【正文】 副本并返給用戶進程； 否則，系統(tǒng)首先從磁盤上讀入該扇區(qū)并在 disk cache中為其建立一個副本，然后將該副本返給用戶進程。 ? 當用戶進程請求向磁盤上 寫出 一個扇區(qū)時，系統(tǒng)同樣首先在 disk cache中尋找該扇區(qū)的副本 如果能夠找到，那么系統(tǒng)將根據(jù)用戶進程的請求修改該扇區(qū)的副本； 否則，系統(tǒng)同樣首先從磁盤上讀入該扇區(qū)并在 disk cache中為其建立一 個副本，然后根據(jù)用戶進程的請求修改該副本。 122 磁盤高速緩存的數(shù)據(jù)安全性 ? Disk Cache中的數(shù)據(jù)寫出到磁盤： 1. 在系統(tǒng)空閑或需要淘汰被寫的緩存空間時進行寫。 2. 周期性地進行寫。 3. 立即寫回，稱為“寫穿透高速緩存”，相當于只有讀緩存而沒有寫緩存。 123 磁盤管理的另一個有效方法 ? 高性能的文件系統(tǒng) —— 磁盤碎片整理，使磁盤文件盡量連續(xù) 124 磁盤容錯技術(shù) ? 磁盤中常常存儲著非常重要的數(shù)據(jù)，例如交易數(shù)據(jù)、帳目數(shù)據(jù)、學生成績等。若這些數(shù)據(jù)出了問題，或者存儲這些數(shù)據(jù)的磁盤報廢，其后果是非常嚴重的。因此，要求保證磁盤數(shù)據(jù)的 可靠性 。 ? 磁盤容錯技術(shù)通過在系統(tǒng)中設(shè)置 冗余部件 來提高系統(tǒng)可靠性。冗余部件包括增加冗余的磁盤驅(qū)動器、磁盤控制器等，使得當磁盤系統(tǒng)某部分出現(xiàn)缺陷或故障時，磁盤仍能正常工作，且不至于造成數(shù)據(jù)的錯誤和丟失。 125 磁盤容錯技術(shù)級別 ? 也稱為系統(tǒng)容錯技術(shù) (SFT, System Fault Tolerance)， 大體分為三個級別： 1. SFTI低級磁盤容錯技術(shù) ， 主要防止磁盤表面介質(zhì)缺陷所引起的數(shù)據(jù)丟失； 2. SFTII中級磁盤容錯技術(shù) ， 主要防止磁盤驅(qū)動器和磁盤控制器故障所引起的數(shù)據(jù)丟失； 3. SFTIII高級系統(tǒng)容錯技術(shù) ， 常使用雙服務(wù)器 ， 以保證在其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障 ， 甚至停止工作時 ， 整個系統(tǒng)仍能照常運作 。 126 第一級容錯技術(shù) ? 最早出現(xiàn)、最基本的容錯技術(shù)，包括： 1. 雙份目錄和雙份文件分配表 2. 熱修復重定向和寫后讀校驗 127 雙份目錄和雙份文件分配表 ? 文件目錄和文件分配表 FAT是文件管理所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可在不同的磁盤上或同一磁盤的不同區(qū)域中，分別建立維護兩份目錄和 FAT。 ? 當其中一個目錄或 FAT損壞時，系統(tǒng)便自動啟用另一個目錄和 FAT，同時在磁盤的其它區(qū)域再建立新的文件目錄和 FAT。 ? 每當系統(tǒng)重新啟動時，都要對這兩份目錄和 FAT進行檢查，以保證它們的一致性。 128 熱修復重定向和寫后讀校驗 ? 熱修復重定向 是指 ， 系統(tǒng)將一定的磁盤容量作為熱修復重定向區(qū) ， 用于存放當發(fā)現(xiàn)磁盤塊有缺陷時的待寫數(shù)據(jù) ， 并對寫入該區(qū)的所有數(shù)據(jù)進行登記 ， 以便于以后對此數(shù)據(jù)進行訪問 。 ? 寫后讀校驗 是指 ， 每次將數(shù)據(jù)寫到磁盤以后 ， 立即從磁盤上讀出該塊數(shù)據(jù) ， 并進行對比 。 若寫入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)一致 ， 則表示寫入成功；否則 ， 重寫數(shù)據(jù) 。 若重寫后兩者仍不一致 ， 則認為該磁盤塊有缺陷 ， 便將該塊標識為壞塊 ， 相應(yīng)數(shù)據(jù)寫入熱修復重定向區(qū)中 。 129 第二級容錯技術(shù) SFTII ? 用于防止磁盤驅(qū)動器或磁盤控制器發(fā)生故障 。 包括： 1. 磁盤鏡像 2. 磁盤雙工 130 磁盤鏡像 ? 