【正文】 利用 RAID技術(shù)來實(shí)現(xiàn)大容量高速存儲(chǔ)器時(shí)，其體積與具有相同容量和速度的大型磁盤系統(tǒng)相比，只是后者的 1/3，價(jià)格也只是后者的 1/3，且可靠性高。 或者說 ， 磁盤陣列可將磁盤 I/O速度提高數(shù)倍至數(shù)十倍 。 (2) 磁盤 I/O速度高 。 RAID最大的特點(diǎn)就是它的高可靠性 。RAID 7級(jí)是對(duì) RAID 6級(jí)的改進(jìn)，在該陣列中的所有磁盤，都具有較高的傳輸速率和優(yōu)異的性能，是目前最高檔次的磁盤陣列，但其價(jià)格也較高。在RAID 6級(jí)的陣列中，設(shè)置了一個(gè)專用的、可快速訪問的異步校驗(yàn)盤。 (5) RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。 用來進(jìn)行糾錯(cuò)的校驗(yàn)信息 ， 是以螺旋 (Spiral)方式散布在所有數(shù)據(jù)盤上 。 這是一種具有獨(dú)立傳送功能的磁盤陣列 。RAID 3級(jí)經(jīng)常用于科學(xué)計(jì)算和圖像處理。例如，當(dāng)陣列中只有 7個(gè)盤時(shí)，可利用 6個(gè)盤作數(shù)據(jù)盤，一個(gè)盤作校驗(yàn)盤。這是具有并行傳輸功能的磁盤陣列。 故其比傳統(tǒng)的鏡像盤速度快 ， 但其磁盤容量的利用率只有 50%， 它是以犧牲磁盤容量為代價(jià)的 。 OS (2) RAID 1級(jí) 。它雖能有效地提高磁盤 I/O速度，但并無冗余校驗(yàn)功能，致使磁盤系統(tǒng)的可靠性不好。 (1) RAID 0級(jí)。 在以后，當(dāng)要將一個(gè)盤塊的數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存時(shí)，采取并行傳輸方式，將各個(gè)盤塊中的子盤塊數(shù)據(jù)同時(shí)向內(nèi)存中傳輸，從而使傳輸時(shí)間大大減少。 OS 廉價(jià)磁盤冗余陣列 1． 并行交叉存取 為了提高對(duì)磁盤的訪問速度，已把在大、中型機(jī)中應(yīng)用的交叉存取 (Interleave)技術(shù)應(yīng)用到了磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)中。 虛擬盤的主要問題是：它是易失性存儲(chǔ)器，故一旦系統(tǒng)或電源發(fā)生故障，或系統(tǒng)再啟動(dòng)時(shí)，原來保存在虛擬盤中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。該盤的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也可以接受所有標(biāo)準(zhǔn)的磁盤操作，但這些操作的執(zhí)行，不是在磁盤上而是在內(nèi)存中。 線性表 (鏈 )法：將在同一條磁道上的若干個(gè)盤塊組成一簇，例如，一簇包括 4個(gè)盤塊，在分配存儲(chǔ)空間時(shí)，以簇為單位進(jìn)行分配。 OS 3． 優(yōu)化物理塊的分布 如果將一個(gè)文件的多個(gè)物理塊安排得過于分散，會(huì)增加磁頭的移動(dòng)距離。當(dāng)再有進(jìn)程申請(qǐng)到該緩沖區(qū)時(shí)，才將該緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入磁盤，而把該緩沖區(qū)作為空閑緩沖區(qū)分配出去。 OS 2． 延遲寫 延遲寫是指在緩沖區(qū) A中的數(shù)據(jù)，本應(yīng)立即寫回磁盤，但考慮到該緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)在不久之后可能還會(huì)再被本進(jìn)程或其它進(jìn)程訪問 (共享資源 )，因而并不立即將該緩沖區(qū) A中的數(shù)據(jù)寫入磁盤，而是將它掛在空閑緩沖區(qū)隊(duì)列的末尾。因此，可以采取預(yù)先讀方式，即在讀當(dāng)前塊的同時(shí)，還要求將下一個(gè)盤塊 (提前讀的塊 )中的數(shù)據(jù)也讀入緩沖區(qū)。 OS 提高磁盤 I/O速度的其它方法 1． 提前讀 (Readahead) 用戶 (進(jìn)程 )對(duì)文件進(jìn)行訪問時(shí)，經(jīng)常采用順序訪問方式，即順序地訪問文件各盤塊的數(shù)據(jù)。一般是把兩次調(diào)用 SYNC的時(shí)間間隔定為 30 s。如果在快下班時(shí)，系統(tǒng)突然發(fā)生故障，這樣，存放在高速緩存中的已寫論文將隨之消失，致使他枉費(fèi)了一天的勞動(dòng)。 OS 4． 周期性地寫回磁盤 還有一種情況值得注意 : 那就是根據(jù) LRU算法，那些經(jīng)常要被訪問的盤塊數(shù)據(jù)，可能會(huì)一直保留在高速緩存中，長期不會(huì)被寫回磁盤。又如，正在寫入數(shù)據(jù)的未滿盤塊，可能會(huì)很快又被訪問。 OS 2) 可預(yù)見性 在高速緩存中的各盤塊數(shù)據(jù)，有哪些數(shù)據(jù)可能在較長時(shí)間內(nèi)不會(huì)再被訪問，又有哪些數(shù)據(jù)可能很快就再被訪問，會(huì)有相當(dāng)一部分是可預(yù)知的。而對(duì)高速緩存的訪問頻率，則與磁盤 I/O的頻率相當(dāng)。 由于請(qǐng)求調(diào)頁中的聯(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)考慮的問題也有所差異。 相應(yīng)地 ， 也必然存在著采用哪種置換算法的問題 。 這是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 。 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 。 OS 2． 