【正文】 ? (3) 性價(jià)比高。 ? (2) 磁盤訪問(wèn)速度高。當(dāng)陣列中某一磁盤損壞時(shí)，并不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，因?yàn)樗捎昧舜疟P鏡像技術(shù)和奇偶校驗(yàn)技術(shù)。 RAID最大的特點(diǎn)就是高可靠性。RAID 7是對(duì) RAID 6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)格較高。在 RAID 6陣列中，設(shè)置了一個(gè)專用的、可快速訪問(wèn)的異步校驗(yàn)盤。 ? (7) RAID 6級(jí)和 RAID 7級(jí)。由于 RAID0+1也通過(guò)數(shù)據(jù)的 100%備份功能提供數(shù)據(jù)安全保障，因此 RAID 0+1的磁盤空間利用率與 RAID 1相同，存儲(chǔ)成本高。以四個(gè)磁盤組成的 RAID 0+1為例， RAID 0+1是存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)安全兼顧的方案。 ? (6) RAID 0+1。同時(shí)由于多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息， RAID 5的磁盤空間利用率要比 RAID 1高，存儲(chǔ)成本相對(duì)較低。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比 RAID 1低而磁盤空間利用率要比 RAID 1高。 RAID 5寫操作較快，因?yàn)槠媾夹畔懙礁黩?qū)動(dòng)器上，而不是像 RAID 3寫到一個(gè)驅(qū)動(dòng)器上；磁盤讀性能也提高了，因?yàn)槊總€(gè)驅(qū)動(dòng)器可以以磁盤塊讀取。 廉價(jià)磁盤冗余陣列 ? (5) RAID 5級(jí)。 RAID 4與 RAID 3相似，但數(shù)據(jù)是按扇區(qū)不是按位或字節(jié)分拆的。RAID 3經(jīng)常用于科學(xué)計(jì)算和圖像處理。例如，在 4個(gè)驅(qū)動(dòng)器的陣列中，數(shù)據(jù)分拆在 3個(gè)驅(qū)動(dòng)器上，奇偶信息寫在第 4個(gè)驅(qū)動(dòng)器上。 RAID 3是具有并行傳輸和校驗(yàn)功能的磁盤陣列，它利用一臺(tái)奇偶校驗(yàn)磁盤來(lái)完成數(shù)據(jù)的校驗(yàn)功能。 RAID 1雖不能提高存儲(chǔ)性能，但由于其具有的高數(shù)據(jù)安全性，使其尤其適用于存放重要數(shù)據(jù)，如服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。 RAID 1的操作方式是把用戶寫入硬盤的數(shù)據(jù)百分之百地自動(dòng)復(fù)制到另外一個(gè)硬盤上。 ? (2) RAID 1級(jí)。數(shù)據(jù)被分拆至多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，但無(wú)冗余驅(qū)動(dòng)器，不提供數(shù)據(jù)保護(hù)功能。 廉價(jià)磁盤冗余陣列 ? 2. RAID的分級(jí) ? (1) RAID 0級(jí)。原先順序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求被分散到 3個(gè)磁盤并行執(zhí)行。 ? 例如，對(duì)于由 3個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器組成的磁盤系統(tǒng)，數(shù)據(jù)被分散到 3個(gè)磁盤上存取。這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求就可以被多個(gè)磁盤并行地執(zhí)行，每個(gè)磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求?，F(xiàn)在已開(kāi)始廣泛地用于大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。最初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤來(lái)代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)受損失，從而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，并且能適當(dāng)?shù)靥嵘龜?shù)據(jù)傳輸速度。控制器可以用備用塊替代壞塊，這種方案稱為扇區(qū)備用或轉(zhuǎn)寄。它的控制器維護(hù)一個(gè)磁盤壞塊鏈表，該鏈表在出廠前進(jìn)行低級(jí)格式化時(shí)就初始化了，并在磁盤的整個(gè)使用過(guò)程中不斷更新。壞扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常會(huì)丟失。如果找到壞扇區(qū)，它就在相應(yīng)的 FAT條目中寫上特殊值通知分配程序不要使用該塊。 磁盤管理 ? 3. 壞塊處理 ? 對(duì)于簡(jiǎn)單的磁盤，如使用 IDE控制器的磁盤，壞扇區(qū)可以手工處理。通常，由于 ROM的存儲(chǔ)容量有限，而且只能讀取其中的信息，絕大多數(shù)系統(tǒng)只在啟動(dòng)ROM中保留一個(gè)很小的啟動(dòng)裝入程序，而更為完整的啟動(dòng)程序則保存在磁盤的啟動(dòng)塊上。