在同一磁盤控制器上 ， 連接兩個完全相同的磁盤驅(qū)動器 ， 如圖 。 同一數(shù)據(jù)被先后寫到兩個驅(qū)動器上 。 主 機 磁盤控制器 通道 磁盤驅(qū)動器 131 磁盤雙工 ? 將兩臺完全相同的磁盤驅(qū)動器連接到兩個磁盤控制器上，如圖。數(shù)據(jù)被同時寫到兩個磁盤上。 主 機 通道 磁盤驅(qū)動器 磁盤控制器 磁盤控制器 通道 132 磁盤雙工 vs. 磁盤鏡像 ? 磁盤雙工的成本較高 。 ? 可靠性更高 。 ? 對兩個磁盤的寫入是 并行 進行，速度較快 。 ? 在某些實現(xiàn)中讀數(shù)據(jù)時，還可使用分離查找技術(shù)，從響應(yīng)快的通道上取得數(shù)據(jù)，加快讀取速度。 133 RAID技術(shù) ? RAID(Redundant Array of Independent/ Inexpensive Disks)：獨立或廉價磁盤冗余陣列，其中， ? “獨立”是目前通用的一個行業(yè)術(shù)語，強調(diào)RAID陣列的重要性和可靠性； ? “廉價”是較早使用的一個術(shù)語，重在強調(diào)RAID磁盤陣列中采用的相對較小的、價格較便宜的磁盤。 134 RAID技術(shù) ? RAID磁盤陣列技術(shù)能以較低的成本，提供大容量、快速、安全可靠的磁盤存儲系統(tǒng)。 ? 從容錯的角度講， RAID技術(shù)應(yīng)屬第二級容錯技術(shù)，但其內(nèi)涵遠遠不止容錯。 135 RAID的構(gòu)成 ? 一組可以并行工作的磁盤所構(gòu)成的磁盤陣列 ? 在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行的或者在主機系統(tǒng)中執(zhí)行的磁盤陣列管理軟件 。 — 磁盤陣列管理軟件把邏輯上連續(xù)的一組數(shù)據(jù)交叉分布存儲在磁盤陣列中的各個磁盤上 ，如圖 136 物理磁盤0 條帶 15 條帶 14 條帶 13 條帶 12 條帶 11 條帶 10 條帶 9 條帶 8 條帶 7 條帶 6 條帶 5 條帶 4 條帶 3 條帶 2 條帶 1 條帶 0 條帶 12 條帶 8 條帶 4 條帶 0 條帶 13 條帶 9 條帶 5 條帶 1 條帶 14 條帶 10 條帶 6 條帶 2 條帶 15 條帶 11 條帶 7 條帶 3 物理磁盤1 物理磁盤2 物理磁盤3 邏輯磁盤 磁盤陣列 管理軟件 137 ? 這種技術(shù)通常被稱為磁盤條帶化 (Disk Striping) ? 其好處是數(shù)據(jù)可以被并行讀出 ， 給主機的感覺是磁盤快了許多倍 。 138 條帶 Strip的粒度 ? 條帶可以是細粒度的（如一個字節(jié)或字）， 也可以是粗粒度的（如一個扇區(qū)或多個扇區(qū)）。 ? 若采用細粒度條帶，幾乎每個存取請求都會導致同時存取 RAID中的所有磁盤，使得無法同時響應(yīng)多個存取請求。 因此，細粒度的條帶只利于對單個存取請求進行并行處理 ? 若采用粗粒度條帶，不會使每個存取請求都同時存取 RAID中的所有磁盤；但，多個獨立的存取請求通常會導致同時存取 RAID中的所有磁盤。 顯然，粗粒度的條帶只利于對多個獨立的存取請求進行并行處理 139 ? 磁盤陣列管理軟件在存儲數(shù)據(jù)的同時還將存儲相關(guān)的校驗信息； ? 使得當磁盤陣列中的某個磁盤發(fā)生故障時 ，磁盤陣列管理軟件可以恢復存儲在該磁盤上的數(shù)據(jù) 。 140 ? 如果磁盤陣列管理軟件在主機系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 軟件 實現(xiàn)的 RAID；如果磁盤陣列管理軟件在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 硬件 實現(xiàn)的 RAID， 相應(yīng)的硬件稱為RAID控制器或 RAID卡 。 ? 采用 RAID控制器方案的成本較高 ， 但其效率高 ， 不增加主機負擔 。 此類 RAID技術(shù)對主機完全透明 ， 在主機看來 ， RAID就是一個容量大 、 速度快 、 可靠性高的磁盤 。 141 RAID的常見組織形式（ 6種） ? RAID Level 0 ? RAID Level 1 ? RAID Level 2 ? RAID Level 3 ? RAID Level 4 ? RAID Level 5 ? 