數(shù)據(jù)交付方式 數(shù)據(jù)交付 (Data Delivery)是指將磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請(qǐng)求者進(jìn)程。 高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式。 OS 磁盤高速緩存 1． 磁盤高速緩存的形式 利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。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。 OS 2) FSCAN算法 FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是 N步 SCAN算法的簡化，即 FSCAN只將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(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。 N步 SCAN算法是將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長度為 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。 OS 圖 527 SCAN調(diào)度算法示例 ( 從 100 磁道開始，向磁道號(hào)增加方向訪問 ) 被訪問的下 一個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 150 50 160 10 184 24 90 94 58 32 55 3 39 16 38 1 18 20 平均尋道長度： OS 4． 循環(huán)掃描 (CSCAN)算法 CSCAN算法規(guī)定磁頭單向移動(dòng)，例如，只是自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移到最外的磁道并訪問后，磁頭立即返回到最里的欲訪問的磁道，亦即將最小磁道號(hào)緊接著最大磁道號(hào)構(gòu)成循環(huán)，進(jìn)行循環(huán)掃描。 由于在這種算法中磁頭移動(dòng)的規(guī)律頗似電梯的運(yùn)行，因而又常稱之為電梯調(diào)度算法。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。 OS 圖 526 SSTF調(diào)度算法 ( 從 100 號(hào)磁道開始 ) 被訪問的下 一個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 90 10 58 32 55 3 39 16 38 1 18 20 150 132 160 10 184 24 平均尋道長度 : OS 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。 OS 圖 525 FCFS調(diào)度算法 ( 從 100 號(hào)磁道開始 ) 被訪問的下 一個(gè)磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 55 45 58 3 39 19 18 21 90 72 160 70 150 10 38 112 184 146 平均尋道長度 : OS 2． 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 (SSTF， Shortest Seek Time First) 該算法選擇這樣的進(jìn)程：其要求訪問的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近，以使每次的尋道時(shí)間最短。此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、簡單，且每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依次地得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一進(jìn)程的請(qǐng)求長期得不到滿足的情況。 OS 磁盤調(diào)度 1． 先來先服務(wù) (FCFS， First Come First Served) 這是一種最簡單的磁盤調(diào)度算法。 (r:磁盤旋轉(zhuǎn)速度 N:一條磁道上的字節(jié)數(shù) b:每次讀寫的字節(jié)數(shù) ) ?磁盤訪問時(shí)間 OS 如何減少磁盤的訪問時(shí)間 例 1：設(shè) Ts+Tr=13ms,磁道的傳輸速度為 1KB/s， 要傳輸 1K字節(jié)， 則 Ta=13+1=14ms。 (s:啟動(dòng)磁盤時(shí)間、 m:常數(shù) =、 n:磁道數(shù) ) Ts：隨尋道距離的增大而增大，約 10ms ?旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tr： 磁頭找到指定的扇區(qū)所經(jīng)歷的時(shí)間。可見，移動(dòng)磁頭僅能以串行方式讀 /寫，致使其 I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單，故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中。 2) 移動(dòng)頭磁盤 每一個(gè)盤面僅配有一個(gè)磁頭，也被裝入磁臂中。通過這些磁頭可訪問所有各磁道，并進(jìn)行并行讀 /寫，有效地提高了磁盤的 I/O速度。 (3) 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 OS 4． SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn) SPOOLing系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)： (1) 提高了 I/O的速度。若有，又取出隊(duì)列中的第一張表，并根據(jù)其中的要求進(jìn)行打印，如此下去，直至請(qǐng)求打印隊(duì)列為空，輸出進(jìn)程才將自己阻塞起來。 