤(pán)；固定磁頭和活動(dòng)磁頭等。磁盤(pán)讀與寫(xiě)的速度相同，為了提高可靠性，可將若干磁盤(pán)組成陣列。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 圖 5 2 1 硬 盤(pán) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖磁 道主 軸 讀 寫(xiě) 磁 頭移 動(dòng) 臂扇 區(qū)盤(pán) 片 組 柱 面旋 轉(zhuǎn)磁盤(pán)的物理結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 1. 數(shù)據(jù)的組織和格式 G a p1 0 2 0 3 1 29 2 29 3F i e l d G a p F i e l d G a p G a p F i e l d G a p F i e l d G a p17 7 41 515 20 17 7 41 515 20ID D a t a ID D a t aG a p1 29 2 29 3F i e l d G a p F i e l d17 7 41 515 20ID D a t aS e c t o r P h y s i c a l S e c t o r 0 P h y s i c a l S e c t o r 1 P h y s i c a l S e c t o r 2 9B y t e sS y n c hB y t eTr a c kH e a dS e c t o rB y t e s 1 2 1 1CRC3S y n c hB y t eD a t a CRC1 512 26 0 0 B y t e s / S e c t o rG a p磁盤(pán)的格式化 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 2. 磁盤(pán)的類(lèi)型 1) 固定頭磁盤(pán) 2) 移動(dòng)頭磁盤(pán) 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 3. 磁盤(pán)訪問(wèn)時(shí)間 Ta ⑴ 尋道時(shí)間 Ts： 啟動(dòng)磁臂的時(shí)間 s與磁頭移動(dòng) n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和 。 ⑵ 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tτ： 等待所需扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到讀寫(xiě)頭下的時(shí)間。 ⑶ 傳輸時(shí)間信息 Tt： 信息在磁盤(pán)和內(nèi)存之間傳輸?shù)臅r(shí)間。 snms ???rNbT t ?rNbrTTTT stsa ??????21?R為磁盤(pán)的轉(zhuǎn)速， N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)， b是每次讀寫(xiě)的字節(jié)數(shù)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⑴ 循環(huán)排序 例：考慮磁道保存 4個(gè)記錄的旋轉(zhuǎn)型設(shè)備，假定收到四個(gè) I/O請(qǐng)求。 請(qǐng)求次序 記錄號(hào) （ 1） 讀記錄 4 （ 2） 讀記錄 3 （ 3） 讀記錄 2 （ 4） 讀記錄 1 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⑵ 優(yōu)化分布 例：信息在存儲(chǔ)空間的排列方式會(huì)影響存取等 待時(shí)間 。 考慮 10個(gè)邏輯記錄 A， B…… ， J被存于 旋轉(zhuǎn)型設(shè)備上 ， 每道存放 10個(gè)記錄 ， 安排如下： 物理塊 邏輯紀(jì)錄 110 AJ 處理 10個(gè)記錄的總時(shí)間 (旋轉(zhuǎn)速度 20ms)： 214毫秒 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⑶ 交替地址 每個(gè)記錄重復(fù)記錄在設(shè)備的多個(gè)區(qū)域，讀相同的數(shù)據(jù)，有幾個(gè)交替地址，也稱(chēng)為多重副本或折迭。 成功與否取決于下列因素：數(shù)據(jù)記錄總是讀出使用，不需修改寫(xiě)入；數(shù)據(jù)記錄占用的存儲(chǔ)空間總量不太大；數(shù)據(jù)使用極為頻繁。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⑷ 搜查定位 對(duì)于移動(dòng)臂磁盤(pán)設(shè)備，除了旋轉(zhuǎn)位置外，還有搜查定位的問(wèn)題。輸入輸出請(qǐng)求需要三部分地址：柱面號(hào)、磁頭號(hào)和記錄號(hào)。因此除了應(yīng)有使旋轉(zhuǎn)圈數(shù)最少的調(diào)度策略外，還應(yīng)該考慮使移臂時(shí)間最短的調(diào)度策略。