操作系統(tǒng)第八章設(shè)備與課件

第八章設(shè)備與I/O管理設(shè)備及其分類(lèi)設(shè)備的物理特性IO傳輸方式（查詢(xún)、中斷、通道、DMA）設(shè)備分配與去配設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備調(diào)度緩沖技術(shù)輸入輸出進(jìn)程RAID技術(shù)虛擬設(shè)備整理ppt第八章設(shè)備與I/O管理設(shè)備及其分類(lèi)整理ppt18.1設(shè)備及其分類(lèi)用途存儲(chǔ)型設(shè)備磁盤(pán)，磁帶，光盤(pán)IO型設(shè)備掃描儀，打印機(jī)，mouse，keyboard，monitor，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)卡，交換機(jī)，etc.整理ppt8.1設(shè)備及其分類(lèi)用途整理ppt28.1設(shè)備及其分類(lèi)管理共享型設(shè)備（塊型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以塊為單位可以交叉獨(dú)占型設(shè)備（塊型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以塊為單位不宜交叉獨(dú)占型設(shè)備（字符型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以字符為單位不能交叉整理ppt8.1設(shè)備及其分類(lèi)管理整理ppt3IO設(shè)備的物理特性傳輸一字節(jié)發(fā)生一次中斷存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性磁帶的物理特性頭標(biāo)信息塊信息塊信息塊…………….尾標(biāo)間隙操作：反繞，正向查找，反向查找，讀，寫(xiě)，…地址：一維文件：順序結(jié)構(gòu)（一個(gè)文件占若干連續(xù)塊）8.2設(shè)備的物理特性整理pptIO設(shè)備的物理特性頭標(biāo)信息塊信息塊信息塊4...磁盤(pán)組的物理特性......……盤(pán)面0盤(pán)面1盤(pán)面2盤(pán)面m-1扇區(qū)1扇區(qū)0扇區(qū)n-1柱面0柱面l-1…...引臂整理ppt...磁盤(pán)組的物理特性......……盤(pán)面0盤(pán)面1盤(pán)面2盤(pán)面5柱面號(hào)i盤(pán)面號(hào)j扇區(qū)號(hào)k塊號(hào)b（一維地址）（三維地址）編址方法：使相鄰塊物理上最近例子：l=2;m=3;n=3柱面號(hào)：000000000111111111盤(pán)面號(hào)：000111222000111222扇區(qū)號(hào)：012012012012012012塊號(hào)：01234567891011121314151617整理ppt柱面號(hào)i塊號(hào)b（一維地址）（三維地址）編址方法：使相鄰塊物理6三維地址一維地址：b=imn+jn+k一維地址三維地址：i=b(mn)j=bmod(mn)nk=bmod(mn)modn整理ppt三維地址一維地址：整理ppt7未考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)：扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)6扇區(qū)5扇區(qū)4扇區(qū)3扇區(qū)2扇區(qū)1整理ppt未考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)：扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)6扇區(qū)5扇區(qū)4扇區(qū)8扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)3扇區(qū)6扇區(qū)2扇區(qū)5扇區(qū)1扇區(qū)4考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)(單交錯(cuò))：整理ppt扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)3扇區(qū)6扇區(qū)2扇區(qū)5扇區(qū)1扇區(qū)4考慮讀寫(xiě)延遲9扇區(qū)0扇區(qū)5扇區(qū)2扇區(qū)7扇區(qū)4扇區(qū)1扇區(qū)6扇區(qū)3考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)(雙交錯(cuò))：整理ppt扇區(qū)0扇區(qū)5扇區(qū)2扇區(qū)7扇區(qū)4扇區(qū)1扇區(qū)6扇區(qū)3考慮讀寫(xiě)延遲10光盤(pán)的物理特性:讀取原理:pit/land螺旋線,22188圈(展開(kāi)5.6km),內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)速:530轉(zhuǎn)/分;外側(cè)轉(zhuǎn)速:200轉(zhuǎn)/分(密度均勻,讀取速度均勻)

