【正文】 2 97 99 …… 97 掃描算法 Scan ? 也稱電梯算法 ， 其基本思想類似電梯的工作原理 。 在磁頭移動(dòng)過程中 ， 如果經(jīng)過的磁道有訪問請(qǐng)求 ， 則為其服務(wù) 。 若此時(shí)當(dāng)前磁道內(nèi)外均無訪問請(qǐng)求 ， 則磁頭引臂停止不動(dòng) 。 99 N步掃描算法 NScan ? N步掃描算法將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長(zhǎng)度為 N的子隊(duì)列 ， 磁盤調(diào)度程序按照 FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列 ， 而處理每一個(gè)子隊(duì)列時(shí) ， 則按照 SCAN算法 。 100 N步掃描算法 NScan ? 在實(shí)際應(yīng)用中 ， N步掃描算法被簡(jiǎn)化為：只為一次特定的掃描開始前已經(jīng)等待的訪問請(qǐng)求服務(wù) ， 以防止發(fā)生掃描算法中存在的不公平現(xiàn)象 ， 盡管這種不公平的現(xiàn)象對(duì)磁頭有利 。 101 磁盤高速緩存 ? 指，操作系統(tǒng)利用內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的、專門針對(duì)磁盤 I/O操作的緩沖區(qū)。 102 磁盤高速緩存的特點(diǎn) ? 容量較大； ? 常存儲(chǔ)全局范圍 、 經(jīng)常訪問的重要數(shù)據(jù)：文件系統(tǒng)的目錄 、 文件分配表 、 索引塊等； ? 缺點(diǎn)：利用該緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)提前讀和延后寫操作需要主機(jī)的管理 ， 增加了主機(jī)的負(fù)擔(dān) 。 但是 ， 若磁盤機(jī)和磁盤控制器上沒有緩存 ， 那么 ， 就需要依靠磁盤高速緩存的作用 。 有的操作系統(tǒng)允許用戶指定或調(diào)整此空間的大??； ? 二是把系統(tǒng)中所有未使用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池 ， 供請(qǐng)求分頁系統(tǒng)和磁盤高速緩存共享 ， 其大小不固定 ， 當(dāng)磁盤 I/O操作頻率時(shí) ， 磁盤高速緩存區(qū)可能較大 。但數(shù)據(jù)其實(shí)是被寫入高速緩存中，并未真正寫到磁盤上。 ? 何時(shí)進(jìn)行寫操作呢？ 105 磁盤高速緩存的數(shù)據(jù)安全性 ? 有三種策略可供選擇： 1. 在系統(tǒng)空閑或需要淘汰被寫的緩存空間時(shí)進(jìn)行寫。風(fēng)險(xiǎn)較低，效率較高； 3. 立即寫回，即只要高速緩存中的某盤塊數(shù)據(jù)被修改，便立即將它們寫回磁盤。 106 優(yōu)化數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) ? 磁盤 I/O常針對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行 ， 如果一個(gè)文件被分散存儲(chǔ)到多個(gè)柱面上 ， 則讀 /寫這樣的文件時(shí) ， 需要進(jìn)行多次尋道操作和旋轉(zhuǎn)延遲 。 但隨著系統(tǒng)使用時(shí)間的積累 ， 文件會(huì)不斷被用戶刪除或新建 。 107 ? 磁盤高速緩存的效率 ， 取決于其命中率 。 ? 提前讀技術(shù)是使用緩存的關(guān)鍵 ， 當(dāng)讀入進(jìn)程申請(qǐng)的數(shù)據(jù)時(shí) ， 將其空間局部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一起提前讀 ， 以期在后面的操作中得到回報(bào)而在總體上節(jié)約時(shí)間 。 108 ? 若將分散到多個(gè)柱面或磁道上的文件進(jìn)行類似內(nèi)存分配過程中的碎片整理 （ 緊湊 ） ， 使這些文件在物理上連續(xù)存儲(chǔ) ， 則不僅能提高文件的讀 /寫性能 ，減少尋道時(shí)間和平均旋轉(zhuǎn)延遲 ， 而且能提高磁盤高速緩存的命中率 ， 從而提高整個(gè)系統(tǒng)效的效率 ， 減少磁盤的機(jī)械損耗 。 109 上節(jié)內(nèi)容回顧 ? 設(shè)備管理的主要功能：設(shè)備分配、設(shè)備映射、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、 I/O緩沖技術(shù) ? I/O緩沖區(qū)的組織形式：?jiǎn)尉彌_、雙緩沖、循環(huán)緩沖、緩沖池 ? 虛擬設(shè)備技術(shù)：引入的原因、實(shí)現(xiàn)方法、SPOOLing系統(tǒng)實(shí)例 ? 磁盤設(shè)備的管理： 1. 磁盤性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速、尋道時(shí)間、磁盤緩存； 2. 