操作系統(tǒng)第5章設(shè)備管理(3)

1、Operating SystemOperating SystemPage 12022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 22022-2-22qI/O系統(tǒng)系統(tǒng) qI/O控制方式控制方式 q緩沖管理緩沖管理 q設(shè)備分配設(shè)備分配q設(shè)備處理設(shè)備處理q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理Operating SystemOperating SystemPage 32022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的

2、其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列現(xiàn)代操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一：設(shè)法改善磁盤(pán)系統(tǒng)的性能現(xiàn)代操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一：設(shè)法改善磁盤(pán)系統(tǒng)的性能Operating SystemOperating SystemPage 42022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)v為文件分配存儲(chǔ)為文件分配存儲(chǔ)空間空間v合理地組織文件地存儲(chǔ)方式，以提高磁盤(pán)的合理地組織文件地存儲(chǔ)方式，以提高磁盤(pán)的訪(fǎng)問(wèn)訪(fǎng)問(wèn)速度速度v提高磁盤(pán)存儲(chǔ)空間地利用率提高磁盤(pán)存儲(chǔ)空間地利用率v提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度，改善文件性能速度，改善文件性能v確保文件系統(tǒng)的確保文件系統(tǒng)的可靠性可靠性（備份）（備份）Operati

3、ng SystemOperating SystemPage 52022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列Operating SystemOperating SystemPage 62022-2-225.6 磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理5.6.1 磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述 1. 數(shù)據(jù)的組織和格式數(shù)據(jù)的組織和格式 圖 5-22 磁盤(pán)的格式化 包括一個(gè)或多個(gè)，每片分2面，每面可分成若干條，各磁道之

4、間有間隙，每條磁道上可存儲(chǔ)相同數(shù)目的二進(jìn)制位，磁盤(pán)即每英寸之中所存儲(chǔ)的位數(shù)。顯然內(nèi)層磁道的密度較外層磁道的密度大。Operating SystemOperating SystemPage 72022-2-22盤(pán)片盤(pán)片扇區(qū)扇區(qū)磁頭磁頭磁道磁道Operating SystemOperating SystemPage 82022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 92022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 102022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 1

5、12022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 122022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 132022-2-22q數(shù)據(jù)的組織和格式數(shù)據(jù)的組織和格式v盤(pán)片（盤(pán)片（1個(gè)或多個(gè)）、盤(pán)面、磁道、扇區(qū)個(gè)或多個(gè)）、盤(pán)面、磁道、扇區(qū)v扇區(qū)有扇區(qū)有標(biāo)識(shí)符字段標(biāo)識(shí)符字段和和數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段Gap102031292293Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field Gap Fiel

6、d1774151520IDDataSectorPhysical Sector 0Physical Sector 1Physical Sector 29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes 1211CRC3SynchByteDataCRC15122600 Bytes/SectorGap存儲(chǔ)相同數(shù)存儲(chǔ)相同數(shù)目的二進(jìn)制目的二進(jìn)制位位間隙間隙定界符定界符段校驗(yàn)段校驗(yàn)Operating SystemOperating SystemPage 142022-2-222. 磁盤(pán)的類(lèi)型磁盤(pán)的類(lèi)型 這種磁盤(pán)在，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中。通過(guò)這些磁頭可訪(fǎng)問(wèn)所有各磁道，并進(jìn)

7、行，有效地。這種結(jié)構(gòu)的磁盤(pán)主要用于上。 ，也被裝入磁臂中。為能訪(fǎng)問(wèn)該盤(pán)面上的所有磁道，該磁頭必須能移動(dòng)以進(jìn)行尋道。可見(jiàn)，移動(dòng)磁頭僅能以，致使其；但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 故仍廣泛應(yīng)用于設(shè)備中。 Operating SystemOperating SystemPage 152022-2-22訪(fǎng)盤(pán)時(shí)間組成訪(fǎng)盤(pán)時(shí)間組成 尋道尋道時(shí)間時(shí)間旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)延遲延遲時(shí)間時(shí)間傳輸傳輸時(shí)間時(shí)間Operating SystemOperating SystemPage 162022-2-22q磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間v尋道時(shí)間尋道時(shí)間Ts這是指把磁臂這是指把磁臂(磁頭磁頭)移動(dòng)到指定磁道上所移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間。該時(shí)間

