【正文】 2023年 1月 22日星期日 5時(shí) 2分 32秒 05:02:3222 January 2023 ? 1一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。 2023年 1月 22日星期日 上午 5時(shí) 2分 32秒 05:02: ? 1最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過(guò)于提升自我。勝人者有力，自勝者強(qiáng)。 :02:3205:02Jan2322Jan23 ? 1越是無(wú)能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。 , January 22, 2023 ? 閱讀一切好書(shū)如同和過(guò)去最杰出的人談話(huà)。 2023年 1月 22日星期日 5時(shí) 2分 32秒 05:02:3222 January 2023 ? 1空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。 。 :02:3205:02:32January 22, 2023 ? 1意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。 :02:3205:02Jan2322Jan23 ? 1世間成事，不求其絕對(duì)圓滿(mǎn)，留一份不足，可得無(wú)限完美。 , January 22, 2023 ? 很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。 2023年 1月 22日星期日 5時(shí) 2分 32秒 05:02:3222 January 2023 ? 1做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線(xiàn)向前。 。 :02:3205:02:32January 22, 2023 ? 1他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)青山。 :02:3205:02Jan2322Jan23 ? 1故人江海別，幾度隔山川。 , January 22, 2023 ? 雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。如果沒(méi)有新的請(qǐng)求發(fā)生，那么仍然按照時(shí)限調(diào)度策略進(jìn)行。 . 3. 預(yù)期 I/O調(diào)度策略 . 所謂“預(yù)期 I/O調(diào)度”策略，即在處理一個(gè)讀請(qǐng)求時(shí)，將執(zhí)行延遲比如 6ms，利用這一小段的延遲時(shí)間，讓已發(fā)出讀請(qǐng)求的應(yīng)用程序有機(jī)會(huì)發(fā)出另一條針對(duì)相同磁盤(pán)區(qū)域的讀請(qǐng)求（如果有的話(huà)）。在一個(gè) I/O請(qǐng)求處理完成時(shí)，就將其從排序電梯隊(duì)列和相應(yīng)的 FIFO隊(duì)列里移走。 . . 系統(tǒng)在處理每個(gè) I/O請(qǐng)求時(shí)，都為其規(guī)定在相應(yīng) FIFO隊(duì)列里等待的時(shí)限：對(duì)于“讀”請(qǐng)求默認(rèn)時(shí)限值是 ，“寫(xiě)”請(qǐng)求默認(rèn)時(shí)限值是5s。 在一個(gè)新 I/O請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，按 所請(qǐng)求塊號(hào)的大小順序，在“排序 電梯隊(duì)列”里找到合適插入位置。實(shí)施這種電梯調(diào)度策略在向磁盤(pán)上寫(xiě)一個(gè)大文件時(shí)，就有可能把一個(gè)讀請(qǐng)求延遲很長(zhǎng)時(shí)間，從而造成相應(yīng)進(jìn)程的阻塞。進(jìn)程發(fā)出寫(xiě)請(qǐng)求、內(nèi)核把數(shù)據(jù)復(fù)制到某緩沖區(qū)后，進(jìn)程就可繼續(xù)運(yùn)行，不必等待該請(qǐng)求真正被執(zhí)行，因?yàn)槟鞘谴疟P(pán)驅(qū)動(dòng)器的事情。如果不斷有小塊號(hào)的請(qǐng)求到達(dá)，那么對(duì) 105塊的請(qǐng)求就會(huì)一再地被推遲處理。比如，考慮磁盤(pán)塊的請(qǐng)求隊(duì)列： 10 25。即在有新的 I/O請(qǐng)求加入到請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，Linux依照下面的四條規(guī)則進(jìn)行安排和處理： (1) 一般地，按照 I/O請(qǐng)求的塊號(hào)，將其順序插入到隊(duì)列的適當(dāng)位置； (2) 若新請(qǐng)求與隊(duì)列中等待處理的某請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在同一磁盤(pán)扇區(qū)（即塊號(hào)相同），或者是在直接相鄰的扇區(qū)，那么就把這兩個(gè)請(qǐng)求合并成一個(gè)請(qǐng)求； (3) 若隊(duì)列的請(qǐng)求已存在很長(zhǎng)時(shí)間了，那就把新的請(qǐng)求插入到隊(duì)列的尾部； (4) 若沒(méi)有合適的位置，那么新的請(qǐng)求將被插入到隊(duì)列的尾部。