………DataECCP14個(gè)bit構(gòu)成一個(gè)symble42個(gè)symble構(gòu)成一個(gè)frame98個(gè)frame構(gòu)成一個(gè)sectorSector2352bytes588bits的frame各包含24字節(jié)Preamble:

16bytes,前12bytes為:00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00后隨3bytes扇區(qū)編號(hào),最后字節(jié)為mode2048字節(jié)288字節(jié)整理ppt光盤(pán)的物理特性:………DataECCP14個(gè)bit構(gòu)成一個(gè)s118.3I/O傳輸方式IO操作演變歷史程序查詢(xún)方式(programmedIO)(polling)CPUandDevicecannotworkinparallel中斷方式(interrupt)CPUanddevicecanworkinparallel,toomanyinterruptsforCPU通道方式(channel)specialprocessorfordealingwithiooperations直接內(nèi)存方式(DMA)DMAcontrollerinchargeofblockio整理ppt8.3I/O傳輸方式IO操作演變歷史整理ppt128.3.1程序控制查詢(xún)方式CPU啟動(dòng)設(shè)備完成FT缺點(diǎn):處理機(jī)與設(shè)備串行工作;消耗大量處理機(jī)時(shí)間.整理ppt8.3.1程序控制查詢(xún)方式CPU啟動(dòng)設(shè)備完成FT缺點(diǎn):整理138.3.2中斷驅(qū)動(dòng)方式CPU計(jì)算啟動(dòng)設(shè)備計(jì)算…計(jì)算中斷處理計(jì)算設(shè)備:工作特點(diǎn):CPU與設(shè)備并行工作設(shè)備多時(shí)對(duì)CPU打擾多整理ppt8.3.2中斷驅(qū)動(dòng)方式CPU設(shè)備:工作特點(diǎn):CPU與設(shè)148.3.3DMA方式③數(shù)據(jù)傳輸CPUDMA控制器內(nèi)存地址計(jì)數(shù)控制緩沖磁盤(pán)⑤中斷②DMA請(qǐng)求總線磁盤(pán)控制器④回答①DMA編程啟動(dòng)中斷狀態(tài)整理ppt8.3.3DMA方式③數(shù)據(jù)傳輸CPUDMA內(nèi)存地址計(jì)158.3.3DMA方式.

①CPU通過(guò)設(shè)置DMA控制器實(shí)現(xiàn)DMA編程，同時(shí)啟動(dòng)磁盤(pán)控制器由磁盤(pán)讀入數(shù)據(jù)至內(nèi)部緩沖區(qū)并進(jìn)行和校驗(yàn)；②DMA控制器向磁盤(pán)控制器發(fā)出讀請(qǐng)求，并將內(nèi)存地址放在地址總線上；③磁盤(pán)控制器將字節(jié)傳到內(nèi)存指定單元；④磁盤(pán)控制器向DMA控制器發(fā)送回答；⑤DMA控制器將內(nèi)部地址寄存器加1同時(shí)將記數(shù)減1，重復(fù)上述過(guò)程②─④直至計(jì)數(shù)器為0，此時(shí)DMA控制器向CPU發(fā)出中斷信號(hào).整理ppt8.3.3DMA方式.①CPU通過(guò)設(shè)置DMA控制器實(shí)現(xiàn)D168.3.4通道方式通道負(fù)責(zé)IO操作的處理機(jī)指令系統(tǒng)基本操作：控制、讀、寫(xiě)、轉(zhuǎn)移、結(jié)束指令格式：（操作碼，傳輸量，特征位，地址）運(yùn)控部件CAW，CCW，CSW，CDW存儲(chǔ)區(qū)域（與CPU共用內(nèi)存,通道內(nèi)有緩沖區(qū)）通道程序，IO數(shù)據(jù)（channeldoeshaveitsbuffers）整理ppt8.3.4通道方式通道整理ppt17通道程序執(zhí)行過(guò)程：按CAW取通道命令CCW（CAW）+1CAW是通道結(jié)束命令執(zhí)行此命令F向CPU發(fā)中斷一個(gè)通道程序可以控制若干設(shè)備進(jìn)行多次IO傳輸。