8、是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間經(jīng)歷的時(shí)間。該時(shí)間是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間s與與磁頭移動(dòng)磁頭移動(dòng)n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和，條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和， 即即Ts=mn+sv旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間T這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。如：間。如：7200r/min 每轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)=60000ms/7200r=8.33ms 平均旋轉(zhuǎn)延遲平均旋轉(zhuǎn)延遲=（0+8.33)/2=4.16是一常數(shù)，是一常數(shù)，與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的速度有器的速度有關(guān)關(guān)一般：一般：0.2高速：高速：=0.1啟動(dòng)磁臂時(shí)間啟動(dòng)磁臂時(shí)間2msOperating SystemOperating SystemPage 1720

9、22-2-22v傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間Tt指把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所指把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。經(jīng)歷的時(shí)間。 其大小與每次所讀其大小與每次所讀/寫(xiě)的字寫(xiě)的字節(jié)數(shù)節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)r為磁盤(pán)每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；為磁盤(pán)每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上為一條磁道上的字節(jié)數(shù)的字節(jié)數(shù)vT和和Tt相同，則訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間相同，則訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間=Ts + T+ Tt rNbTt12asbTTrrN如如b=N/2，則，則T=1/(2r)=Tt可見(jiàn)，尋道時(shí)間可見(jiàn)，尋道時(shí)間TS和旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間延遲時(shí)間T基本上都與所基本上都與所讀讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)無(wú)關(guān)，寫(xiě)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)無(wú)關(guān)，而且它通常占據(jù)了訪(fǎng)問(wèn)時(shí)而

10、且它通常占據(jù)了訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間中的大部分間中的大部分目前磁盤(pán)的傳輸速率已達(dá)到目前磁盤(pán)的傳輸速率已達(dá)到80MB/s以上，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間所占以上，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間所占的比例更低?？梢?jiàn)，適當(dāng)?shù)丶袛?shù)據(jù)傳輸，將有利于提高傳輸?shù)谋壤??？梢?jiàn)，適當(dāng)?shù)丶袛?shù)據(jù)傳輸，將有利于提高傳輸效率效率Operating SystemOperating SystemPage 182022-2-223. 磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間磁盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間 ：TS=m*n+S；：Tr1/2r：Ttb/rN Ta=Ts+1/2r+b/rNOperating SystemOperating SystemPage 192022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存

11、儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列在訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁在訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁盤(pán)調(diào)度的目標(biāo)就是使磁盤(pán)的平均尋道時(shí)間最少。盤(pán)調(diào)度的目標(biāo)就是使磁盤(pán)的平均尋道時(shí)間最少。Operating SystemOperating SystemPage 202022-2-22q 先來(lái)先服務(wù)先來(lái)先服務(wù)FCFS(First-Come, First Served)v根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)的先后次

12、序進(jìn)行調(diào)度的先后次序進(jìn)行調(diào)度v優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、公平，不優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、公平，不會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求長(zhǎng)期得不到會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求長(zhǎng)期得不到滿(mǎn)足滿(mǎn)足v缺點(diǎn)：未優(yōu)化，平均尋缺點(diǎn)：未優(yōu)化，平均尋道時(shí)間長(zhǎng)道時(shí)間長(zhǎng)平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：55.31461841123810150701607290211819393584555移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道磁道100道開(kāi)始道開(kāi)始55、58、39、18、90、160、150、38、1840383955589010015016018418先來(lái)先服務(wù)先來(lái)先服務(wù)FCFS(First-Come, First Served)Operating SystemOperating