磁盤管理算法：磁盤調(diào)度、 Disk Cache、高性能的文件系統(tǒng)； 110 磁盤的平均訪問時(shí)間 尋道時(shí)間＋旋轉(zhuǎn)延遲＋傳輸時(shí)間 111 引入磁盤調(diào)度的例子 ? 假定 ：一個(gè)硬盤的扇區(qū)長(zhǎng)度為 512個(gè)字節(jié)，磁道長(zhǎng)度為 32個(gè)扇區(qū)，平均尋道時(shí)間為 20ms，傳輸速率為1MB/s,轉(zhuǎn)速為 3600rpm。 ? 請(qǐng)問 ：如果系統(tǒng)從該硬盤上完整地讀入該文件， 將花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間？ 112 ? 若文件連續(xù)地存放在硬盤的 8個(gè)相鄰的磁道上，那么系統(tǒng)完整地讀入該文件需要花費(fèi)的時(shí)間： (20＋ ＋ )＋ (＋ ) 7＝ 220ms 113 ? 若文件隨機(jī)地存放在硬盤的 256個(gè)扇區(qū)上，那么讀入該文件需要花費(fèi)的時(shí)間： (20＋ ＋ ) 256＝ 7373ms 114 比較與分析 比較前面兩種結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)： ? 如果文件的存儲(chǔ)方式不同，系統(tǒng)訪問文件的效率就不同；即，文件的存儲(chǔ)方式影響著系統(tǒng)訪問文件的效率。 115 結(jié) 論 ? 當(dāng)系統(tǒng)訪問一組磁盤扇區(qū)時(shí)，如果能夠減少總的尋道時(shí)間和總的旋轉(zhuǎn)延遲，那么系統(tǒng)的訪問效率將得到提高。此外，磁頭當(dāng)前位于 100號(hào)磁道上。 ? 請(qǐng)問 ： 如果系統(tǒng)分別使用 FIFO策略、 SSTF算法、 SCAN算法調(diào)度磁盤，那么系統(tǒng)處理這 9個(gè)磁盤讀寫請(qǐng)求時(shí)磁頭的平均尋道長(zhǎng)度為多少？ 118 FIFO 被訪問的磁道號(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 1 12 184 146 總的尋道 長(zhǎng)度 4 9 8 平均尋道長(zhǎng)度 5 5 .3 119 SSTF 被訪問的磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 90 10 58 32 55 3 39 16 38 1 18 2 0 150 132 160 10 184 24 總的尋道 長(zhǎng)度 248 平均尋道長(zhǎng)度 120 SCAN 被訪問的磁道號(hào) 移動(dòng)距離 ( 磁道數(shù) ) 150 50 160 10 184 24 90 94 58 3 2 55 3 39 1 6 38 1 18 20 總的尋道 長(zhǎng)度 250 平均尋道長(zhǎng)度 121 Disk Cache的工作原理 ? 當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求從磁盤 讀入 一個(gè)扇區(qū)時(shí)，系統(tǒng)首先在disk cache中尋找該扇區(qū)的副本 如果能夠找到，那么系統(tǒng)將從 disk cache中取出該扇區(qū)的副本并返給用戶進(jìn)程； 否則，系統(tǒng)首先從磁盤上讀入該扇區(qū)并在 disk cache中為其建立一個(gè)副本，然后將該副本返給用戶進(jìn)程。 122 磁盤高速緩存的數(shù)據(jù)安全性 ? Disk Cache中的數(shù)據(jù)寫出到磁盤： 1. 在系統(tǒng)空閑或需要淘汰被寫的緩存空間時(shí)進(jìn)行寫。 3. 立即寫回，稱為“寫穿透高速緩存”，相當(dāng)于只有讀緩存而沒有寫緩存。若這些數(shù)據(jù)出了問題，或者存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的磁盤報(bào)廢，其后果是非常嚴(yán)重的。 ? 磁盤容錯(cuò)技術(shù)通過在系統(tǒng)中設(shè)置 冗余部件 來提高系統(tǒng)可靠性。 125 磁盤容錯(cuò)技術(shù)級(jí)別 ? 也稱為系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù) (SFT, System Fault Tolerance)， 大體分為三個(gè)級(jí)別： 1. SFTI低級(jí)磁盤容錯(cuò)技術(shù) ， 主要防止磁盤表面介質(zhì)缺陷所引起的數(shù)據(jù)丟失； 2. SFTII中級(jí)磁盤容錯(cuò)技術(shù) ， 主要防止磁盤驅(qū)動(dòng)器和磁盤控制器故障所引起的數(shù)據(jù)丟失； 3. SFTIII高級(jí)系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù) ， 常使用雙服務(wù)器 ， 以保證在其中一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障 ， 甚至停止工作時(shí) ， 整個(gè)系統(tǒng)仍能照常運(yùn)作 。 ? 當(dāng)其中一個(gè)目錄或 FAT損壞時(shí)，系統(tǒng)便自動(dòng)啟用另一個(gè)目錄和 FAT，同時(shí)在磁盤的其它區(qū)域再建立新的文件目錄和 FAT。 