T整理ppt通道程序執(zhí)行過(guò)程：按CAW取通道命令CCW（CAW）+118通道類(lèi)型字節(jié)多路通道(bytemultiplexerchannel)多個(gè)非分配型子通道，連接低速外圍設(shè)備數(shù)組選擇通道(blockselectorchannel)一個(gè)分配型子通道，連接多臺(tái)高速設(shè)備數(shù)組多路通道(blockmultiplexerchannel)多個(gè)非分配型子通道，連接多臺(tái)高速設(shè)備整理ppt通道類(lèi)型字節(jié)多路通道(bytemultiplexerch19設(shè)備、通道、內(nèi)存連接選擇通道磁盤(pán)字節(jié)多路通道打印機(jī)輸入機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器處理機(jī)磁帶數(shù)組多路通道整理ppt設(shè)備、通道、內(nèi)存連接選擇通道磁盤(pán)字節(jié)多路通道打印機(jī)輸入機(jī)內(nèi)存208.4設(shè)備的分配與去配獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配塊型獨(dú)占字符型獨(dú)占共享型設(shè)備的分配與去配塊型共享整理ppt8.4設(shè)備的分配與去配獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配整理ppt21數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備控制塊(UCB)通道控制塊(CCB)設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備狀態(tài)相連通道占有設(shè)備進(jìn)程通道標(biāo)識(shí)通道狀態(tài)通道類(lèi)型占有通道進(jìn)程系統(tǒng)設(shè)備表(SDT)設(shè)備類(lèi)總數(shù)設(shè)備等待隊(duì)列UCB表指針…………lpmSmUCBUCB…UCB…………整理ppt數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備標(biāo)識(shí)通道標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)備表(SDT)設(shè)備類(lèi)總數(shù)22獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配用戶(hù)使用獨(dú)占型設(shè)備活動(dòng)：申請(qǐng)，使用，使用，…，使用，釋放

申請(qǐng)：(1)根據(jù)設(shè)備類(lèi)查SDT表(2)P(Sm)(3)查UCB表找一空閑設(shè)備并分配使用：(1)分配通道(2)IO傳輸(3)去配通道釋放：(1)找SDT表對(duì)應(yīng)入口(2)查UCB表，去配(3)V(Sm)

整理ppt獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配整理ppt238.4設(shè)備的分配與去配共享型設(shè)備的分配與去配用戶(hù)使用共享型設(shè)備活動(dòng)使用，使用，…，使用特征來(lái)自文件系統(tǒng)；每次讀（寫(xiě)）一塊；通常經(jīng)過(guò)緩沖；排隊(duì)優(yōu)化。使用分配通道；IO操作；釋放通道整理ppt8.4設(shè)備的分配與去配共享型設(shè)備的分配與去配整理ppt248.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)通道程序CCW指令序列靜態(tài)編制或動(dòng)態(tài)生成設(shè)備啟動(dòng)通道啟動(dòng)中斷處理通道向CPU發(fā)的中斷整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)通道程序整理ppt258.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C268.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C278.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C288.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C298.6設(shè)備調(diào)度優(yōu)化服務(wù)順序考慮因素公平性防止餓死高效性減少磁盤(pán)引臂移動(dòng)量整理ppt8.6設(shè)備調(diào)度優(yōu)化服務(wù)順序整理ppt30磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)先到先服務(wù)（FCFS）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，9701542536897108130180199移動(dòng)量:(130-53)+(130-42)+(180-42)+(180-15)+(108-15)+(108-68)+(97-68)=630整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)先到31磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)最短尋找時(shí)間優(yōu)先（SSTF）