13、 SystemPage 222022-2-22q 最短尋道時(shí)間優(yōu)先最短尋道時(shí)間優(yōu)先SSTF(Shortest Seek Time First) v要求訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前要求訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最磁頭所在的磁道距離最近近v優(yōu)點(diǎn)：使每次尋道時(shí)間優(yōu)點(diǎn)：使每次尋道時(shí)間最短最短v缺點(diǎn)：不能保證平均尋缺點(diǎn)：不能保證平均尋道時(shí)間最短；可能導(dǎo)致道時(shí)間最短；可能導(dǎo)致距離遠(yuǎn)的進(jìn)程總也得不距離遠(yuǎn)的進(jìn)程總也得不到服務(wù)到服務(wù)平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.524184101601321502018138163935532581090移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道磁道100道開(kāi)始道開(kāi)始55

14、、58、39、18、90、160、150、38、1840383955589010015016018418最短尋道時(shí)間優(yōu)先最短尋道時(shí)間優(yōu)先STF(Shortest Seek Time First)Operating SystemOperating SystemPage 242022-2-22100道開(kāi)始道開(kāi)始被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離5545583391918219072160701501038112184146平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：55.3100道開(kāi)始道開(kāi)始被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離901058325533916381182015013

15、21601018424平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.5Operating SystemOperating SystemPage 252022-2-223. 掃描掃描(SCAN)算法算法 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。因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請(qǐng)求到達(dá)，且其所要訪(fǎng)問(wèn)的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近，這種新進(jìn)程的I/O請(qǐng)求必須優(yōu)先滿(mǎn)足。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。 Operating SystemOperating SystemPage 262022-2

16、-22q掃描掃描(SCAN)算法算法 vSSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能，算法雖然能獲得較好的尋道性能， 但但卻可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生卻可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生“饑饑餓餓”(Starvation)現(xiàn)象現(xiàn)象050160Operating SystemOperating SystemPage 272022-2-22q掃描掃描(SCAN)算法算法v對(duì)對(duì)SSTF算法略加修改后所形成的算法略加修改后所形成的SCAN算法，算法， 即可防止進(jìn)程出現(xiàn)即可防止進(jìn)程出現(xiàn)“饑餓饑餓”現(xiàn)象現(xiàn)象vSCAN算法不僅考慮欲訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁算法不僅考慮欲訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁道的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)道的距離，更優(yōu)先

17、考慮的是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向方向v磁頭移動(dòng)：自里向外磁頭移動(dòng)：自里向外自外向里自外向里v又稱(chēng)為又稱(chēng)為 “電梯調(diào)度算法電梯調(diào)度算法”O(jiān)perating SystemOperating SystemPage 282022-2-22q 掃描掃描(SCAN)算法算法v對(duì)對(duì)SSTF算法略加修改算法略加修改后所形成的后所形成的SCAN算法，算法， 即可防止進(jìn)程出現(xiàn)即可防止進(jìn)程出現(xiàn)“饑饑餓餓”現(xiàn)象現(xiàn)象vSCAN算法不僅考慮欲算法不僅考慮欲訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁道訪(fǎng)問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁道的距離，更優(yōu)先考慮的的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向v磁頭移動(dòng)：自里向外磁頭移動(dòng)：自里向外自外向里自外向里

18、v又稱(chēng)為又稱(chēng)為 “電梯調(diào)度算電梯調(diào)度算法法”平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.82018138163935532589490241841016050150移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道磁道100道開(kāi)始，增加方向道開(kāi)始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、184Operating SystemOperating SystemPage 292022-2-22100道開(kāi)始道開(kāi)始被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離90105832553391638118201501321601018424平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.5100道開(kāi)始，增加方

19、向道開(kāi)始，增加方向被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離1505016010184249094583255339163811820平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.8Operating SystemOperating SystemPage 302022-2-220383955589010015016018418v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剛移過(guò)剛移過(guò)的磁道的等待時(shí)的磁道的等待時(shí)間長(zhǎng)間長(zhǎng)Operating SystemOperating SystemPage 312022-2-22q 循環(huán)掃描循環(huán)掃描(CSCAN)算法算法 v規(guī)定磁頭單向移動(dòng)規(guī)定磁頭單向移動(dòng)v減少剛移過(guò)的磁道的等減少剛移過(guò)的磁道

