【正文】 (2) 磁盤 I/O速度高。 (5) RAID 6級和 RAID 7級。 塊號 1 2 3 4 記錄號 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(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。安排如下表所示。 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 。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 只將指向高速緩存中某區(qū)域的指針 ， 交付給請求者進程 。 當(dāng)磁盤 I/O的頻繁程度較高時 ， 該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運行得較多時 ， 該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間 。 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 。 一個是由當(dāng)前所有請求磁盤 I/O的進程形成的隊列 ， 由磁盤調(diào)度按 SCAN算法進行處理 。 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 。 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(fù)請求對某一磁道的 I/O操作 ， 從而壟斷了整個磁盤設(shè)備 。 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) 傳輸時間 Tt 這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間 。該時間是啟動磁臂的時間 s與磁頭移動 n條磁道所花費的時間之和 ， Ts=m n+s 其中 ， m是一常數(shù) ， 與磁盤驅(qū)動器的速度有關(guān) ， 對一般磁盤 ， m=；對高速磁盤 ， m≤, 磁臂的啟動時間約為 2 ms。 2) 每一個盤面僅配有一個磁頭 ， 也被裝入磁臂中 。 (4) 由于驅(qū)動程序與硬件緊密相關(guān) ， 因而其中的一部分必須用匯編語言書寫 。 (3) 不設(shè)置專門的設(shè)備處理進程 ， 而只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序 (模塊 )， 供用戶進程或系統(tǒng)進程調(diào)用 。 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) 發(fā)出 I/O命令 ， 如果設(shè)備空閑 ， 便立即啟動 I/O設(shè)備去完成指定的 I/O操作；如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài) ， 則將請求者的請求塊掛在設(shè)備隊列上等待 。 (2) 驅(qū)動程序中的代碼是設(shè)備硬件相關(guān)的 只有設(shè)備驅(qū)動程序才是操作系統(tǒng)中唯一知道設(shè)備控制器具體操作以及用途的部分，如磁盤驅(qū)動程序知道磁道，扇區(qū)，柱面，磁頭，磁臂的運動，馬達驅(qū)動器，磁頭定位次數(shù)等接口機制 . 正是設(shè)備驅(qū)動程序掩蓋了設(shè)備硬件接口操作、設(shè)備物理記錄長度等物理細節(jié)。 (2) 將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備。 此時的外圍操作與 CPU對數(shù)據(jù)的處理同時進行 ， 我們把這種在聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作稱為 SPOOLing(Simultaneous Peripheral Operating OnLine)， 或稱為假脫機操作 。 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. 邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實現(xiàn) 1) 邏輯設(shè)備表 2) LUT的設(shè)置問題 圖 518 邏輯設(shè)備表 邏輯設(shè) 備名 物理設(shè) 備名驅(qū)動程 序入口地 址/ d e v / t t y/ d e v / p r i n t e r351 0 2 42 0 4 6? ? ?邏輯設(shè) 備名/ d e v / t t y/ d e v / p r i n t e r?系統(tǒng)設(shè) 備表指針35( a ) ( b )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 獨占設(shè)備的分配程序 1. 基本的設(shè)備分配程序 1) 分配設(shè)備 2) 分配控制器 3) 分配通道 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. 設(shè)備分配程序的改進 1) 增加設(shè)備的獨立性 2) 考慮多通路情況 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 SPOOLing技術(shù) 1. 什么是 SPOOLing 為了緩和 CPU的高速性與 I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機輸入 、 脫機輸出技術(shù) 。由于在 I/O操作中的絕大多數(shù)錯誤都與設(shè)備無關(guān) ， 故主要由設(shè)備驅(qū)動程序處理 ， 而設(shè)備獨立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動程序無法處理的錯誤 。 在應(yīng)用程序中 ， 使用邏輯設(shè)備名稱來請求使用某類設(shè)備；而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時 ， 還必須使用物理設(shè)備名稱 。 (2) 優(yōu)先級高者優(yōu)先。 end 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. 