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，9701542536897108130180199移動(dòng)量:(53-42)+(180-42)+(180-15)=314整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)最短32磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)SCAN（LOOK）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，97SCAN移動(dòng)量:(53-0)+(180-0)=233LOOK移動(dòng)量:(53-15)+(180-15)=20301542536897108130180199

LookScan整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)SC33磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)C-SCAN（C-LOOK）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，97特點(diǎn)：所有磁道地位最長(zhǎng)等待時(shí)間相同問(wèn)題：diskheadstickiness（磁頭粘性）01542536897108130180199

C-LookC-Scan整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)C-34磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)N-stepSCAN（N步掃描）將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分為若干個(gè)長(zhǎng)度為N的子隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列內(nèi)采用SCAN算法例子：磁道由外向內(nèi)編號(hào)0-99,磁頭當(dāng)前位置20,向內(nèi)移動(dòng),N=412,5,7,30,60,77,13,26,61,80,53,6620→30→12→7→5→13→26→60→77→80→66→61→53當(dāng)N很大時(shí)，接近SCAN算法當(dāng)N=1時(shí)，蛻化為FCFS算法整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)N-35磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)FSCAN（FreezingSCAN，凍結(jié)掃描)將磁盤(pán)請(qǐng)求分為兩個(gè)子隊(duì)列，服務(wù)隊(duì)列請(qǐng)求隊(duì)列用SCAN算法掃描服務(wù)隊(duì)列，并為請(qǐng)求服務(wù)，服務(wù)期間新到達(dá)的請(qǐng)求入請(qǐng)求隊(duì)列掃描完成后交換兩個(gè)隊(duì)列的地位整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)FS368.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)首先分析一下讀/寫(xiě)一個(gè)磁盤(pán)塊需要多少時(shí)間。它一般由如下三個(gè)因素確定：尋道時(shí)間（seektime）：將磁盤(pán)引臂移動(dòng)到指定柱面所需要的時(shí)間；旋轉(zhuǎn)延遲（rotationaldelay）：指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下的時(shí)間；傳輸時(shí)間（transfertime）：讀/寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)的時(shí)間。整理ppt8.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)首先分析一下讀/寫(xiě)一個(gè)磁盤(pán)塊需要多378.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)尋道時(shí)間Ts計(jì)算公式如下：Ts=m×n﹢s其中，n為跨越磁道數(shù)，m為跨越一個(gè)磁道所用時(shí)間，s為啟動(dòng)時(shí)間。旋轉(zhuǎn)延遲Tr計(jì)算公式如下：Tr=1/(2r)其中，r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速。該公式給出的是平均旋轉(zhuǎn)延遲，它是磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的一半，即旋轉(zhuǎn)半周所花費(fèi)的時(shí)間。