20、的等待時(shí)間待時(shí)間平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.532903581655139203816618241841016050150移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道磁道100道開(kāi)始，增加方向道開(kāi)始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、184Operating SystemOperating SystemPage 322022-2-220383955589010015016018418Operating SystemOperating SystemPage 332022-2-22100道開(kāi)始，增加方向道開(kāi)始，增加方向被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離

21、移動(dòng)距離1505016010184249094583255339163811820平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.8100道開(kāi)始，增加方向道開(kāi)始，增加方向被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離15050160101842418166382039155165839032平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.5Operating SystemOperating SystemPage 342022-2-22100道開(kāi)始，增加方向道開(kāi)始，增加方向被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離15050160101842418166382039155165839032平均尋道長(zhǎng)度：平均

22、尋道長(zhǎng)度：27.5100道開(kāi)始道開(kāi)始被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的下一個(gè)磁道磁道移動(dòng)距離移動(dòng)距離90105832553391638118201501321601018424平均尋道長(zhǎng)度：平均尋道長(zhǎng)度：27.5Operating SystemOperating SystemPage 352022-2-22q N-Step-SCAN和和FSCAN調(diào)度算法調(diào)度算法 vN-Step-SCAN算法算法在在SSTF、 SCAN及及CSCAN幾種調(diào)度算法中，幾種調(diào)度算法中， 都都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況，稱(chēng)為可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況，稱(chēng)為“磁磁臂粘著臂粘著”(Armstickiness)N步步SCA

23、N算法是將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長(zhǎng)度算法是將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長(zhǎng)度為為N的子隊(duì)列，磁盤(pán)調(diào)度將按的子隊(duì)列，磁盤(pán)調(diào)度將按FCFS算法依次處理算法依次處理這些子隊(duì)列。這些子隊(duì)列。 而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按SCAN算法，對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列算法，對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列vFSCAN算法算法FSCAN算法是算法是N步步SCAN算法的簡(jiǎn)化，算法的簡(jiǎn)化， 即其只將即其只將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列。一是由當(dāng)前所有磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列。一是由當(dāng)前所有請(qǐng)求請(qǐng)求I/O的進(jìn)程形成的隊(duì)列，由磁盤(pán)調(diào)度按的進(jìn)程形成的隊(duì)列，由磁盤(pán)調(diào)度按SCAN算法進(jìn)行處理。在掃描期

24、間，新出現(xiàn)的所有請(qǐng)求算法進(jìn)行處理。在掃描期間，新出現(xiàn)的所有請(qǐng)求I/O的進(jìn)程，的進(jìn)程， 則放入另一個(gè)等待處理的請(qǐng)求隊(duì)列則放入另一個(gè)等待處理的請(qǐng)求隊(duì)列當(dāng)當(dāng)N值很大時(shí)，值很大時(shí)，N步掃步掃描性能接近于描性能接近于SCAN性性能；能；N=1， N步掃描步掃描性能便退化為性能便退化為FCFSOperating SystemOperating SystemPage 362022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)

25、冗余陣列Operating SystemOperating SystemPage 372022-2-22q磁盤(pán)高速緩存的形式磁盤(pán)高速緩存的形式v利用利用內(nèi)存內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間，來(lái)暫存從中的存儲(chǔ)空間，來(lái)暫存從磁盤(pán)磁盤(pán)中讀中讀出的一系列盤(pán)塊中的信息出的一系列盤(pán)塊中的信息v高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤(pán)，高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤(pán)， 而物理而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤(pán)塊上是駐留在內(nèi)存中的盤(pán)塊v高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來(lái)作為來(lái)作為磁盤(pán)高速緩存，其大小是固定的磁盤(pán)高速緩存，其大小是固定的把所有把所有未利用的內(nèi)