128 熱修復(fù)重定向和寫后讀校驗(yàn) ? 熱修復(fù)重定向 是指 ， 系統(tǒng)將一定的磁盤容量作為熱修復(fù)重定向區(qū) ， 用于存放當(dāng)發(fā)現(xiàn)磁盤塊有缺陷時(shí)的待寫數(shù)據(jù) ， 并對(duì)寫入該區(qū)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行登記 ， 以便于以后對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問 。 若寫入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)一致 ， 則表示寫入成功；否則 ， 重寫數(shù)據(jù) 。 129 第二級(jí)容錯(cuò)技術(shù) SFTII ? 用于防止磁盤驅(qū)動(dòng)器或磁盤控制器發(fā)生故障 。 同一數(shù)據(jù)被先后寫到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器上 。數(shù)據(jù)被同時(shí)寫到兩個(gè)磁盤上。 ? 可靠性更高 。 ? 在某些實(shí)現(xiàn)中讀數(shù)據(jù)時(shí)，還可使用分離查找技術(shù)，從響應(yīng)快的通道上取得數(shù)據(jù)，加快讀取速度。 134 RAID技術(shù) ? RAID磁盤陣列技術(shù)能以較低的成本，提供大容量、快速、安全可靠的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。 135 RAID的構(gòu)成 ? 一組可以并行工作的磁盤所構(gòu)成的磁盤陣列 ? 在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行的或者在主機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的磁盤陣列管理軟件 。 138 條帶 Strip的粒度 ? 條帶可以是細(xì)粒度的（如一個(gè)字節(jié)或字）， 也可以是粗粒度的（如一個(gè)扇區(qū)或多個(gè)扇區(qū)）。 因此，細(xì)粒度的條帶只利于對(duì)單個(gè)存取請(qǐng)求進(jìn)行并行處理 ? 若采用粗粒度條帶，不會(huì)使每個(gè)存取請(qǐng)求都同時(shí)存取 RAID中的所有磁盤；但，多個(gè)獨(dú)立的存取請(qǐng)求通常會(huì)導(dǎo)致同時(shí)存取 RAID中的所有磁盤。 140 ? 如果磁盤陣列管理軟件在主機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 軟件 實(shí)現(xiàn)的 RAID；如果磁盤陣列管理軟件在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行 ， 則屬 硬件 實(shí)現(xiàn)的 RAID， 相應(yīng)的硬件稱為RAID控制器或 RAID卡 。 此類 RAID技術(shù)對(duì)主機(jī)完全透明 ， 在主機(jī)看來 ， RAID就是一個(gè)容量大 、 速度快 、 可靠性高的磁盤 。 143 RAID1 ? 僅使用了磁盤鏡像或磁盤雙工技術(shù) ? 能提供最好的安全性 ， 其中任何一個(gè)磁盤損壞都不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失 ? 但磁盤容量的利用率只有 50%， 成本較高； ? 對(duì)磁盤的讀 /寫性能沒有提高 。 145 P(03) 字節(jié) 0 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 146 RAID3 ? 假定磁盤陣列中有 N個(gè)磁盤 ， 則 RAID3將數(shù)據(jù)條帶化到其中 N1個(gè)磁盤上 ， 使用一個(gè)磁盤專門存儲(chǔ) N1個(gè)磁盤的奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù) 。 ? RAID3的優(yōu)點(diǎn)是有較快的速度和較高的安全性 ， 磁盤空間的利用率為 (N1)/N， 成本相對(duì) RAID1較低 。 不但奇偶校驗(yàn)磁盤的負(fù)擔(dān)較重 、 容易損壞 ， 而且多個(gè)獨(dú)立的寫操作不能并行進(jìn)行 。 當(dāng)然 ， RAID5比 RAID3稍復(fù)雜 。 即插即用技術(shù)解決了設(shè)備間 I/O端口地址 、 中斷等的沖突 ， 方便了用戶在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝外部設(shè)備； ? 對(duì)設(shè)備的具體操作都由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成 。 152 小結(jié) （續(xù)） ? 緩沖區(qū)技術(shù) 、 虛擬設(shè)備技術(shù) 、 磁盤調(diào)度策略等等 。 153 演講完畢，謝謝觀看！