如圖給出 了它們間的關(guān)系。 request結(jié)構(gòu) *next *bh *bhtall buffer_head buffer_head buffer_head request結(jié)構(gòu) *next *bh *bhtall 對(duì)塊設(shè)備操作的請(qǐng)求隊(duì)列 對(duì)塊設(shè)備相同操作的緩沖隊(duì)列 .blk_dev_struct結(jié)構(gòu)和 blk_dev數(shù)組 (3) request結(jié)構(gòu) *next *bh *bhtall buffer_head buffer_head buffer_head blk_dev[ ] *request_queue 另一個(gè) request隊(duì)列 另一個(gè) request結(jié)構(gòu) *request_queue blk_dev_struct結(jié)構(gòu) blk_dev_struct結(jié)構(gòu) 對(duì)塊設(shè)備的請(qǐng)求隊(duì)列，Linux用 blk_dev_struct結(jié)構(gòu)指示，它的里面至少有一個(gè)指針request_queue，指向?qū)δ硥K設(shè)備的 I/O請(qǐng)求隊(duì)列。 . 由 request的 next指針，把對(duì)某塊設(shè)備的所有請(qǐng)求組成一個(gè)單鏈表；由buffer_head，把相同操作的請(qǐng)求鏈接在一起。 request結(jié)構(gòu) (2) 對(duì)塊設(shè)備的 I/O請(qǐng)求，由 request結(jié)構(gòu)管理。緩沖區(qū)首部是一個(gè) buffer_head結(jié)構(gòu)，它與緩沖區(qū)保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，里面存放具體的 I/O信息、對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)地址、隊(duì)列的指針。 2. 對(duì)塊設(shè)備 I/O請(qǐng)求管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 緩沖區(qū)與 buffer_head結(jié)構(gòu) (1) Linux在內(nèi)存區(qū)開(kāi)辟了緩沖池，把緩沖池中的每個(gè)緩沖區(qū)分成兩部分：一個(gè)是存放數(shù)據(jù)部分，一個(gè)是管理部分。即在 blkdevs數(shù)組里為設(shè)備申請(qǐng)一個(gè)表目，填入 name和 *fops字段。 (2) blkdevs結(jié)構(gòu)數(shù)組 它里面的每個(gè)元素，都是一個(gè) device_struct結(jié)構(gòu)。 設(shè)備文件 的 inode節(jié)點(diǎn) i 主設(shè)備號(hào)： chrdevs [ ] chrdevs[0]: chrdevs[i]: chrdevs[n]: name *fops name *fops name *fops device_struct device_struct *read *write *select *open *close read 處理程序 file_operations open 處理程序 3. 字符設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的關(guān)系 返回目錄 ? Linux對(duì)塊設(shè)備的管理 1. 塊設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) device_struct結(jié)構(gòu) (1) 每個(gè)初始化的設(shè)備有一個(gè) device_struct結(jié)構(gòu)。即在 chrdevs 數(shù)組里為設(shè)備申請(qǐng)一個(gè)表 目，填寫(xiě) name和 *fops字 段。 2. chrdevs結(jié)構(gòu)數(shù)組 . 它里面的每個(gè)元素， 都是 device_struct結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由兩項(xiàng)內(nèi)容： name：登記該設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序名； *fops：指向該特殊文件的文件操作表（ file_operations）結(jié)構(gòu)。 . 在與某設(shè)備相關(guān)的 struct file_operations類(lèi)型結(jié)構(gòu)的說(shuō)明里，如果一個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)的是NULL，那么表示對(duì)于該設(shè)備沒(méi)有定義這樣的相應(yīng)操作；否則表項(xiàng)里存放的是實(shí)現(xiàn)該操作的函數(shù)的指針，指向具體操作函數(shù)所在的位置。 . NULL *read *write *close *open struct file_operations read 處理程序 write 處理程序 open 處理程序 . 為使內(nèi)核知道某個(gè)設(shè)備的存在，在引導(dǎo) Linux內(nèi)核時(shí)，會(huì)通過(guò)發(fā)命令： mknod /dev/dev_name type major_number minor_number 為系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備在 /dev目錄下創(chuàng)建一個(gè)特殊文件，用它來(lái)標(biāo)識(shí)該設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。次設(shè)備號(hào)是一個(gè) 8位的數(shù)字，用來(lái)表示一個(gè)特定種類(lèi)（主設(shè)備號(hào)）的特定設(shè)備。 3. Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的配置過(guò)程 Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是可以動(dòng)態(tài)配置的。在文件系統(tǒng)層， 按照文件系統(tǒng)的規(guī)則對(duì)它們進(jìn) 行分別處理。位于應(yīng)用層的用戶(hù)進(jìn)程，通過(guò)打開(kāi)文件的文件描述符 fd，與其 file結(jié)構(gòu)相聯(lián)系。 . 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，它們必須為系統(tǒng)內(nèi)核或它們的子系統(tǒng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口。 2. Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的分層結(jié)構(gòu) 進(jìn)程 ? ? ? ? ? ? ? ? file結(jié)構(gòu) file結(jié)構(gòu) file結(jié)構(gòu) 一般文件 特殊文件 從普通文件的邏輯空間 映射到設(shè)備的邏輯空間 應(yīng)用層 文件系統(tǒng)層 設(shè)備驅(qū)動(dòng)層 物理設(shè)備層 從設(shè)備邏輯空間 映射到設(shè)備物理空間 從設(shè)備邏輯空間 映射到設(shè)備物理空間 設(shè)備 1 設(shè)備 n . Linux中的 I/O是通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的，大多數(shù) Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都可在需要時(shí)裝入內(nèi)核，不需要時(shí)從內(nèi)核卸載下來(lái)。如圖示出了套接字的位置。 . . 用戶(hù)不能直接把數(shù)據(jù)交換到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，而需通 過(guò)內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)建立起的連接實(shí)現(xiàn)間接通信。由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑?，無(wú)法把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備納入到文件系統(tǒng)統(tǒng)一管理。 發(fā)送進(jìn)程 接收進(jìn)程 套接字 連接 網(wǎng)絡(luò) 用戶(hù)空間 內(nèi)核空間 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是一種經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。對(duì)這些特殊文件的訪(fǎng)問(wèn)形式，與其他文件的訪(fǎng)問(wèn)形式完全相同，不需要增設(shè)特殊的命令或系統(tǒng)調(diào)用。 返回目錄 Linux的 I/O管理 ? Linux設(shè)備管理綜述 1. Linux設(shè)備與文件系統(tǒng)的關(guān)系 . Linux把所有設(shè)備都劃歸為是文件系統(tǒng)中的“特殊文件”，或稱(chēng)為“設(shè)備文件”，并且為每一種 I/O設(shè)備指定路徑名，歸屬在 /dev目錄下。如圖所示。由于采用了 n路分散， RAID 3可以達(dá)到非常高的數(shù)據(jù)傳輸率。這因?yàn)?RAID 3只為所有數(shù)據(jù)盤(pán)中同一位置的位的集合 計(jì)算簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)位，而不是錯(cuò)誤校正碼。