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)的物理性能 磁盤(pán)調(diào)度算法 磁盤(pán)調(diào)度算法的比較 磁盤(pán)的錯(cuò)誤處理 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒈ 先來(lái)先服務(wù)調(diào)度（ FCFS） ⒉ 最短尋道時(shí)間優(yōu)先調(diào)度（ SSTF） ⒊ 掃描算法（ SCAN） ⒋ 尋查算法（ Look） ⒌ 循環(huán)掃描算法（ CSCAN） ⒍ 循環(huán)尋查算法（ CLook） ⒎分步掃描算法（ NStepSCAN） ⒏雙隊(duì)列掃描算法（ FSCAN） 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 例：有如下的一個(gè)磁盤(pán)請(qǐng)求序列，其磁道號(hào)為： 98，185， 37， 122， 14， 124， 65， 67 ，假定一開(kāi)始讀 /寫(xiě)磁頭位于 53號(hào)磁道，且磁頭向里移動(dòng)，磁道號(hào)最大為199。分別采用下列調(diào)度算法時(shí)，存取臂移動(dòng)的順序，并計(jì)算出移臂總量。 ⑴ FCFS調(diào)度算法；⑵ SSTF調(diào)度算法；⑶ SCAN調(diào)度算法；⑷ LOOK調(diào)度算法；⑸ CSCAN調(diào)度算法； ⑹ CLOOK調(diào)度算法 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)的物理性能 磁盤(pán)調(diào)度算法 磁盤(pán)調(diào)度算法的比較 磁盤(pán)的錯(cuò)誤處理 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System SSTF算法和 Look算法，在單位時(shí)間內(nèi)處理的輸入輸出請(qǐng)求較多即吞吐量較大，但是請(qǐng)求的等待時(shí)間較長(zhǎng)， Look算法使等待時(shí)間更長(zhǎng)一些。一般說(shuō)來(lái) SCAN算法較好，但它不分具體情況而掃過(guò)所有柱面造成性能不夠好。 NStepSCAN算法使得各個(gè)輸入輸出請(qǐng)求等待時(shí)間之間的差距最小，而吞吐量適中。 CSCAN僅適應(yīng)不斷有大批量輸入輸出存取請(qǐng)求且磁道上存放記錄數(shù)量較大的情況。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 磁盤(pán)調(diào)度和管理 磁盤(pán)的物理性能 磁盤(pán)調(diào)度算法 磁盤(pán)調(diào)度算法的比較 磁盤(pán)的錯(cuò)誤處理 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒈ 程序性錯(cuò)誤 當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序命令控制器去查找一個(gè)不存在的柱面，讀一個(gè)不存在的扇區(qū)，使用不存在的磁頭，以及與一個(gè)不存在的存儲(chǔ)器地址交換數(shù)據(jù)時(shí)，都產(chǎn)生程序性錯(cuò)誤。大多數(shù)控制器對(duì)發(fā)給它的參數(shù)進(jìn)行檢查，并告知是否合法。理論上，這些錯(cuò)誤不應(yīng)發(fā)生；如果控制器指示這類(lèi)錯(cuò)誤發(fā)生了，那么驅(qū)動(dòng)程序通常終止當(dāng)前的磁盤(pán)請(qǐng)求，給出錯(cuò)誤的原因。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒉ 瞬時(shí)檢查和錯(cuò)誤 瞬時(shí)檢查和錯(cuò)誤是由于磁盤(pán)表面與磁頭之間的灰塵引起的 。 通常是重復(fù)執(zhí)行這個(gè)操作，就可消去錯(cuò)誤。倘若錯(cuò)誤繼續(xù)存在，則將該塊標(biāo)記為壞塊。一些“智能”磁盤(pán)控制器保留了幾個(gè)備用磁道，這些磁道對(duì)用戶程序不開(kāi)放。當(dāng)磁盤(pán)進(jìn)行格式化時(shí)，控制器確定哪些塊是壞的，自動(dòng)由備份磁道替換它。將壞磁道映射到備用磁道的表格保留在控制器內(nèi)部存儲(chǔ)器和磁盤(pán)上，對(duì)驅(qū)動(dòng)程序透明。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System ⒊ 尋道錯(cuò)誤 尋道錯(cuò)誤是由于磁臂的機(jī)械故障引起的?？刂破鲀?nèi)部記錄磁臂位置，為了執(zhí)行尋道，它泄放一系列脈沖給磁臂馬達(dá)，每個(gè)柱面一個(gè)，這樣可將磁臂移動(dòng)到新的柱面上。當(dāng)臂移到目標(biāo)位置時(shí)，控制器讀出實(shí)際的柱面號(hào)（驅(qū)動(dòng)器格式化時(shí)寫(xiě)的）；如果位置不對(duì)，則出現(xiàn)尋道錯(cuò)誤。關(guān)于尋道錯(cuò)誤，有些控制器可以自動(dòng)修正，而有些控制器（包括 IMB PC在內(nèi)）只設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志位，其他工作留給驅(qū)動(dòng)程序。 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) Operating System 謝謝 ! 計(jì)算機(jī)科學(xué)系