整理ppt8.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)尋道時(shí)間Ts計(jì)算公式如下：整理pp388.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)傳輸時(shí)間Tt計(jì)算公式如下：Tt=b/(rN)其中，b為讀/寫(xiě)字節(jié)數(shù)，r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速，N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)。整理ppt8.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)傳輸時(shí)間Tt計(jì)算公式如下：整理pp398.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)因此，可將訪問(wèn)時(shí)間Ta表示為：訪問(wèn)磁盤(pán)通常是以扇區(qū)（塊）為單位的，令M為一個(gè)磁道上扇區(qū)的個(gè)數(shù)，則一個(gè)扇區(qū)的訪問(wèn)時(shí)間為：整理ppt8.6.1磁盤(pán)I/O參數(shù)因此，可將訪問(wèn)時(shí)間Ta表示為：整理40例題例8-1．設(shè)有一個(gè)只有一個(gè)移動(dòng)磁頭的磁盤(pán)，磁道由外向內(nèi)編號(hào)0、1、2、…、199，磁頭移動(dòng)一個(gè)磁道所需時(shí)間為1ms，每個(gè)磁道有100個(gè)扇區(qū)，磁盤(pán)轉(zhuǎn)速6000r/m。采用CLOOK引臂調(diào)度算法，當(dāng)前引臂位置處于第100磁道，當(dāng)前移動(dòng)方向由外向內(nèi)，并規(guī)定引臂向內(nèi)掃描時(shí)為路經(jīng)請(qǐng)求服務(wù)。對(duì)于如下磁道請(qǐng)求120、85、70、30，每個(gè)請(qǐng)求訪問(wèn)對(duì)應(yīng)磁道上的一個(gè)扇區(qū)，問(wèn)：(1)給出引臂移動(dòng)序列，計(jì)算引臂移動(dòng)量和尋道時(shí)間，忽略啟動(dòng)時(shí)間；(2)計(jì)算平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間；(3)計(jì)算傳輸時(shí)間；(4)計(jì)算所有訪問(wèn)處理時(shí)間。整理ppt例題例8-1．設(shè)有一個(gè)只有一個(gè)移動(dòng)磁頭的磁盤(pán)，磁道由外向內(nèi)編41例題解答：(1)磁盤(pán)引臂移動(dòng)序列為:100→120→30→70→85，跨越磁道數(shù)：20+90+40+15=165。共需尋道時(shí)間165×1ms=165ms.(2)1次訪盤(pán)的旋轉(zhuǎn)延遲為：Tr=1/(2r)=1/(2×(6000/m))=1/(2×(100/s))=5ms，4次訪盤(pán)的旋轉(zhuǎn)延遲為4×5ms=20ms.(3)1次訪盤(pán)的傳輸時(shí)間為：Tt=1/(rM)=1/((6000/m)×100)=1/((100/s)×100)=0.1ms，4次訪盤(pán)的傳輸時(shí)間為4×0.1ms=0.4ms.(4)所有訪問(wèn)處理時(shí)間=165+20+0.4=185.4(ms)。整理ppt例題解答：整理ppt428.7緩沖技術(shù)設(shè)備處理數(shù)據(jù)到達(dá)與離開(kāi)速度不一致所采用的技術(shù)。Bufferingvs.Cachingbuffering:onedatacopycaching:multipledatacopy(slow多,fast少)硬緩沖與軟緩沖硬緩沖區(qū)通常設(shè)在設(shè)備中軟緩沖區(qū)通常設(shè)在內(nèi)存系統(tǒng)空間中私用緩沖與公共緩沖一個(gè)緩沖區(qū)與一個(gè)固定設(shè)備相聯(lián)系，不同設(shè)備使用不同的緩沖區(qū)利用率低緩沖區(qū)由系統(tǒng)統(tǒng)一管理，按需要?jiǎng)討B(tài)分派給正在進(jìn)行I/O傳輸?shù)脑O(shè)備整理ppt8.7緩沖技術(shù)整理ppt43空緩沖空緩沖空緩沖...head共n個(gè)Varbuf_num:semaphore;(initn)mutex:semaphore;(init1)1.申請(qǐng)2.