大量數(shù)據(jù)寫(xiě)操作的傳輸率也會(huì)很高，因?yàn)榧词故瞧媾贾狄部梢圆⑿袑?xiě)。 . RAID 4 級(jí) (5) . RAID 4采用與 RAID 0一樣的塊級(jí)分散，為每個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)中相應(yīng)的條帶計(jì)算一個(gè)逐位奇偶校驗(yàn)位，奇偶校驗(yàn)位存放在奇偶校驗(yàn)盤(pán)的相應(yīng)條帶中，如圖所示。它采用海明碼糾錯(cuò)技術(shù)，對(duì)每個(gè)磁盤(pán)中的相應(yīng)位都計(jì)算錯(cuò)誤校正碼，以便能糾正一位錯(cuò)誤并檢測(cè)雙位錯(cuò)誤?；蛘哒f(shuō)，它的磁盤(pán)空間利用率只有 50%。如圖所示，由于主磁盤(pán)陣列有 4個(gè)磁盤(pán)組成，因此就有 4個(gè)鏡像磁盤(pán)與之對(duì)應(yīng)。 RAID 1 級(jí)把數(shù)據(jù)復(fù)制到鏡像盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的冗余。每次數(shù)據(jù)寫(xiě)入主磁盤(pán)，同時(shí)也寫(xiě)入備份盤(pán)。當(dāng)一個(gè)磁盤(pán)有問(wèn)題時(shí)，從相應(yīng)盤(pán)可立即得到所有的數(shù)據(jù)。 . RAID 1級(jí)中的磁盤(pán)和鏡像 盤(pán)保存相同數(shù)據(jù)，因此可靠性 極高。 . RAID 0 級(jí)提供并行交叉存取，相對(duì)于單個(gè)磁盤(pán)的傳送，提高了磁盤(pán)的 I/O速度，磁盤(pán)空間利用率為 100%。所有系統(tǒng)和用戶(hù)的數(shù)據(jù)都成條狀分布在磁盤(pán)陣列中。系統(tǒng)和用戶(hù)的數(shù)據(jù)成條狀分布在磁盤(pán)陣列中。若計(jì)算機(jī)系統(tǒng)認(rèn)為降低成本比提高可靠性更為重要，那么可采用這種級(jí)別的多磁盤(pán)陣列。這 6級(jí)僅是構(gòu)造不同 RAID時(shí)的性能體現(xiàn)，而不是隸屬關(guān)系，不同級(jí)別之間沒(méi)有繼承關(guān)系，高級(jí)并不依賴(lài)于低級(jí)，不同級(jí)別只是對(duì)應(yīng)于不同的數(shù)據(jù)存放方式。 . 組合方案已成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng) RAID級(jí)別。 2. 各種 RAID級(jí)別簡(jiǎn)介 . 冗余向系統(tǒng)提供高可靠性，但價(jià)格昂貴；分散向系統(tǒng)提供高傳輸率，但不能改善可靠性。 . 綜上述，利用多磁盤(pán)陣列，可改善磁盤(pán)的傳輸率，也可增強(qiáng)磁盤(pán)的可靠性。 . . 利用多磁盤(pán)的大容量能力，也可改善磁盤(pán)存儲(chǔ)的可靠性 。最簡(jiǎn)單的辦法是將數(shù)據(jù)分散存放。這就是在磁盤(pán)上組織數(shù)據(jù)的問(wèn)題。這種不匹配的現(xiàn)實(shí)，使磁盤(pán)已經(jīng)成為提高整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要瓶頸所在。 (1) (2)返回目錄 ? 獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列： RAID 1. 獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列的概念 . . 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，磁盤(pán)的作用越來(lái)越突顯，各種虛擬技術(shù)（如虛擬存儲(chǔ)器、虛擬設(shè)備等）相繼得到了實(shí)現(xiàn)。開(kāi)始掃描時(shí)，只對(duì)已到達(dá)的所有請(qǐng)求進(jìn)行處理，新到達(dá)的請(qǐng)求排在另一個(gè)隊(duì)列。對(duì)于比較大的 N值， NstepSCAN的性能接近 SCAN；當(dāng) N=1時(shí)，它就是 FCFS。 所謂“ NstepSCAN”策略，是把磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成長(zhǎng)度為 N的子隊(duì)列，采用SCAN處理子隊(duì)列。這樣，磁頭共滑過(guò)了 350個(gè)磁道的距離。 4. CSCAN調(diào)度策略 . 0 14 37 53 65 67 98 122 124 183 磁道號(hào) 返回到 0號(hào)磁道 移動(dòng)臂移動(dòng)路線(xiàn)如圖示。 ① ① ② ② ③ ③ ④ ④ ⑤ ⑤ ⑥ ⑥ ⑦ ⑦ ⑧ ⑧ CSCAN調(diào)度策略稱(chēng)“循環(huán)掃描”策略，它把掃描限定在一個(gè)方向上，總是從 0號(hào)柱面開(kāi)始往里移動(dòng)移動(dòng)臂，遇到有