26、存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池，供請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)和磁盤(pán)供請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)和磁盤(pán)I/O時(shí)時(shí)(作為磁盤(pán)高作為磁盤(pán)高速緩存速緩存)共享共享不受應(yīng)用程序不受應(yīng)用程序多少的限制多少的限制應(yīng)用程序多時(shí)應(yīng)用程序多時(shí)緩存可能很小緩存可能很小Operating SystemOperating SystemPage 382022-2-22q數(shù)據(jù)交付方式數(shù)據(jù)交付方式v數(shù)據(jù)交付（數(shù)據(jù)交付（Data Delivery）是指將磁盤(pán)高是指將磁盤(pán)高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請(qǐng)求者進(jìn)程速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請(qǐng)求者進(jìn)程v當(dāng)有進(jìn)程請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)盤(pán)塊時(shí)，先查看磁盤(pán)當(dāng)有進(jìn)程請(qǐng)求訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)盤(pán)塊時(shí)，先查看磁盤(pán)高速緩存高速緩存v有兩種方式

27、交付數(shù)據(jù)給請(qǐng)求進(jìn)程有兩種方式交付數(shù)據(jù)給請(qǐng)求進(jìn)程數(shù)據(jù)交付數(shù)據(jù)交付。這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù)，。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)中傳送到請(qǐng)求者進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)中指針交付指針交付。只將指向高速緩存中某區(qū)域的。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)程指針，交付給請(qǐng)求者進(jìn)程所傳送的數(shù)據(jù)量少，所傳送的數(shù)據(jù)量少，節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤(pán)節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤(pán)高速緩存存儲(chǔ)空間高速緩存存儲(chǔ)空間到進(jìn)程的內(nèi)存工作到進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)的時(shí)間區(qū)的時(shí)間Operating SystemOperating SystemPage 392022-2-22q置換算法置換算法v將磁盤(pán)中的盤(pán)塊寫(xiě)入高速緩存時(shí)，會(huì)出現(xiàn)

28、因?qū)⒋疟P(pán)中的盤(pán)塊寫(xiě)入高速緩存時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦咚倬彺嬷幸蜒b滿(mǎn)盤(pán)塊而需要將高速緩存為高速緩存中已裝滿(mǎn)盤(pán)塊而需要將高速緩存中的數(shù)據(jù)先換出的問(wèn)題，常用算法有中的數(shù)據(jù)先換出的問(wèn)題，常用算法有LRU、NRU、LFU等等v除了考慮除了考慮LRU外，還需考慮以下幾點(diǎn)外，還需考慮以下幾點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)頻率訪(fǎng)問(wèn)頻率可預(yù)見(jiàn)性，如正在寫(xiě)數(shù)據(jù)的未滿(mǎn)盤(pán)塊可預(yù)見(jiàn)性，如正在寫(xiě)數(shù)據(jù)的未滿(mǎn)盤(pán)塊數(shù)據(jù)的一致性數(shù)據(jù)的一致性 內(nèi)存中已修改數(shù)據(jù)要寫(xiě)回內(nèi)存中已修改數(shù)據(jù)要寫(xiě)回磁盤(pán)磁盤(pán)可將高速緩存中的所有盤(pán)塊數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)可將高速緩存中的所有盤(pán)塊數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)LRU鏈，將會(huì)影鏈，將會(huì)影響到數(shù)據(jù)一致性的盤(pán)塊和響到數(shù)據(jù)一致性的盤(pán)塊和很久都不可能再用很久都不可能再

