1.引入磁盤調(diào)度的例子

假定：一個硬盤的扇區(qū)長度為512個字節(jié)，磁道長度為32個扇區(qū)，平均尋道時間為20ms，傳輸速率為1MB/s,轉(zhuǎn)速為3600rpm。顯然， 如果一個長度為128K個字節(jié)的文件存放在該硬盤上，那么該文件將在該硬盤上占用256個扇區(qū)。問：如果系統(tǒng)從該硬盤上完整地讀入該文件， 將花費多長時間？
A.若文件連續(xù)地存放在硬盤的8個相鄰的磁道上，那么系統(tǒng)完整地讀入該文件需要花費的時間：
(20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220ms
B。若文件隨機地存放在硬盤的256個扇區(qū)上，那么讀入該文件需要花費的時間：
(20＋8.3＋0.5)×256＝7373ms
比較與分析：
如果文件的存儲方式不同，系統(tǒng)訪問文件的效率就不同；即，文件的存儲方式影響著系統(tǒng)訪問文件的效率。文件的存儲方式對系統(tǒng)訪問文件的效率的影響主要在于：訪問文件總的尋道時間和總的旋轉(zhuǎn)延遲。
結(jié)論： 當系統(tǒng)訪問一組磁盤扇區(qū)時，如果能夠減少總的尋道時間和總的旋轉(zhuǎn)延遲，那么系統(tǒng)的訪問效率將得到提高。

2.磁盤調(diào)度算法小結(jié)FCFS、SSTF、SCAN、N-SCAN

假定：當前有9個磁盤讀寫請求；這9個磁盤讀寫請求要訪問的磁道號按照各個磁盤讀寫請求到達的次序依次為：55、58、39、18、90、160、150、38、184。此外，磁頭當前位于100號磁道上。如果系統(tǒng)使用SCAN算法，還假定磁頭當前的移動方向為磁道號增長的方向。
問：如果系統(tǒng)分別使用FIFS策略、SSTF算法、SCAN算法調(diào)度磁盤，那么系統(tǒng)處理這9個磁盤讀寫請求時磁頭的平均尋道長度為多少？

1.FIFS

2.2?SSTF

2.3?SCAN

3.Disk Cache的工作原理

當用戶進程請求從磁盤讀入一個扇區(qū)時，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中為其建立一個副本，然后將該副本返給用戶進程。
當用戶進程請求向磁盤上寫出一個扇區(qū)時，系統(tǒng)同樣首先在disk cache中尋找該扇區(qū)的副本。如果能夠找到，那么系統(tǒng)將根據(jù)用戶進程的請求修改該扇區(qū)的副本；否則，系統(tǒng)同樣首先從磁盤上讀入該扇區(qū)并在disk cache中為其建立一 個副本，然后根據(jù)用戶進程的請求修改該副本。
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進行寫。2.周期性地進行寫。3.立即寫回，稱為“寫穿透高速緩存”，相當于只有讀緩存而沒有寫緩存。

4.磁盤管理的另一個有效方法

高性能的文件系統(tǒng)，磁盤碎片整理，使磁盤文件盡量連續(xù)。
磁盤容錯技術 ：
磁盤中常常存儲著非常重要的數(shù)據(jù)，例如交易數(shù)據(jù)、帳目數(shù)據(jù)、學生成績等。若這些數(shù)據(jù)出了問題，或者存儲這些數(shù)據(jù)的磁盤報廢，其后果是非常嚴重的。因此，要求保證磁盤數(shù)據(jù)的可靠性。
磁盤容錯技術通過在系統(tǒng)中設置冗余部件來提高系統(tǒng)可靠性。冗余部件包括增加冗余的磁盤驅(qū)動器、磁盤控制器等，使得當磁盤系統(tǒng)某部分出現(xiàn)缺陷或故障時，磁盤仍能正常工作，且不至于造成數(shù)據(jù)的錯誤和丟失。
磁盤容錯技術級別：
第一級容錯技術 ：最早出現(xiàn)、最基本的容錯技術，包括：雙份目錄和雙份文件分配表、熱修復重定向和寫后讀校驗。
第二級容錯技術 SFT-II：用于防止磁盤驅(qū)動器或磁盤控制器發(fā)生故障。包括：磁盤鏡像、磁盤雙工。磁盤雙工的成本較高;可靠性更高;對兩個磁盤的寫入是并行進行，速度較快;在某些實現(xiàn)中讀數(shù)據(jù)時，還可使用分離查找技術，從響應快的通道上取得數(shù)據(jù)，加快讀取速度。?

5.RAID技術?

