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1、9/6/20221qI/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磁盤存儲(chǔ)器管理磁盤存儲(chǔ)器管理9/6/20222q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列現(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)法改善磁盤系統(tǒng)的性能9/6/20223q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(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

2、間v合理地組織文件地存儲(chǔ)方式，以提高磁盤的合理地組織文件地存儲(chǔ)方式，以提高磁盤的訪問訪問速度速度v提高磁盤存儲(chǔ)空間地利用率提高磁盤存儲(chǔ)空間地利用率v提高磁盤提高磁盤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）9/6/20224q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列9/6/202255.6 磁盤存儲(chǔ)器管理磁盤存儲(chǔ)器管理5.6.1 磁盤性能簡述磁盤性能簡

3、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。9/6/20226盤片盤片扇區(qū)扇區(qū)磁頭磁頭磁道磁道9/6/202279/6/202289/6/202299/6/2022109/6/2022119/6/202212q數(shù)據(jù)的組織和格式數(shù)據(jù)的組織和格式v盤片盤片（1個(gè)或多個(gè)）、盤面、磁道、扇區(qū)個(gè)或多個(gè)）、盤面、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

4、 Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field Gap Field1774151520IDDataSectorPhysical 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)9/6/202

5、2132.磁盤的類型磁盤的類型 這種磁盤在，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中。通過這些磁頭可訪問所有各磁道，并進(jìn)行，有效地。這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于上。，也被裝入磁臂中。為能訪問該盤面上的所有磁道，該磁頭必須能移動(dòng)以進(jìn)行尋道?？梢?，移動(dòng)磁頭僅能以，致使其；但由于其結(jié)構(gòu)簡單，故仍廣泛應(yīng)用于設(shè)備中。9/6/202214訪盤時(shí)間組成訪盤時(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9/6/202215q磁盤訪問時(shí)間磁盤訪問時(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)

6、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)，與磁盤驅(qū)動(dòng)與磁盤驅(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2ms9/6/202216v傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間Tt指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。經(jīng)歷的

7、時(shí)間。其大小與每次所讀其大小與每次所讀/寫的字寫的字節(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為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；為磁盤每秒鐘的轉(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，則訪問時(shí)間相同，則訪問時(shí)間=Ts+T+Tt rNbTt12asbTTrrN如如b=N/2，則，則T=1/(2r)=Tt可見，尋道時(shí)間可見，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/寫數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)無關(guān)，寫數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)無關(guān)，而且它通常占據(jù)了訪問時(shí)而且它通常占據(jù)了訪問時(shí)間中的大部分間中的大部分目前磁盤的傳輸速率已達(dá)到目前磁盤的傳輸速率已達(dá)到80MB/s以上，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間所占以上，數(shù)

8、據(jù)傳輸時(shí)間所占的比例更低。可見，適當(dāng)?shù)丶袛?shù)據(jù)傳輸，將有利于提高傳輸?shù)谋壤??？梢?，適當(dāng)?shù)丶袛?shù)據(jù)傳輸，將有利于提高傳輸效率效率9/6/2022173.磁盤訪問時(shí)間磁盤訪問時(shí)間：TS=m*n+S；：Tr1/2r：Ttb/rN Ta=Ts+1/2r+b/rN9/6/202218q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列在訪問磁盤的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁在訪問磁盤的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁盤調(diào)

9、度的目標(biāo)就是使磁盤的平均尋道時(shí)間最少。盤調(diào)度的目標(biāo)就是使磁盤的平均尋道時(shí)間最少。9/6/202219q 先來先服務(wù)先來先服務(wù)FCFS(First-Come,First Served)v根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度的先后次序進(jìn)行調(diào)度v優(yōu)點(diǎn)：簡單、公平，不優(yōu)點(diǎn)：簡單、公平，不會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求長期得不到會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求長期得不到滿足滿足v缺點(diǎn)：未優(yōu)化，平均尋缺點(diǎn)：未優(yōu)化，平均尋道時(shí)間長道時(shí)間長平均尋道長度：平均尋道長度：55.31461841123810150701607290211819393584555移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪問的下一個(gè)被訪問的下一個(gè)磁道磁道100道開始道開始55、

