【導讀】備類型，而無須指定具體物理設備，設備忙碌或設備故障時，用戶不必。改善了系統(tǒng)的可適應性和可擴展性。按傳輸速度的高低，可將I/O設備分為三類。屬于低速設備的典型設備有鍵盤、鼠標器、語音的。輸入和輸出等設備。第二類是中速設備，這是指其傳輸速率在。每秒鐘數(shù)千個字節(jié)至數(shù)萬個字節(jié)的一類設備。有行式打印機、激光打印機等。第三類是高速設備，這是指其。速設備有磁帶機、磁盤機、光盤機等。可將I/O設備分成兩類。第一類是塊設備，這類設備用于存儲信息。由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單。每個盤塊的大小為512B~4KB。磁盤設備的基本特征是其傳。第二類是字符設備，用于數(shù)據(jù)。其基本單位是字符，故稱為字符設備。交叉的方式來使用設備，其資源利用率高。在一類設備上模擬另一類設備，常用共。輸入型設備（外設?輸出型設備（主機?是CPU和設備之間的接口。

　　

【正文】 erved) 優(yōu)點：簡單，公平； 缺點：效率不高，相臨兩次請求可能會造成最內到最外的柱面尋道，使磁頭反復移動，增加了服務時間，對機械也不利 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2. 最短尋道時間優(yōu)先 SSTF(Shortest Seek Time First) 優(yōu)點：改善了磁盤平均服務時間； 缺點：造成某些訪問請求長期等待得不到服務 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 圖 524 SSTF調度算法 圖 523 FCFS調度算法 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. 掃描 (SCAN)算法 1) 進程“饑餓”現(xiàn)象 SSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能 ， 但卻可能導致某個進程發(fā)生 “ 饑餓 ” (Starvation)現(xiàn)象 。 因為只要不斷有新進程的請求到達 ， 且其所要訪問的磁道與磁頭當前所在磁道的距離較近 ， 這種新進程的 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 ， 即可防止老進程出現(xiàn) “ 饑餓 ” 現(xiàn)象 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2) SCAN算法 圖 525 SCAN調度算法示例 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 4. 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 圖 526 CSCAN調度算法示例 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 5. NStepSCAN和 FSCAN調度算法 1) NStepSCAN 在 SSTF、 SCAN及 CSCAN幾種調度算法中 ， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動的情況 ， 例如 ， 有一個或幾個進程對某一磁道有較高的訪問頻率 ， 即這個 (些 )進程反復請求對某一磁道的 I/O操作 ， 從而壟斷了整個磁盤設備 。 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列分成若干個長度為 N的子隊列 ， 磁盤調度將按 FCFS算法依次處理這些子隊列 。 而每處理一個隊列時又是按 SCAN算法 ， 對一個隊列處理完后 ， 再處理其他隊列 。 當正在處理某子隊列時 ， 如果又出現(xiàn)新的磁盤 I/O請求 ， 便將新請求進程放入其他隊列 ， 這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象 。 當 N值取得很大時 ， 會使 N步掃描法的性能接近于 SCAN算法的性能； 當 N=1時 ， N步 SCAN算法便蛻化為FCFS算法 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 2) FSCAN FSCAN算法實質上是 N步 SCAN算法的簡化 ， 即FSCAN只將磁盤請求隊列分成兩個子隊列 。 一個是由當前所有請求磁盤 I/O的進程形成的隊列 ， 由磁盤調度按 SCAN算法進行處理 。 在掃描期間 ， 將新出現(xiàn)的所有請求磁盤 I/O的進程 ， 放入另一個等待處理的請求隊列 。 這樣 ， 所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時處理 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 假設磁盤訪問序列： 98， 183， 37，122， 14， 124， 65， 67 讀寫頭起始位置： 53 安排磁頭服務序列 計算磁頭移動總距離（道數(shù)） 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 (2) 最短尋道時間優(yōu)先：優(yōu)先選擇距當前磁頭最近的訪問請求進行服務，主要考慮尋道優(yōu)先 優(yōu)點：改善了磁盤平均服務時間； 缺點：造成某些訪問請求長期等待得不到服務 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 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，既考慮了距離，同時又考慮了方向 具體做法：當設備無訪問請求時，磁頭不動；當有訪問請求時，磁頭按一個方向移動，在移動過程中對遇到的訪問請求進行服務，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動方向，并為經(jīng)過的訪問請求服務，如此反復 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 (4)單向掃描調度算法 ? 總是從 0號柱面開始向里掃描 ? 按照各自所要訪問的柱面位置的次序去選擇訪問者 ? 移動臂到達最后個一個柱面后，立即帶動讀寫磁頭快速返回到 0號柱面， ? 返回時不為任何的等待訪問者服務， ? 