RAID(Redundant Array of Independent/ Inexpensive Disks)：獨立或廉價磁盤冗余陣列，其中，“獨立”是目前通用的一個行業(yè)術語，強調(diào)RAID陣列的重要性和可靠性；“廉價”是較早使用的一個術語，重在強調(diào)RAID磁盤陣列中采用的相對較小的、價格較便宜的磁盤。
RAID磁盤陣列技術能以較低的成本，提供大容量、快速、安全可靠的磁盤存儲系統(tǒng)。從容錯的角度講，RAID技術應屬第二級容錯技術，但其內(nèi)涵遠遠不止容錯。?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)行的或者在主機系統(tǒng)中執(zhí)行的磁盤陣列管理軟件。?磁盤陣列管理軟件把邏輯上連續(xù)的一組數(shù)據(jù)交叉分布存儲在磁盤陣列中的各個磁盤上，如圖所示：

該技術通常被稱為磁盤條帶化(Disk Striping)，其好處是數(shù)據(jù)可以被并行讀出，給主機的感覺是磁盤快了多倍。

5.1條帶Strip的粒度

條帶可以是細粒度的（如一個字節(jié)或字）， 也可以是粗粒度的（如一個扇區(qū)或多個扇區(qū)）。若采用細粒度條帶，幾乎每個存取請求都會導致同時存取RAID中的所有磁盤，使得無法同時響應多個存取請求。 因此，細粒度的條帶只利于對單個存取請求進行并行處理。若采用粗粒度條帶，不會使每個存取請求都同時存取RAID中的所有磁盤；但，多個獨立的存取請求通常會導致同時存取RAID中的所有磁盤。 顯然，粗粒度的條帶只利于對多個獨立的存取請求進行并行處理。
磁盤陣列管理軟件在存儲數(shù)據(jù)的同時還將存儲相關的校驗信息；使得當磁盤陣列中的某個磁盤發(fā)生故障時，磁盤陣列管理軟件可以恢復存儲在該磁盤上的數(shù)據(jù)。
如果磁盤陣列管理軟件在主機系統(tǒng)中執(zhí)行，則屬軟件實現(xiàn)的RAID；如果磁盤陣列管理軟件在磁盤子系統(tǒng)中執(zhí)行，則屬硬件實現(xiàn)的RAID，相應的硬件稱為RAID控制器或RAID卡。采用RAID控制器方案的成本較高，但其效率高，不增加主機負擔。此類RAID技術對主機完全透明，在主機看來，RAID就是一個容量大、速度快、可靠性高的磁盤。

5.2RAID的常見組織形式（6種）

RAID Level 0、RAID Level 1、RAID Level 2、RAID Level 3、RAID Level 4、RAID Level 5、還可對基本RAID級別進行組合
RAID0：
僅使用了條帶化技術，不存儲數(shù)據(jù)的校驗信息，能提供大容量、快速的磁盤存儲能力，具備最好的讀/寫性能和最低的成本，磁盤容量的利用率為100%。但其安全性最低，其中任何一個磁盤損壞便會導致整個系統(tǒng)不可使用。
RAID1：
僅使用了磁盤鏡像或磁盤雙工技術，能提供最好的安全性，其中任何一個磁盤損壞都不會導致數(shù)據(jù)丟失。但磁盤容量的利用率只有50%，成本較高；對磁盤的讀/寫性能沒有提高。 RAID3： 同時使用了磁盤條帶化技術(細粒度，條帶大小為一個字節(jié)或一個字)和奇偶校驗容錯技術，如圖所示： 假定磁盤陣列中有N個磁盤，則RAID3將數(shù)據(jù)條帶化到其中N-1個磁盤上，使用一個磁盤專門存儲N-1個磁盤的奇偶校驗數(shù)據(jù)。因此，N個磁盤中任意損壞一個，都不會導致數(shù)據(jù)的丟失。RAID3的優(yōu)點是有較快的速度和較高的安全性，磁盤空間的利用率為(N-1)/N，成本相對RAID1較低。 RAID5： 與RAID3類似，主要區(qū)別是：1、RAID3使用一個磁盤專門存儲奇偶校驗數(shù)據(jù)，對于每一個寫操作(可能僅是一個條帶)，均要寫奇偶校驗磁盤。不但奇偶校驗磁盤的負擔較重、容易損壞，而且多個獨立的寫操作不能并行進行。2、RAID5使用粗粒度的條帶，將奇偶校驗數(shù)據(jù)分布到每一個磁盤中，沒有專門的奇偶校驗盤，因而克服了RAID3的缺點。當然，RAID5比RAID3稍復雜。如圖：

6設備管理部分總結(jié)

設備管理功能、常用設備分配技術、I/O緩沖技術、磁盤工作原理、磁盤調(diào)度算法、磁盤陣列RAID技術。
設備、通道、控制器與主機間的連接方式通常是多對多的關系；在主機的角度看，所有設備都連接在I/O總線上，它們通過I/O指令和某個I/O端口地址、中斷、通道、控制器等與主機交流，主機看不到這些設備具體細節(jié)。即插即用技術解決了設備間I/O端口地址、中斷等的沖突，方便了用戶在計算機系統(tǒng)中安裝外部設備；對設備的具體操作都由設備驅(qū)動程序完成。
為了便于使用，設備管理程序為用戶提供的是邏輯設備，而邏輯設備到物理設備的映射和轉(zhuǎn)換由設備管理程序完成；為了實現(xiàn)對設備的管理，操作系統(tǒng)需要設立多種表格，詳細記錄設備的分配和使用情況；從資源管理的角度講，設備可以分為獨占型設備和共享型設備兩大類。
緩沖區(qū)技術、虛擬設備技術、磁盤調(diào)度策略等等。操作系統(tǒng)中與磁盤管理相關的技術包括磁盤三維地址到一維地址的轉(zhuǎn)換、磁盤碎片的整理、磁盤高速緩存、磁盤調(diào)度策略、磁盤系統(tǒng)容錯、RAID技術等。

總結(jié)

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