【導(dǎo)讀】備類型，而無(wú)須指定具體物理設(shè)備，設(shè)備忙碌或設(shè)備故障時(shí)，用戶不必。改善了系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。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(yǔ)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(wàn)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?？蓪/O設(shè)備分成兩類。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。交叉的方式來(lái)使用設(shè)備，其資源利用率高。在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共。輸入型設(shè)備（外設(shè)?輸出型設(shè)備（主機(jī)?是CPU和設(shè)備之間的接口。

　　

【正文】 erved) 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，公平； 缺點(diǎn)：效率不高，相臨兩次請(qǐng)求可能會(huì)造成最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)械也不利 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) 優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間； 缺點(diǎn)：造成某些訪問(wèn)請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得不到服務(wù) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 524 SSTF調(diào)度算法 圖 523 FCFS調(diào)度算法 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) SCAN算法 圖 525 SCAN調(diào)度算法示例 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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(duì)某一磁道有較高的訪問(wèn)頻率 ， 即這個(gè) (些 )進(jìn)程反復(fù)請(qǐng)求對(duì)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(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長(zhǎng)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(duì)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(qǐng)求 ， 便將新請(qǐng)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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) FSCAN FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是 N步 SCAN算法的簡(jiǎn)化 ， 即FSCAN只將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列 。 一個(gè)是由當(dāng)前所有請(qǐng)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(qǐng)求磁盤 I/O的進(jìn)程 ， 放入另一個(gè)等待處理的請(qǐng)求隊(duì)列 。 這樣 ， 所有的新請(qǐng)求都將被推遲到下一次掃描時(shí)處理 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 假設(shè)磁盤訪問(wèn)序列： 98， 183， 37，122， 14， 124， 65， 67 讀寫頭起始位置： 53 安排磁頭服務(wù)序列 計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)） 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (2) 最短尋道時(shí)間優(yōu)先：優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先 優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間； 缺點(diǎn)：造成某些訪問(wèn)請(qǐng)求長(zhǎng)期等待得不到服務(wù) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (3) 掃描算法（電梯算法） 克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既考慮了距離，同時(shí)又考慮了方向 具體做法：當(dāng)設(shè)備無(wú)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；當(dāng)有訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中對(duì)遇到的訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問(wèn)請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動(dòng)方向，并為經(jīng)過(guò)的訪問(wèn)請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (4)單向掃描調(diào)度算法 ? 總是從 0號(hào)柱面開始向里掃描 ? 按照各自所要訪問(wèn)的柱面位置的次序去選擇訪問(wèn)者 ? 移動(dòng)臂到達(dá)最后個(gè)一個(gè)柱面后，立即帶動(dòng)讀寫磁頭快速返回到 0號(hào)柱面， ? 返回時(shí)不為任何的等待訪問(wèn)者服務(wù)， ? 返回后可再次進(jìn)行掃描 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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(lái)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(lái)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(qǐng)求分頁(yè)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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 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) 訪問(wèn)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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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(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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? 例子 ? 假設(shè)有 4個(gè)記錄 A,B,C,D存放在某個(gè)磁盤的某個(gè)磁道上，該磁道劃分為 4塊，每塊存放 1條記錄。安排如下表所示?，F(xiàn)在要順序處理這些記錄，如果磁盤轉(zhuǎn)速為 20ms轉(zhuǎn)一圈，處理程序讀出一個(gè)記錄后花 5ms的時(shí)間進(jìn)行處理。試問(wèn)處理完成 4個(gè)記錄的總時(shí)間是多少？為了縮短處理時(shí)間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化分布，試問(wèn)如何安排這些記錄。并計(jì)算優(yōu)化總處理時(shí)間。 塊號(hào) 1 2 3 4 記錄號(hào) A B C D 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 廉價(jià)磁盤冗余陣列 Redundant Array of Inexpensive Disk 是由許多臺(tái)磁盤機(jī)或者光盤機(jī)按照一定的規(guī)則 ,如分條(Striping),分塊 (Declustering),交叉存取 (Interleaving)等組成的一個(gè)快速 ,超大容量的存儲(chǔ)子系統(tǒng) 1988年 ,美國(guó)加州大學(xué) Berkeley分校 David Patterson等人提出 . 該技術(shù)發(fā)展很快 ,并走向成熟 ,現(xiàn)在已經(jīng)基本得到公認(rèn)的有 8種 ,RAID0~RAID7 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. RAID (1) RAID 0級(jí)。 (2) RAID 1級(jí)。 (3) RAID 3級(jí)。 (4) RAID 5級(jí)。 (5) RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 RAID的優(yōu)點(diǎn) ? 可用性 ? 容量 ? 性能 好處： 通過(guò)把多個(gè)磁盤組織在一起，作為一個(gè)邏輯卷提供磁盤跨越功能 通過(guò)把數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并行寫入 /讀出多個(gè)磁盤，以提高訪問(wèn)磁盤的速度 通過(guò)鏡像或校驗(yàn)操作，提供容錯(cuò)能力 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? RAID0 數(shù)據(jù)分條技術(shù) 整個(gè)邏輯盤的數(shù)據(jù)被分散分布在多個(gè)物理盤上，并行讀寫。（沒有冗余能力） 至少兩個(gè)盤 ? RAID1 把一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤上。（兩個(gè)盤上實(shí)施，數(shù)據(jù)冗余） 50% 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? RAID0+1 4個(gè)盤 ? RAID3 3個(gè)盤（一個(gè)專為校驗(yàn)盤） ? RAID5 無(wú)專門校驗(yàn)盤，校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤上 至少 3個(gè)盤，（ N1） /N 一個(gè)磁盤故障時(shí)，控制器可從其他尚存的磁盤上重新恢復(fù) /生成丟失的數(shù)據(jù)而不影響數(shù)據(jù)的可用性 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 RAID6是一種維奇偶校驗(yàn)存取的磁盤陣列 .它的冗余的檢 ,糾錯(cuò)信息均勻分布在所有盤上 ,而數(shù)據(jù)仍然以大小可以變化的塊交叉方式存放于各盤 .這類陣列容許 2盤出錯(cuò) . RAID7在 RAID6基礎(chǔ)上增加了 cache技術(shù) . 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? Raid levels 0 through 2 ? Backup and parity drives are shaded 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? Raid levels 3 through 5 ? Backup and parity drives are shaded 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 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。