29、用的盤(pán)塊放在的盤(pán)塊放在LRU鏈的鏈頭，使其優(yōu)先被寫(xiě)回磁盤(pán)，不久后還要再使用鏈的鏈頭，使其優(yōu)先被寫(xiě)回磁盤(pán)，不久后還要再使用的盤(pán)塊放到鏈尾的盤(pán)塊放到鏈尾最近最久未使用算法最近最久未使用算法LRU最近未使用算法最近未使用算法NRU最少使用算法最少使用算法LFUOperating SystemOperating SystemPage 402022-2-22q周期性寫(xiě)回磁盤(pán)周期性寫(xiě)回磁盤(pán)v在在LRU算法中，經(jīng)常被訪(fǎng)問(wèn)的盤(pán)塊數(shù)據(jù)可能算法中，經(jīng)常被訪(fǎng)問(wèn)的盤(pán)塊數(shù)據(jù)可能一直保留在高速緩存中，長(zhǎng)期不被寫(xiě)回磁盤(pán)一直保留在高速緩存中，長(zhǎng)期不被寫(xiě)回磁盤(pán)v在在UNIX系統(tǒng)中專(zhuān)門(mén)增設(shè)了一個(gè)系統(tǒng)中專(zhuān)門(mén)增設(shè)了一個(gè)修改修改(up

30、date)程序，程序， 使之在后臺(tái)運(yùn)行，該程序周期性地調(diào)使之在后臺(tái)運(yùn)行，該程序周期性地調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用SYNC。該調(diào)用的主要功能。該調(diào)用的主要功能是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤(pán)是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤(pán)塊數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán)塊數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán)v在在MS-DOS中所采用的方法是：只要高速緩中所采用的方法是：只要高速緩存中的某盤(pán)塊數(shù)據(jù)被修改，便立即將它寫(xiě)回存中的某盤(pán)塊數(shù)據(jù)被修改，便立即將它寫(xiě)回磁盤(pán)，并將這種高速緩存稱(chēng)為磁盤(pán)，并將這種高速緩存稱(chēng)為“寫(xiě)穿透、高寫(xiě)穿透、高速緩存速緩存”(write-through cache)Operating SystemOperating Sy

31、stemPage 412022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列Operating SystemOperating SystemPage 422022-2-22q提前讀（提前讀（Read-Ahead）v在讀當(dāng)前塊的同時(shí)，將下一盤(pán)塊讀入緩沖區(qū)在讀當(dāng)前塊的同時(shí)，將下一盤(pán)塊讀入緩沖區(qū)q延遲寫(xiě)延遲寫(xiě)v緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不立即寫(xiě)回磁盤(pán)，而掛在隊(duì)尾緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不立即寫(xiě)回磁盤(pán)，而掛在隊(duì)尾q優(yōu)化物理塊分布優(yōu)化

32、物理塊分布v使文件的物理塊集中，減小磁頭移動(dòng)距離使文件的物理塊集中，減小磁頭移動(dòng)距離v分配時(shí)以簇（若干個(gè)盤(pán)塊分配時(shí)以簇（若干個(gè)盤(pán)塊 ）為單位）為單位v磁盤(pán)碎片整理磁盤(pán)碎片整理q虛擬盤(pán)虛擬盤(pán)v利用內(nèi)存空間仿真磁盤(pán)，又稱(chēng)為利用內(nèi)存空間仿真磁盤(pán)，又稱(chēng)為RAM盤(pán)盤(pán)Operating SystemOperating SystemPage 432022-2-22q磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述磁盤(pán)性能簡(jiǎn)述q磁盤(pán)調(diào)度磁盤(pán)調(diào)度q磁盤(pán)高速緩存磁盤(pán)高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤(pán)提高磁盤(pán)I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列Operating

33、 SystemOperating SystemPage 442022-2-22q廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列RAID(Redundant Array of Inexpensive Disk)，1987年由美國(guó)加州大學(xué)年由美國(guó)加州大學(xué)提出提出q過(guò)去過(guò)去RAID是由許多小的便宜磁盤(pán)組成的，可作是由許多小的便宜磁盤(pán)組成的，可作為大的昂貴磁盤(pán)的有效替代品為大的昂貴磁盤(pán)的有效替代品q現(xiàn)在現(xiàn)在RAID的使用主要是因?yàn)槠涓呖煽啃院透邤?shù)的使用主要是因?yàn)槠涓呖煽啃院透邤?shù)據(jù)傳輸率，而不是經(jīng)濟(jì)原因據(jù)傳輸率，而不是經(jīng)濟(jì)原因q利用一臺(tái)磁盤(pán)陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁利用一臺(tái)磁盤(pán)陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)