該初始化程序初始化系統(tǒng)的各個(gè)方面，然后啟動(dòng)操作系統(tǒng)，因此，初始化自舉程序應(yīng)該找到磁盤上的操作系統(tǒng)內(nèi)核，裝入內(nèi)存，并跳轉(zhuǎn)到該內(nèi)核在內(nèi)存中的起始地址處，開(kāi)始操作系統(tǒng)的執(zhí)行。 高級(jí)格式化的工作包括生成引導(dǎo)區(qū)信息、初始化 FAT表、標(biāo)注邏輯壞道等。 ? 分區(qū)是將磁盤分為由若干個(gè)柱面組成的分區(qū)，操作系統(tǒng)把每一個(gè)分區(qū)作為獨(dú)立的磁盤來(lái)使用，例如，在 Windows操作系統(tǒng)中，用戶可以把一個(gè)硬盤分成 C、 D、 E、 F四個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以用來(lái)存儲(chǔ)不同內(nèi)容。硬盤的低級(jí)格式化過(guò)程是一種損耗性操作，對(duì)硬盤的使用壽命會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之前，必須要對(duì)它進(jìn)行初始化，初始化包括低級(jí)格式化、分區(qū)和高級(jí)格式化。 磁盤高速緩存 ? 3. 高速緩存置換算法 ? 較常用的置換算法是最近最久未使用算法 LRU、最近未使用算法 NRU及最少使用算法 LFU等。這是指只將指向高速緩存中數(shù)據(jù)區(qū)域的指針交付給請(qǐng)求者進(jìn)程。這是指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。當(dāng)以后再訪問(wèn)該盤塊的數(shù)據(jù)時(shí)，便可直接從高速緩存中提取。 磁盤高速緩存 ? 2. 磁盤高速緩存工作方式 ? 磁盤高速緩存工作方式如下：當(dāng)有一個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤中的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)首先去查看磁盤高速緩存，看其中是否存在進(jìn)程所需訪問(wèn)的盤塊數(shù)據(jù)的拷貝。 ? 1. 磁盤高速緩存的形式 ? 磁盤高速緩存并非通常意義下的內(nèi)存和 CPU之間增設(shè)的一個(gè)小容量高速存儲(chǔ)器，而是指利用內(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，磁盤的 I/O已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能瓶頸。 CSCAN算法規(guī)定磁頭單向移動(dòng)，例如，磁頭只是自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移到最外要訪問(wèn)的磁道后，磁頭立即返回到最里的欲訪問(wèn)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。這樣由里向外訪問(wèn)，直至再無(wú)更外的磁道需要訪問(wèn)時(shí)，才將磁臂換向?yàn)橛赏庀蚶镆苿?dòng)，如此循環(huán)，磁頭在整個(gè)磁盤上來(lái)回掃描。 訪 問(wèn) 隊(duì) 列 ： 5 6 、 1 3 0 、 2 3 、 1 1 0 、 7 5 、 1 8 0 、 3 6 、 6 8 . 磁 頭 開(kāi) 始 于 1 0 0 .0 1 0 0 2 0 05 62 3 1 3 01 1 07 5 1 8 03 6 6 8???????? 磁盤調(diào)度 ? 3. SCAN調(diào)度 ? SCAN算法不僅考慮欲訪問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁道間的距離，更優(yōu)先考慮磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向。這種調(diào)度算法產(chǎn)生的磁頭移動(dòng)為 237柱面。 訪 問(wèn) 隊(duì) 列 ： 5 6 、 1 3 0 、 2 3 、 1 1 0 、 7 5 、 1 8 0 、 3 6 、 6 8 . 磁 頭 開(kāi) 始 于 1 0 0 .0 1 0 0 2 0 05 62 3 1 3 01 1 07 5 1 8 03 6 6 8???????? 磁盤調(diào)度 ? 2. 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 (SSTF， Shortest Seek Time First) ? SSTF的工作原理是：每次選擇的進(jìn)程要滿足：其要求訪問(wèn)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。 ? 例如，有 8個(gè)進(jìn)程先后提出磁盤 I/O請(qǐng)求，其 I/O對(duì)各個(gè)柱面上塊的請(qǐng)求順序如下： 56， 130， 23， 110， 75， 180， 36， 68。 磁盤調(diào)度 ? 1. 先來(lái)先服務(wù) (FCFS， First Come First Served) ? 它根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度，此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、簡(jiǎn)單，且每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依次得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一進(jìn)程的請(qǐng)求長(zhǎng)期得不到滿足。 ? 由于在訪問(wèn)磁盤的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁盤調(diào)度的目標(biāo)是使磁盤的平均尋道時(shí)間最少。