釋放(1)P(buf_num)P(mutex)(2)P(mutex)空緩沖入鏈尾(3)取鏈頭空緩沖V(mutex)(4)V(mutex)V(buf_num)緩沖池管理tail整理ppt空緩沖空緩沖空緩沖...head共n個(gè)Varbuf_num448.7.5緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)：輸入設(shè)備進(jìn)程空間緩沖輸入設(shè)備緩沖緩沖...io鏈整理ppt8.7.5緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)：輸入設(shè)備進(jìn)程空間緩沖輸入設(shè)備緩45進(jìn)程方面：中斷方面：IO鏈空設(shè)備忙申請(qǐng)空緩沖啟動(dòng)設(shè)備等待由io鏈取一緩沖信息進(jìn)程空間釋放空緩沖緩沖入io鏈有等待進(jìn)程喚醒傳輸完畢申請(qǐng)空緩沖啟動(dòng)設(shè)備FTFTFTTF整理ppt進(jìn)程方面：中斷方面：IO鏈空設(shè)備忙申請(qǐng)空緩沖啟動(dòng)設(shè)備等待由i468.7.5緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)：輸出設(shè)備進(jìn)程空間緩沖輸出設(shè)備緩沖緩沖...io鏈整理ppt8.7.5緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)：輸出設(shè)備進(jìn)程空間緩沖輸出設(shè)備緩47進(jìn)程方面：中斷方面：申請(qǐng)一空緩沖信息緩沖設(shè)備忙啟動(dòng)設(shè)備緩沖入io鏈傳輸完TFFT釋放空緩沖io鏈空取一緩沖啟動(dòng)設(shè)備TF整理ppt進(jìn)程方面：中斷方面：申請(qǐng)一空緩沖信息緩沖設(shè)備忙啟動(dòng)設(shè)備緩沖488.7.5輸入輸出設(shè)備：(磁帶、磁盤(pán))緩沖區(qū)頭緩沖區(qū)體設(shè)備塊號(hào)IO標(biāo)識(shí)等待進(jìn)程塊型緩沖區(qū)：進(jìn)程空間緩沖IO設(shè)備緩沖緩沖...io鏈整理ppt8.7.5輸入輸出設(shè)備：緩沖區(qū)頭設(shè)備塊號(hào)塊型緩沖區(qū)：進(jìn)49進(jìn)程方面(輸入)：進(jìn)程方面(輸出)：中斷方面：申請(qǐng)空緩沖填寫(xiě)頭部設(shè)備工作入io鏈尾啟動(dòng)設(shè)備信息進(jìn)程釋放緩沖申請(qǐng)空緩沖填寫(xiě)頭部信息緩沖設(shè)備工作啟動(dòng)設(shè)備入io鏈輸入喚醒等待者釋放空緩沖io鏈空取一緩沖啟動(dòng)設(shè)備FTFTTFFT等待整理ppt進(jìn)程方面(輸入)：進(jìn)程方面(輸出)：中斷方面：申請(qǐng)空緩沖填寫(xiě)50UNIX緩沖字符型緩沖100個(gè)緩沖區(qū)，長(zhǎng)度8字節(jié)(6字符+2指針)組成公共緩沖池，所有字符型設(shè)備公用緩沖區(qū)或?qū)儆赾freelist,或?qū)儆谀匙址O(shè)備(eg.tty,lp)塊型緩沖50個(gè)緩沖區(qū)，長(zhǎng)度514字節(jié)組成公共緩沖池，所有塊型設(shè)備公用緩沖區(qū)可屬于bfreelistand/ordevtab預(yù)先讀入的塊(breada)延遲寫(xiě)出的塊(bdwrite)整理pptUNIX緩沖字符型緩沖整理ppt51字符型設(shè)備緩沖structcblock{structcblock*c_next;charinfo[6];}structcblock*cfreelist;//freecblocksstructclist//associatedwithacharacterdevice{intc_cc;//charactercountintc_cf;//pointertofirstblockintc_cl;//pointertolastblock}整理ppt字符型設(shè)備緩沖整理ppt52structbuf//actuallyabufferheader,sharedbyallmounteddisks{intb_flags;//BUSY,ASYNC,DELWRI,DONE...structbuf*b_forw;//headedbydevtabstructbuf*b_back;structbuf*av_forw;//positiononfreeliststructbuf*av_back;intb_dev;intb_wcount;//transfercountchar*b_addr;//lowordercore(buffer)addresschar*b_xmem;//highordercore(buffer)addresschar*b_blkno//block#ondevicecharb_error;char*b_resid;//wordnottransferredaftererror}buf[NBUF]塊型設(shè)備緩沖（頭部）整理pptstructbuf//actuallyab531514131211109876543210B_READ/B_WRITEB_DONEB_ERRORB_BUSYB_WANTEDB_RELOCB_ASYNCB_DELWRIb_flag:整理ppt151413121110954structdevtab//設(shè)備IO隊(duì)列{chard_active;//busyflagchard_errcnt;//errorcountstructbuf*b_forw;//firstbufferforthisdevstructbuf*b_back;//lastbufferforthisdevstructbuf*d_actf;//headofIOqueuestructbuf*d_actl;//tailofIOqueue}charbuffers[NBUF][514];//塊型緩沖區(qū)structbufbfreelist;//緩沖區(qū)頭部的鏈頭整理pptstructdevtab//設(shè)備IO隊(duì)列char55structdevtab{chard_active;chard_errcnt;structbuf*b_forw;structbuf*b_back;