OS 輸出進(jìn)程： 如果打印機(jī)空閑，輸出進(jìn)程將從請(qǐng)求打印隊(duì)列的隊(duì)首取出一張請(qǐng)求打印表，根據(jù)表中的要求將要打印的數(shù)據(jù)，從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū)，再由打印機(jī)進(jìn)行打印。 OS 輸入進(jìn)程 SPi輸出進(jìn)程 SPo輸入緩沖區(qū) Bi輸出緩沖區(qū) Bo輸入井輸出井磁盤輸入設(shè)備輸出設(shè)備SPOOLing的系統(tǒng)組成： –輸入井和輸出井 –輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū) –輸入進(jìn)程 SPi和輸出進(jìn)程 SPo OS 3． 共享打印機(jī) 當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)， SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事： ① 由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； ② 輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。這樣，便可在主機(jī)的直接控制下，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入、輸出功能。該技術(shù)是利用專門的外圍控制機(jī)，將低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；或者相反。 2) 考慮多通路情況 采用多通路的 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 OS 設(shè)備分配程序 單通路情況下的設(shè)備分配程序 開始查SDT，找到DCT=1計(jì)算安全性安全嗎？由DCT找到COCT=1由COCT找到CHCT=1啟動(dòng)I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束將進(jìn)程阻塞在等待該通道的等待隊(duì)列上將進(jìn)程阻塞在等待該控制器的等待隊(duì)列上將進(jìn)程阻塞在等待該設(shè)備的等待隊(duì)列上將進(jìn)程阻塞在等待該設(shè)備的等待隊(duì)列上是否是否是否否是OS 2． 設(shè)備分配程序的改進(jìn) 仔細(xì)研究上述基本的設(shè)備分配程序后可以發(fā)現(xiàn) : ① 進(jìn)程是以物理設(shè)備名來提出 I/O請(qǐng)求的 ；② 采用的是單通路的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生 “ 瓶頸 ” 現(xiàn)象 。 其缺點(diǎn)是 可能造成死鎖 。僅當(dāng)進(jìn)程所請(qǐng)求的設(shè)備已被另一進(jìn)程占用時(shí)，請(qǐng)求進(jìn)程才進(jìn)入阻塞狀態(tài)。其缺點(diǎn)是 進(jìn)程進(jìn)展緩慢，即 CPU與 I/O設(shè)備是串行工作的 。在采用這種分配策略時(shí)，一旦進(jìn)程已經(jīng)獲得某種設(shè)備 (資源 )后便阻塞，使該進(jìn)程不可能再請(qǐng)求任何資源，而在它運(yùn)行時(shí)又不保持任何資源。 OS 3． 設(shè)備分配中的安全性 從進(jìn)程運(yùn)行的安全性考慮 ， 設(shè)備分配有以下兩種方式 。 OS 2． 設(shè)備分配算法 對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配的算法 ， 與進(jìn)程調(diào)度的算法有些相似之處 ， 但前者相對(duì)簡單 ， 通常只采用以下兩種分配算法： (1) 先來先服務(wù) 。 OS 1． 設(shè)備的固有屬性 在分配設(shè)備時(shí)，首先應(yīng)考慮與設(shè)備分配有關(guān)的設(shè)備屬性。每個(gè)設(shè)備占一個(gè)表目，其中包括有設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識(shí)符、設(shè)備控制表及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口等項(xiàng)，如圖 521(c)所示。 (3) 系統(tǒng)設(shè)備表 (SDT)。 (2) 通道控制表 (CHCT)。 OS 圖 520 設(shè)備控制表 設(shè)備類型： t ype設(shè)備標(biāo)識(shí)符： de vi 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(shí)間設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針D C T 1D C T 2D C T n設(shè)備控制表集合OS 2． 控制器控制表 、 通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表 (1) 控制器控制表 (COCT)。 (3) 與設(shè)備連接的控制器表指針。 設(shè)備控制表中 ， 除了有用于指示設(shè)備類型的字段 type和設(shè)備標(biāo)識(shí)字段 deviceid外 ， 還應(yīng)含有下列字段： (1) 設(shè)備隊(duì)列隊(duì)首指針 。 C語言中的庫函數(shù)，在使用 C語言編寫的用戶程序中，可以直接使用這些系統(tǒng)調(diào)用。 OS 用戶層的 I/O軟件 一般而言 ， 大部分的 I/O軟件都在操作系統(tǒng)內(nèi)部 ， 但仍有一小部分在用戶層 ， 包括與用戶程序鏈接在一起的庫函數(shù) ，以及完全運(yùn)行于內(nèi)核之外的一些程序 。 第二種方式是為每個(gè)用戶