因此，可以通過(guò)優(yōu)化訪問(wèn)順序來(lái)調(diào)整磁盤的 I/O請(qǐng)求，進(jìn)而提高訪問(wèn)速度。 ? 其中， r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)， N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)。對(duì)于磁盤旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間而言，如硬盤的旋轉(zhuǎn)速度為 15 000r/min，每轉(zhuǎn)需時(shí) 4ms，則平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tr為 2ms。 ? 2. 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 Tr ? 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間是磁盤需要將目標(biāo)扇區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)到磁頭下的時(shí)間。尋道時(shí)間 Ts包括啟動(dòng)磁臂時(shí)間 s與磁頭移動(dòng) n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和，即 Ts=m?n+s ? 其中， m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)，磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為 2ms。 磁盤訪問(wèn)時(shí)間 ? 整個(gè)磁盤的訪問(wèn)時(shí)間包括三個(gè)部分：尋道時(shí)間、旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。 ? 每條磁道又被劃分成若干個(gè) 扇區(qū) (sector)。 ? 每個(gè)盤面有一個(gè)讀寫磁頭，所有的讀寫磁頭都固定在唯一的移動(dòng)臂上同時(shí)移動(dòng)。 ? 磁盤 I/O速度的高低和磁盤系統(tǒng)的可靠性，都將直接影響系統(tǒng)性能。 S P O O L i n g命 名 ； 保 護(hù) ； 阻 塞 ； 緩 沖 ； 分 配轉(zhuǎn) 換 并 傳 遞 I / O 命 令 ； 檢 查 狀 態(tài)當(dāng) I / O 結(jié) 束 時(shí) ， 喚 醒 驅(qū) 動(dòng) 程 序執(zhí) 行 I / O 操 作I / O 軟 件 功 能 磁盤調(diào)度和管理 ? 磁盤具有存儲(chǔ)容量大、價(jià)格低廉、斷電后信息不會(huì)丟失、可隨機(jī)存取等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前存放程序和數(shù)據(jù)的理想設(shè)備，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都配置有磁盤存儲(chǔ)器。系統(tǒng)調(diào)用，包括 I/O系統(tǒng)調(diào)用，通常都通過(guò)庫(kù)例程間接提供給用戶。 ? 第二種方式是為每個(gè)用戶設(shè)置一張 LUT。該表的每個(gè)表目包含三項(xiàng)內(nèi)容：邏輯設(shè)備名、物理設(shè)備名和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序入口地址。 ? (2) 向用戶層軟件提供統(tǒng)一接口。 ? ⑤ 差錯(cuò)控制。 ? ③ 對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問(wèn)設(shè)備。這些共有操作包括： ? ① 對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)關(guān)性，需要在驅(qū)動(dòng)程序之上設(shè)置一層軟件，稱之為設(shè)備無(wú)關(guān)軟件。 ? (1) 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 ? (2) 易于實(shí)現(xiàn) I/O重定向 ? 所謂 I/O重定向，是指用于 I/O操作的設(shè)備可以更換 (即重定向 )，而不必改變應(yīng)用程序。因此，系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備名的功能。 ? 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無(wú)關(guān)性，引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程如下： ? (1) 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ? (2) 檢查 I/O請(qǐng)求的合法性 ? (3) 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài) ? (4) 傳送必要的參數(shù) ? (5) 工作方式的設(shè)置 ? (6) 啟動(dòng) I/O設(shè)備 設(shè)備無(wú)關(guān)軟件 ? 1. 設(shè)備無(wú)關(guān)性 ? 也稱設(shè)備獨(dú)立性。