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操作系統(tǒng)課件第5章(參考版)

2025-05-07 18:58本頁面
  

【正文】 (3) 性能 /價格比高。(兩個盤上實施,數(shù)據(jù)冗余) 50% 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 ? 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(fù) /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(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(chǔ)上增加了 cache技術(shù) . 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 ? Raid levels 0 through 2 ? Backup and parity drives are shaded 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 ? Raid levels 3 through 5 ? Backup and parity drives are shaded 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. RAID的優(yōu)點 (1) 可靠性高。 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 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(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? RAID0 數(shù)據(jù)分條技術(shù) 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。 (4) RAID 5級。 (2) RAID 1級。并計算優(yōu)化總處理時間?,F(xiàn)在要順序處理這些記錄,如果磁盤轉(zhuǎn)速為 20ms轉(zhuǎn)一圈,處理程序讀出一個記錄后花 5ms的時間進(jìn)行處理。 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 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(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 ? 例子 ? 假設(shè)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。 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)。 一般是把兩次調(diào)用 SYNC的時間間隔定為 30 s。 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. 周期性地寫回磁盤 在 UNIX系統(tǒng)中專門增設(shè)了一個修改 (update)程序 , 使之在后臺運行 , 該程序周期性地調(diào)用一個系統(tǒng)調(diào)用 SYNC。 (2) 可預(yù)見性。 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(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 置換算法 由于請求調(diào)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(yīng)考慮的問題也有所差異 。 (2) 指針交付 。 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. 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(jìn)程: (1) 數(shù)據(jù)交付 。 此時高速緩存的大小 , 顯然不再是固定的 。 高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式 。 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 假設(shè)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(wù)序列 計算磁頭移動總距離(道數(shù)) 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 (2) 最短尋道時間優(yōu)先:優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問請求進(jìn)行服務(wù),主要考慮尋道優(yōu)先 優(yōu)點:改善了磁盤平均服務(wù)時間; 缺點:造成某些訪問請求長期等待得不到服務(wù) 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 (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(dāng)設(shè)備無訪問請求時,磁頭不動;當(dāng)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(jìn)行服務(wù),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(wù),如此反復(fù) 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 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)單向掃描調(diào)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(dá)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(wù), ? 返回后可再次進(jìn)行掃描 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 磁盤高速緩存 (Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式 是指利用內(nèi)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 。 在掃描期間 , 將新出現(xiàn)的所有請求磁盤 I/O的進(jìn)程 , 放入另一個等待處理的請求隊列 。 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) FSCAN FSCAN算法實質(zhì)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 。 當(dāng)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(jìn)程放入其他隊列 , 這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象 。 N步 SCAN算法是將磁盤請求隊列分成若干個長度為 N的子隊列 , 磁盤調(diào)度將按 FCFS算法依次處理這些子隊列 。 我們把這一現(xiàn)象稱為 “ 磁臂粘著 ” (Armstickiness)。對 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 。 Tt的大小與每次所讀 /寫的字節(jié)數(shù) b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān): rNbTt ?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) , 當(dāng)一次讀 /寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時 , Tt與Tτ相同 , 因此 , 可將訪問時間 Ta表示為: rNbrTT sa ??? 21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 磁盤調(diào)度 1. 先來先服務(wù) FCFS(FirstCome, First Served) 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(nèi)到最外的柱面尋道,使磁頭反復(fù)移動,增加了服務(wù)時間,對機械也不利 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. 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(wù)時間; 缺點:造成某些訪問請求長期等待得不到服務(wù) 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 圖 524 SSTF調(diào)度算法 圖 523 FCFS調(diào)度算法 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. 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)致某個進(jìn)程發(fā)生 “ 饑餓 ” (Starvation)現(xiàn)象 。 對于硬盤 , 典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為 5400 r/min, 每轉(zhuǎn)需時 ms,平均旋轉(zhuǎn)延遲時間 Tτ為 ms;對于軟盤 , 其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或 600 r/min, 這樣 , 平均 Tτ為 50~100 ms。 這樣 , 對一般的溫盤 , 其尋道時間將隨尋道距離的增加而增大 , 大體上是 5~30 ms。 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. 磁盤訪問時間 1) 尋道時間 Ts 這是指把磁臂 (磁頭 )移動到指定磁道上所經(jīng)歷的時間 。 為能訪問該盤面上的所有磁道 , 該磁頭必須能移動以進(jìn)行尋道 。 這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上 。 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)備驅(qū)動程序的處理過程 1. 2. 檢查 I/O 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 I/O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 圖 520 中斷現(xiàn)場保護示意圖 P S W程序狀 態(tài)字P C ( N + 1)程序計 數(shù)器R0Rn?寄存器??開始返回用戶程 序 中斷服 務(wù)子例程P S WP C ( N + 1)中斷棧TT + M線指針YNN - 1R0Rn?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 喚醒被 阻塞的驅(qū)動程 序進(jìn)程對被中 斷進(jìn)程的C P U 環(huán)境進(jìn) 行保護分析中 斷原因,轉(zhuǎn)入相應(yīng)的 中斷處理程 序終端中 斷處理程 序打印機 中斷處理程 序磁盤中 斷處理程 序?恢復(fù)被 中斷進(jìn)程的 C P U 現(xiàn)場?返回被 中斷的進(jìn)程,繼續(xù)執(zhí) 行中斷請 求信號圖 521 中斷處理流程 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 磁盤存儲器管理 磁盤性能簡述 1. G a p1 0 2 0 3 1 29 2 29 3F i e l d G a p F i e l d G a p G a p F i e l d G a p F i e l d G a p17 7 41 5 1 5 20 17 7 41 5 1 5 20ID D a t a ID D a t aG a p1 29 2 29 3F i e l d G a p F i e l d17 7 41 5 1 5 20ID D a t aS e c t o r P h y s i c a l S e c t o r 0 P h y s i c a l S e c t o r 1 P h y s i c a l S e c t o r 2 9B y t e sS y n c hB y t eT r a c kH e a dS e c t o rB y t e s 1 2 1 1CRC3S y n c hB y t eD a t a CRC1 5 1 2 26 0 0 B y t e s / S e c t o rG a p圖 522 磁盤的格式化 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. 磁盤的類型 1) 這種磁盤在
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