34、器，組成一個(gè)可靠的、快速的大容量磁盤(pán)盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)可靠的、快速的大容量磁盤(pán)系統(tǒng)系統(tǒng)Operating SystemOperating SystemPage 452022-2-22q磁盤(pán)冗余磁盤(pán)冗余改善可靠性改善可靠性v復(fù)制每個(gè)磁盤(pán)，這種技術(shù)稱(chēng)為鏡像復(fù)制每個(gè)磁盤(pán)，這種技術(shù)稱(chēng)為鏡像Operating SystemOperating SystemPage 462022-2-22q并行交叉存取并行交叉存取提高數(shù)據(jù)傳輸速度提高數(shù)據(jù)傳輸速度v將一個(gè)盤(pán)塊中的數(shù)據(jù)分成若干個(gè)子盤(pán)塊數(shù)據(jù)，將一個(gè)盤(pán)塊中的數(shù)據(jù)分成若干個(gè)子盤(pán)塊數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)在不同磁盤(pán)的相同位置上。數(shù)據(jù)傳分別存儲(chǔ)在不同磁盤(pán)的相同位置上。數(shù)據(jù)傳送時(shí)采

35、用并行傳輸方式送時(shí)采用并行傳輸方式123Nv主要目的：通過(guò)負(fù)載平衡，增加了多個(gè)小訪(fǎng)問(wèn)主要目的：通過(guò)負(fù)載平衡，增加了多個(gè)小訪(fǎng)問(wèn)（即頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)）的吞吐量，降低大訪(fǎng)問(wèn)的響應(yīng)時(shí)間（即頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)）的吞吐量，降低大訪(fǎng)問(wèn)的響應(yīng)時(shí)間Operating SystemOperating SystemPage 472022-2-22q鏡像提高可靠性，但很昂貴，分散提供了高數(shù)鏡像提高可靠性，但很昂貴，分散提供了高數(shù)據(jù)傳輸率，但并未改善可靠性，通過(guò)磁盤(pán)分散據(jù)傳輸率，但并未改善可靠性，通過(guò)磁盤(pán)分散和和“奇偶奇偶”位可以提供多種方案以在低代價(jià)下位可以提供多種方案以在低代價(jià)下提供冗余，這些方案有不同的性?xún)r(jià)折中，可分提供冗余，這些方案

36、有不同的性?xún)r(jià)折中，可分成不同級(jí)別，稱(chēng)為成不同級(jí)別，稱(chēng)為RAID級(jí)別級(jí)別Operating SystemOperating SystemPage 482022-2-222. RAID的分級(jí)的分級(jí)(Redundant Array of Inexpensive Disk)RAID 1級(jí)。 (3) RAID 2級(jí)。 (4) RAID 3級(jí)。(5) RAID 4級(jí)。(6) RAID 5級(jí)。 (7) RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。 Operating SystemOperating SystemPage 492022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 50

37、2022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 512022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 522022-2-222. RAID的分級(jí)的分級(jí) RAID 0級(jí)。 (3) RAID 2級(jí)。 (4) RAID 3級(jí)。(5) RAID 4級(jí)。(6) RAID 5級(jí)。 (7) RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。 Operating SystemOperating SystemPage 532022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 542022-2-22Opera

38、ting SystemOperating SystemPage 552022-2-222. RAID的分級(jí)的分級(jí) RAID 0級(jí)。RAID 1級(jí)。 (4) RAID 3級(jí)。(5) RAID 4級(jí)。(6) RAID 5級(jí)。 (7) RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。 Operating SystemOperating SystemPage 562022-2-22Operating SystemOperating SystemPage 572022-2-222. RAID的分級(jí)的分級(jí) RAID 0級(jí)。RAID 1級(jí)。 (3) RAID 2級(jí)。 (5) RAID 4級(jí)。(6) RAID 5級(jí)。 (7) RAID 6級(jí)和R