還可對基本 RAID級別進行組合 142 RAID0 ? 僅使用了條帶化技術(shù) ? 不存儲數(shù)據(jù)的校驗信息 ? 能提供大容量 、 快速的磁盤存儲能力 ， ? 具備最好的讀 /寫性能和最低的成本 ? 磁盤容量的利用率為 100% ? 但其安全性最低 ， 其中任何一個磁盤損壞便會導致整個系統(tǒng)不可使用 。 143 RAID1 ? 僅使用了磁盤鏡像或磁盤雙工技術(shù) ? 能提供最好的安全性 ， 其中任何一個磁盤損壞都不會導致數(shù)據(jù)丟失 ? 但磁盤容量的利用率只有 50%， 成本較高； ? 對磁盤的讀 /寫性能沒有提高 。 144 RAID3 ? 同時使用了磁盤條帶化技術(shù) (細粒度 ， 條帶大小為一個字節(jié)或一個字 )和奇偶校驗容錯技術(shù) ， 如圖所示 。 145 P(03) 字節(jié) 0 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 146 RAID3 ? 假定磁盤陣列中有 N個磁盤 ， 則 RAID3將數(shù)據(jù)條帶化到其中 N1個磁盤上 ， 使用一個磁盤專門存儲 N1個磁盤的奇偶校驗數(shù)據(jù) 。 ? 因此 ， N個磁盤中任意損壞一個 ， 都不會導致數(shù)據(jù)的丟失 。 ? RAID3的優(yōu)點是有較快的速度和較高的安全性 ， 磁盤空間的利用率為 (N1)/N， 成本相對 RAID1較低 。 147 RAID5 ? 與 RAID3類似 ， 主要區(qū)別是： 1. RAID3使用一個磁盤專門存儲奇偶校驗數(shù)據(jù) ， 對于每一個寫操作 (可能僅是一個條帶 )， 均要寫奇偶校驗磁盤 。 不但奇偶校驗磁盤的負擔較重 、 容易損壞 ， 而且多個獨立的寫操作不能并行進行 。 2. RAID5使用粗粒度的條帶 ， 將奇偶校驗數(shù)據(jù)分布到每一個磁盤中 ， 沒有專門的奇偶校驗盤 ， 因而克服了 RAID3的缺點 。 當然 ， RAID5比 RAID3稍復雜 。如圖： 148 P(1619) 塊 12 塊 8 塊 4 塊 0 塊 16 P(1215) 塊 9 塊 5 塊 1 塊 17 塊 13 P(811) 塊 6 塊 2 塊 18 塊 14 塊 10 P(47) 塊 3 塊 19 塊 15 塊 11 塊 7 P(03) 149 小結(jié) ? 設(shè)備管理功能 ? 常用設(shè)備分配技術(shù) ? I/O緩沖技術(shù) ? 磁盤工作原理 ? 磁盤調(diào)度算法 ? 磁盤陣列 RAID技術(shù) 150 小結(jié) （續(xù)） ? 設(shè)備 、 通道 、 控制器與主機間的連接方式通常是多對多的關(guān)系； ? 在主機的角度看 ， 所有設(shè)備都連接在 I/O總線上 ，它們通過 I/O指令和某個 I/O端口地址 、 中斷 、 通道 、控制器等與主機交流 ， 主機看不到這些設(shè)備具體細節(jié) 。 即插即用技術(shù)解決了設(shè)備間 I/O端口地址 、 中斷等的沖突 ， 方便了用戶在計算機系統(tǒng)中安裝外部設(shè)備； ? 對設(shè)備的具體操作都由設(shè)備驅(qū)動程序完成 。 151 小結(jié) （續(xù)） ? 為了便于使用 ， 設(shè)備管理程序為用戶提供的是邏輯設(shè)備 ， 而邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射和轉(zhuǎn)換由設(shè)備管理程序完成； ? 為了實現(xiàn)對設(shè)備的管理 ， 操作系統(tǒng)需要設(shè)立多種表格 ， 詳細記錄設(shè)備的分配和使用情況； ? 從資源管理的角度講 ， 設(shè)備可以分為獨占型設(shè)備和共享型設(shè)備兩大類 。 152 小結(jié) （續(xù)） ? 緩沖區(qū)技術(shù) 、 虛擬設(shè)備技術(shù) 、 磁盤調(diào)度策略等等 。 ? 操作系統(tǒng)中與磁盤管理相關(guān)的技術(shù)包括磁盤三維地址到一維地址的轉(zhuǎn)換 、 磁盤碎片的整理 、 磁盤高速緩存 、 磁盤調(diào)度策略 、 磁盤系統(tǒng)容錯 、 RAID技術(shù)等 。 153 演講完畢，謝謝觀看！