緩沖區(qū)的工作方式 圖 515 緩沖區(qū)的工作方式 h i ns o u ts i nh o u t收 容 輸 入提 取 輸 出用戶程序提 取 輸 入收 容 輸 出緩 沖 池第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè) 備 分 配 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1. 設(shè)備控制表 DCT 設(shè)備類 型 t y p e設(shè)備標(biāo) 識符： d e v i c e i d設(shè)備狀 態(tài)：等待/ 不等待 忙/ 閑指向控 制器表的指針重復(fù)執(zhí) 行次數(shù)或時間設(shè)備隊 列的隊首指針D C T 1D C T 2D C T n設(shè)備控制表集合圖 516 設(shè)備控制表 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. 控制器控制表、 通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 圖 517 COCT、 CHCT和 SDT表 ( c ) 系統(tǒng) 設(shè) 備 表 S D T控制器 標(biāo)識符： c o n t r o l l e r i d控制器 狀態(tài)：忙/ 閑與控制 器連接的通道表指針控制器 隊列的隊首指針控制器 隊列的隊尾指針通道標(biāo) 識符： c h a n n e l i d通道狀 態(tài)：忙/ 閑與通道 連接的控制器表首址通道隊 列的隊首指針通道隊 列的隊尾指針( a ) 控制器 表 C O C T ( b ) 通道表 C H C T表目 1?表目 i?設(shè)備類設(shè)備標(biāo) 識符D C T驅(qū)動程 序入口第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 根據(jù)設(shè)備類型查找 SDT 找到 在 SDT表中找到 DCT表指針，從 DCT表中讀出狀態(tài) 進程轉(zhuǎn)入等待狀態(tài) 忙否？ 安全？ 安全性檢查 分配設(shè)備給用戶進程 從 DCT中獲得下一個 COCT指針 忙否？ 分配控制器給用戶進程 從 COCT中獲得下一個 CHCT指針 忙否？ 分配通道給用戶進程 還有其它控制器 進程等待 還有其它通道 進程等待 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. 設(shè)備的固有屬性 (1) 獨享設(shè)備。 end Procedure Putbuf(type, number) begin Wait(MS(type))。 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 ? 四種工作緩沖區(qū)： – Hin(收容輸入） – Hout（收容輸出） – Sin（提取輸入） – Sout（提取輸出） 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 ? Getbuf過程和 Putbuf過程 – Addbuf(type,number) ：將由參數(shù) number所指示的緩沖區(qū)掛在 type隊列上 – Takebuf(type)：從 type隊列的隊首摘下一個緩沖區(qū) – 要考慮同步和互斥問題 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. Getbuf過程和 Putbuf過程 Procedure Getbuf(type) begin Wait(RS(type))。 為了管理上的方便 ， 可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列 ， 于是可形成以下三個隊列： （ 1） 空緩沖隊列 emq。 (2) Releasebuf過程。 (2) 減少對 CPU的中斷頻率， 放寬對 CPU中斷響應(yīng)時間的限制。 (4) 通道程序結(jié)束位 P。 例如 ， 當(dāng) CPU要完成一組相關(guān)的讀 (或?qū)?)操作及有關(guān)控制時 ， 只需向 I/O通道發(fā)送一條 I/O指令 ， 以給出其所要執(zhí)行的通道程序的首址和要訪問的 I/O設(shè)備 ， 通道接到該指令后 ， 通過執(zhí)行通道程序便可完成 CPU指定的 I/O任務(wù) 。 (4) 數(shù)據(jù)計數(shù)器 DC。 (2) 內(nèi)存地址寄存器 MAR。 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 直接存儲器訪問 DMA I/O控制方式 1. DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入 該方式的特點是： ① 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊 ， 即在CPU與 I/O設(shè)備之間 ， 每次傳送至少一個數(shù)據(jù)塊； ② 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的 ， 或者相反； ③ 僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時 ， 才需 CPU干預(yù) ， 整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的 。 例如 ， 從終端輸入一個字符的時間約為 100 ms， 而將字符送入終端緩沖區(qū)的時間小于 ms。 在該方式中 ，CPU之所以要不斷地測試 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 就是因為在 CPU中無中斷機構(gòu) ， 使 I/O設(shè)備無法向 CPU報告它已完成了一個字符的輸入操作 。 其總線的帶寬為 8位 ， 最高傳輸速率為 2 Mb/s。一個通道可連接多個控制器，一個控制器可連接多個設(shè)備，形成樹形交叉連接 主要目的是啟動外設(shè)時： a 提高了控制器效率 b 提高可靠性 c 提高并行度 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 交叉連接 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. 通道工作原理 通道相當(dāng)于一個功能簡單的處理機，包含通道指令（空操作，讀操作，寫操作，控制，轉(zhuǎn)移操作），并可執(zhí)