10、58、39、18、90、160、150、38、1849/6/2022200383955589010015016018418先來先服務(wù)先來先服務(wù)FCFS(First-Come,First Served)9/6/202221q 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要求訪問的磁道與當(dāng)前要求訪問的磁道與當(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)平均尋道長度：

11、平均尋道長度：27.524184101601321502018138163935532581090移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪問的下一個(gè)被訪問的下一個(gè)磁道磁道100道開始道開始55、58、39、18、90、160、150、38、1849/6/2022220383955589010015016018418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)9/6/202223100道開始道開始被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離5545583391918219072160701501038112184146平均尋道長度：平均尋道長度：55.3100道

12、開始道開始被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離90105832553391638118201501321601018424平均尋道長度：平均尋道長度：27.59/6/2022243.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)，且其所要訪問的磁道與磁頭當(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。9/6/202225q掃描掃描(SCAN)算法算法 vS

13、STF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0501609/6/202226q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算法不僅考慮欲訪問的磁道與當(dāng)前磁算法不僅考慮欲訪問的磁道與當(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又稱為又稱為“電梯調(diào)度算法電梯調(diào)度算

14、法”9/6/202227q 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問的磁道與當(dāng)前磁道訪問的磁道與當(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v又稱為又稱為“電梯調(diào)度算電梯調(diào)度算法法”平均尋道長度：平均尋道長度：27.82018138163935532589490241841016050150移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪問的下一個(gè)被訪問的下一個(gè)磁道磁

15、道100道開始，增加方向道開始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、1849/6/202228100道開始道開始被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離90105832553391638118201501321601018424平均尋道長度：平均尋道長度：27.5100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離1505016010184249094583255339163811820平均尋道長度：平均尋道長度：27.89/6/2022290383955589010015016018418v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剛移過剛移過的磁

16、道的等待時(shí)的磁道的等待時(shí)間長間長9/6/202230q 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減少剛移過的磁道的等減少剛移過的磁道的等待時(shí)間待時(shí)間平均尋道長度：平均尋道長度：27.532903581655139203816618241841016050150移動(dòng)距離移動(dòng)距離被訪問的下一個(gè)被訪問的下一個(gè)磁道磁道100道開始，增加方向道開始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、1849/6/20223103839555890100150160184189/6/202232100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一

17、個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離1505016010184249094583255339163811820平均尋道長度：平均尋道長度：27.8100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離15050160101842418166382039155165839032平均尋道長度：平均尋道長度：27.59/6/202233100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一個(gè)磁被訪問的下一個(gè)磁道道移動(dòng)距離移動(dòng)距離15050160101842418166382039155165839032平均尋道長度：平均尋道長度：27.5100道開始道開始被訪問的下一個(gè)被訪問的下

18、一個(gè)磁道磁道移動(dòng)距離移動(dòng)距離90105832553391638118201501321601018424平均尋道長度：平均尋道長度：27.59/6/202234q 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，稱為可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況，稱為“磁磁臂粘著臂粘著”(Armstickiness)N步步SCAN算法是將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長度算法是將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長度為為N的子隊(duì)列，磁盤調(diào)度將按的子隊(duì)列，磁盤調(diào)度將按FCFS算法依次處理

19、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算法的簡化，算法的簡化，即其只將即其只將磁盤請(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，由磁盤調(diào)度按的進(jìn)程形成的隊(duì)列，由磁盤調(diào)度按SCAN算法進(jìn)行處理。在掃描期間，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

20、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FCFS9/6/202235q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列9/6/202236q磁盤高速緩存的形式磁盤高速緩存的形式v利用利用內(nèi)存內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間，來暫存從中的存儲(chǔ)空間，來暫存從磁盤磁盤中讀中讀出的一系列盤塊中的信息出的一系列盤塊中的信息v高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤，高

21、速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤，而物理而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊上是駐留在內(nèi)存中的盤塊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)存中開辟一個(gè)在內(nèi)存中開辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來作為來作為磁盤高速緩存，其大小是固定的磁盤高速緩存，其大小是固定的把所有把所有未利用的內(nèi)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)求分頁系統(tǒng)和磁盤供請(qǐng)求分頁系統(tǒng)和磁盤I/O時(shí)時(shí)(作為磁盤高作為磁盤高速緩存速緩存)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9/6/202237q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