返回后可再次進行掃描 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 磁盤高速緩存 (Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 是指利用內存中的存儲空間 ， 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存中的盤塊 。 高速緩存在內存中可分成兩種形式 。 第一種是在內存中開辟一個單獨的存儲空間來作為磁盤高速緩存 ， 其大小是固定的 ， 不會受應用程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內存空間變?yōu)橐粋€緩沖池 ， 供請求分頁系統(tǒng)和磁盤 I/O時 (作為磁盤高速緩存 )共享 。 此時高速緩存的大小 ， 顯然不再是固定的 。 當磁盤 I/O的頻繁程度較高時 ， 該緩沖池可能包含更多的內存空間；而在應用程序運行得較多時 ， 該緩沖池可能只剩下較少的內存空間 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 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) 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. 置換算法 由于請求調頁中的聯(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 ， 還考 (1) 訪問頻率。 (2) 可預見性。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 4. 周期性地寫回磁盤 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 ， 該程序周期性地調用一個系統(tǒng)調用 SYNC。 該調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 。 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 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 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? 例子 ? 假設有 4個記錄 A,B,C,D存放在某個磁盤的某個磁道上，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，如果磁盤轉速為 20ms轉一圈，處理程序讀出一個記錄后花 5ms的時間進行處理。試問處理完成 4個記錄的總時間是多少？為了縮短處理時間應當進行優(yōu)化分布，試問如何安排這些記錄。并計算優(yōu)化總處理時間。 塊號 1 2 3 4 記錄號 A B C D 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 廉價磁盤冗余陣列 Redundant Array of Inexpensive Disk 是由許多臺磁盤機或者光盤機按照一定的規(guī)則 ,如分條(Striping),分塊 (Declustering),交叉存取 (Interleaving)等組成的一個快速 ,超大容量的存儲子系統(tǒng) 1988年 ,美國加州大學 Berkeley分校 David Patterson等人提出 . 該技術發(fā)展很快 ,并走向成熟 ,現(xiàn)在已經(jīng)基本得到公認的有 8種 ,RAID0~RAID7 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 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 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 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 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 RAID的優(yōu)點 ? 可用性 ? 容量 ? 性能 好處： 通過把多個磁盤組織在一起，作為一個邏輯卷提供磁盤跨越功能 通過把數(shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)塊，并行寫入 /讀出多個磁盤，以提高訪問磁盤的速度 通過鏡像或校驗操作，提供容錯能力 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? RAID0 數(shù)據(jù)分條技術 整個邏輯盤的數(shù)據(jù)被分散分布在多個物理盤上，并行讀寫。（沒有冗余能力） 至少兩個盤 ? RAID1 把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上。（兩個盤上實施，數(shù)據(jù)冗余） 50% 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? RAID0+1 4個盤 ? RAID3 3個盤（一個專為校驗盤） ? RAID5 無專門校驗盤，校驗數(shù)據(jù)分布在多個盤上 至少 3個盤，（ N1） /N 一個磁盤故障時，控制器可從其他尚存的磁盤上重新恢復 /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 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 RAID6是一種維奇偶校驗存取的磁盤陣列 .它的冗余的檢 ,糾錯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 . RAID7在 RAID6基礎上增加了 cache技術 . 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? Raid levels 0 through 2 ? Backup and parity drives are shaded 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 ? Raid levels 3 through 5 ? Backup and parity drives are shaded 第五章 設 備 管 理 寧波大學信息科學與工程學院 彭宗舉 3. RAID的優(yōu)點 (1) 可靠性高。 (2) 磁盤 I/O速度高。 (3) 性能 /價格比高。