通常，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序存放在操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間，用戶只能通過(guò)它提供的接口來(lái)使用它，而不能隨意地修改。目前，許多驅(qū)動(dòng)程序的基本部分都固化在ROM中。常用的 I/O控制方式是中斷驅(qū)動(dòng)和 DMA方式，顯然，這兩種方式的驅(qū)動(dòng)程序是不同的。例如，可以為相同的多個(gè)終端設(shè)置一個(gè)終端驅(qū)動(dòng)程序，但有時(shí)即使是同一類型的設(shè)備，由于生產(chǎn)廠家不同，它們也可能并不完全兼容，此時(shí)必須為它們配置不同的驅(qū)動(dòng)程序。它將進(jìn)程的 I/O請(qǐng)求經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，傳送給控制器，又把控制器中所記錄的設(shè)備狀態(tài)和 I/O操作完成情況及時(shí)地反映給 I/O請(qǐng)求進(jìn)程。 ? (5) 對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)該能夠根據(jù)用戶的 I/O請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。 ? (3) 發(fā)出 I/O命令，如果設(shè)備空閑，便立即啟動(dòng) 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(qǐng)求者的請(qǐng)求塊掛在設(shè)備隊(duì)列中等待。 ? 1. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 ? (1) 接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來(lái)的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求，例如，將磁盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤的柱面號(hào)、磁道號(hào)及扇區(qū)號(hào)。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，其主要任務(wù)是接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽象 I/O請(qǐng)求，如 read或 write命令，在把它轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備去執(zhí)行。 ? 當(dāng) CPU接收到 I/O設(shè)備發(fā)來(lái)的中斷信號(hào)后，立即響應(yīng)中斷，將控制權(quán)交給中斷處理程序。 I/O中斷處理程序 ? 中斷是應(yīng)該盡量加以屏蔽的概念，應(yīng)該放在操作系統(tǒng)的底層進(jìn)行處理，系統(tǒng)的其它部分應(yīng)盡可能少地與之發(fā)生聯(lián)系。 ? (4) 用戶層 I/O軟件。 ? (3)設(shè)備無(wú)關(guān)軟件。 ? (2) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 ? (1) I/O中斷處理程序。 ? (3) 出錯(cuò)處理 ? (4) 緩沖技術(shù) ? 由于 CPU與 I/O設(shè)備之間的速度差異，需要使用緩沖技術(shù)。 ? (2) 統(tǒng)一命名 ? 要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無(wú)關(guān)性，其中一項(xiàng)重要的工作就是如何給 I/O設(shè)備命名。 I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 ? I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是高效率和通用性。 ? I/O軟件的 基本思想 是采用層次結(jié)構(gòu)，底層軟件用于實(shí)現(xiàn)與硬件相關(guān)的操作，并可屏蔽硬件的具體細(xì)節(jié)，高層軟件則主要向用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)潔、友好和規(guī)范的接口。 I/O軟件 ? I/O軟件的 目標(biāo) 是提高設(shè)備的高效性和通用性。當(dāng)然，該設(shè)備只是邏輯上的設(shè)備。這樣 SPOOLing技術(shù)就把打印機(jī)等獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。 ? (2) 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備 ? 在 SPOOLing系統(tǒng)中，實(shí)際上并沒(méi)有為任何進(jìn)程分配設(shè)備，而只是在輸入井或輸出井中為進(jìn)程分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)和建立一張 I/O請(qǐng)求表。 SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn) ? (1) 提高 I/O 速度 ? SPOOLing技術(shù)引入輸入井和輸出井，可以使輸入進(jìn)程、用戶進(jìn)程和輸出進(jìn)程同時(shí)工作。打印完后，輸出進(jìn)程再查看請(qǐng)求打印隊(duì)列中是否還有等待打印的請(qǐng)求表。 ? 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)分配給用戶進(jìn)程，而只為它