22、付（Data Delivery）是指將磁盤高是指將磁盤高速緩存中的數(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)求訪問某個(gè)盤塊時(shí)，先查看磁盤當(dāng)有進(jìn)程請(qǐng)求訪問某個(gè)盤塊時(shí)，先查看磁盤高速緩存高速緩存v有兩種方式交付數(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)從磁盤節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤高速緩存存儲(chǔ)

23、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9/6/202238q置換算法置換算法v將磁盤中的盤塊寫入高速緩存時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因?qū)⒋疟P中的盤塊寫入高速緩存時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦咚倬彺嬷幸蜒b滿盤塊而需要將高速緩存為高速緩存中已裝滿盤塊而需要將高速緩存中的數(shù)據(jù)先換出的問題，常用算法有中的數(shù)據(jù)先換出的問題，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)訪問頻率訪問頻率可預(yù)見性，如正在寫數(shù)據(jù)的未滿盤塊可預(yù)見性，如正在寫數(shù)據(jù)的未滿盤塊數(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)要寫回內(nèi)存中已修改數(shù)據(jù)要寫回磁盤磁盤可將高速緩存中的所有盤塊數(shù)據(jù)

24、構(gòu)成一個(gè)可將高速緩存中的所有盤塊數(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)一致性的盤塊和響到數(shù)據(jù)一致性的盤塊和很久都不可能再用很久都不可能再用的盤塊放在的盤塊放在LRU鏈的鏈頭，使其優(yōu)先被寫回磁盤，不久后還要再使用鏈的鏈頭，使其優(yōu)先被寫回磁盤，不久后還要再使用的盤塊放到鏈尾的盤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LFU9/6/202239q周期性寫回磁盤周期性寫回磁盤v在在LRU算法中，經(jīng)常被訪問的盤塊數(shù)據(jù)可能算法中，經(jīng)常被訪問的盤塊數(shù)據(jù)可能一直保留在高速緩存中，長期不被寫回磁盤一直保留在高速緩存中，長期不被寫回磁盤

25、v在在UNIX系統(tǒng)中專門增設(shè)了一個(gè)系統(tǒng)中專門增設(shè)了一個(gè)修改修改(update)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是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤塊數(shù)據(jù)寫回磁盤塊數(shù)據(jù)寫回磁盤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塊數(shù)據(jù)被修改，便立即將它寫回存中的某盤塊數(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磁盤，并將這種高速緩存稱為“寫穿透、高寫穿透、高速緩存速緩存”(write-through c

26、ache)9/6/202240q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列9/6/202241q提前讀（提前讀（Read-Ahead）v在讀當(dāng)前塊的同時(shí)，將下一盤塊讀入緩沖區(qū)在讀當(dāng)前塊的同時(shí)，將下一盤塊讀入緩沖區(qū)q延遲寫延遲寫v緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不立即寫回磁盤，而掛在隊(duì)尾緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不立即寫回磁盤，而掛在隊(duì)尾q優(yōu)化物理塊分布優(yōu)化物理塊分布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

27、分配時(shí)以簇（若干個(gè)盤塊分配時(shí)以簇（若干個(gè)盤塊）為單位）為單位v磁盤碎片整理磁盤碎片整理q虛擬盤虛擬盤v利用內(nèi)存空間仿真磁盤，又稱為利用內(nèi)存空間仿真磁盤，又稱為RAM盤盤9/6/202242q磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)磁盤存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)q磁盤性能簡述磁盤性能簡述q磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度q磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache)q提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列9/6/202243q廉價(jià)磁盤冗余陣列廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID(Redundant Array of Inexpensive Disk)，1987年由美國加州大學(xué)年由美國加州大學(xué)提出

28、提出q過去過去RAID是由許多小的便宜磁盤組成的，可作是由許多小的便宜磁盤組成的，可作為大的昂貴磁盤的有效替代品為大的昂貴磁盤的有效替代品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)磁盤陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁利用一臺(tái)磁盤陣列控制器統(tǒng)一管理和控制一組磁盤驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)可靠的、快速的大容量磁盤盤驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)可靠的、快速的大容量磁盤系統(tǒng)系統(tǒng)9/6/202244q磁盤冗余磁盤冗余改善可靠性改善可靠性v復(fù)制每個(gè)磁盤，這種技術(shù)稱為鏡像復(fù)制每個(gè)磁盤，這種技術(shù)稱為鏡像9/6/202245q并行交叉存取

29、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)盤塊中的數(shù)據(jù)分成若干個(gè)子盤塊數(shù)據(jù)，將一個(gè)盤塊中的數(shù)據(jù)分成若干個(gè)子盤塊數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)在不同磁盤的相同位置上。數(shù)據(jù)傳分別存儲(chǔ)在不同磁盤的相同位置上。數(shù)據(jù)傳送時(shí)采用并行傳輸方式送時(shí)采用并行傳輸方式123Nv主要目的：通過負(fù)載平衡，增加了多個(gè)小訪問主要目的：通過負(fù)載平衡，增加了多個(gè)小訪問（即頁訪問）的吞吐量，降低大訪問的響應(yīng)時(shí)間（即頁訪問）的吞吐量，降低大訪問的響應(yīng)時(shí)間9/6/202246q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，通過磁盤分散據(jù)傳輸率，但并未改善可靠性，通過磁盤分散和

30、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價(jià)折中，可分提供冗余，這些方案有不同的性價(jià)折中，可分成不同級(jí)別，稱為成不同級(jí)別，稱為RAID級(jí)別級(jí)別9/6/2022472.RAID的分級(jí)的分級(jí)(Redundant Array of Inexpensive Disk)(2)RAID 1級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。(6)(6)RAID 5級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022489/6/2022499/6/2022509/6/2022512.RAID的分級(jí)的分

31、級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。(6)(6)RAID 5級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022529/6/2022539/6/2022542.RAID的分級(jí)的分級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(2)RAID 1級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。(6)(6)RAID 5級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022559/6/2022562.RAID的分級(jí)的分級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(2)RAID 1級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。

32、(6)(6)RAID 5級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022579/6/2022582.RAID的分級(jí)的分級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(2)RAID 1級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(6)(6)RAID 5級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022599/6/2022609/6/2022612.RAID的分級(jí)的分級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(2)RAID 1級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。(7)(7)RAID 6級(jí)和RAID 7級(jí)。9/6/2022629/6/2022

33、639/6/2022642.RAID的分級(jí)的分級(jí)(1)RAID 0級(jí)。(2)RAID 1級(jí)。(3)(3)RAID 2級(jí)。(4)(4)RAID 3級(jí)。(5)(5)RAID 4級(jí)。(6)(6)RAID 5級(jí)。9/6/202265qRAID的分級(jí)的分級(jí)vRAID5將數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)信息分布在所有將數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)信息分布在所有N+1塊盤上，塊盤上，而不是將數(shù)據(jù)存在而不是將數(shù)據(jù)存在N個(gè)盤上個(gè)盤上具有獨(dú)立傳送功能的磁盤陣列，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器有各具有獨(dú)立傳送功能的磁盤陣列，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器有各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)通路，獨(dú)立地進(jìn)行讀寫自獨(dú)立的數(shù)據(jù)通路，獨(dú)立地進(jìn)行讀寫無專門校驗(yàn)盤無專門校驗(yàn)盤vRAID6和和RAID7RAID6中，設(shè)

34、置了一個(gè)專用的、可快速訪問的異中，設(shè)置了一個(gè)專用的、可快速訪問的異步校驗(yàn)盤，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)訪問通路步校驗(yàn)盤，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)訪問通路RAID7是對(duì)是對(duì)RAID6改進(jìn)，具有較高的傳輸速率改進(jìn)，具有較高的傳輸速率和優(yōu)異的性能和優(yōu)異的性能9/6/202266qRAID的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)v可靠性高可靠性高采用容錯(cuò)技術(shù)采用容錯(cuò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鏡像、雙工等冗余方式可實(shí)現(xiàn)鏡像、雙工等冗余方式v磁盤磁盤I/O速度高速度高采用并行交叉存取，提高速度采用并行交叉存取，提高速度v性能性能/價(jià)格比高價(jià)格比高與其他高性能磁盤系統(tǒng)相比，容量、速度、與其他高性能磁盤系統(tǒng)相比，容量、速度、可靠性高，但價(jià)格低可靠性高，但價(jià)格低9/6/2022679/6/202268演講完畢，謝謝觀看！