structbuf*d_actf;structbuf*d_actl;}1821bfreelist35658368整理ppt1821bfreelist35658368整理ppt56相關(guān)操作：getblk(dev,blkno)//assignabufferforthegivenblockbread(dev,blkno)//readablock(ifnecessary),returnbufpointerbreada(dev,blkno,rablkno)//readinfirstblock,likeread;butalsostartioonsecondblockbwrite(bp)//writethebuffer,waitforcompletion,thenreleasebawrite(bp)//starttheio,releasebuffer,nowaitforcompletionbdwrite(bp)//releasebuffer,markitsothatifitisgrabbedforanotherpurpose,itwillbewrittenoutbeforebeinggivenupbrelse(bp)//releasethebuffer,withnoioimplied整理ppt相關(guān)操作：整理ppt57getblk(dev,blkno)參數(shù)：dev:設(shè)備號(hào)，blkno:設(shè)備塊號(hào)返回：緩沖區(qū)指針bp步驟：塊在b鏈中，且當(dāng)前空閑由av鏈摘除，標(biāo)記BUSY,返回緩沖塊指針塊在b鏈中，但BUSY(其它進(jìn)程在用)sleep(空閑事件發(fā)生)，返回緩沖塊指針不在b的鏈中，在av鏈上取到延遲寫(xiě)的塊寫(xiě)出該塊，分配下一個(gè)緩沖區(qū)不在b的鏈中，av鏈已空等待任意緩沖區(qū)變空閑的事件不在b的鏈中，在av鏈上得到空緩沖填寫(xiě)頭部，由av鏈摘除，出舊b鏈，如新b鏈，返回緩沖塊指針整理pptgetblk(dev,blkno)參數(shù)：dev:設(shè)備號(hào)，b58brelse(bp)參數(shù)：bp:緩沖區(qū)頭指針?lè)祷兀簾o(wú)步驟：If有等待者(b_flag&B_WANTED!=0),喚醒;Elsebfreelist上有等待者,喚醒bp入av鏈整理pptbrelse(bp)參數(shù)：bp:緩沖區(qū)頭指針整理ppt59bread(dev,blkno)參數(shù)：dev:設(shè)備號(hào)，blkno:設(shè)備塊號(hào)返回：載有信息的緩沖區(qū)bp步驟：bp=getblk(dev,blkno)if(緩沖區(qū)數(shù)據(jù)有效)return(bp)//在cache中得到啟動(dòng)磁盤(pán)讀(d_actf/d_actl鏈)sleep(等待讀盤(pán)完成事件)中斷喚醒return(bp)整理pptbread(dev,blkno)參數(shù)：dev:設(shè)備號(hào)，blk60breada(dev,blkno,rablkno)參數(shù)：dev:設(shè)備號(hào)，blkno:讀塊號(hào)，rablkno:預(yù)讀塊號(hào)返回：blk緩沖塊指針rbp步驟：rbp=getblk(dev,blkno)if(信息無(wú)效)啟動(dòng)設(shè)備讀入(d_actf/d_actl鏈)rabp=getblk(dev,rablkno)if(B_DONE)//緩沖區(qū)從b鏈得到brelse(rabp)//入av鏈else//緩沖區(qū)從av鏈得到啟動(dòng)設(shè)備讀入(d_actf/d_actl鏈)//中斷時(shí)入av鏈iowait(rbp)return(rbp)整理pptbreada(dev,blkno,rablkno)參數(shù)：de61bwrite(bp)參數(shù)：bp：緩沖區(qū)指針步驟：入設(shè)備d_act隊(duì)列(若設(shè)備不忙啟動(dòng)設(shè)備)if(!B_ASYNC)sleep(等待IO完成事件)中斷喚醒brelse(bp),(bp入av鏈)整理pptbwrite(bp)參數(shù)：bp：緩沖區(qū)指針整理ppt62bdwrite(bp)參數(shù):bp:緩沖區(qū)指針?lè)祷?無(wú)步驟：標(biāo)記b_flags=|B_DELWRI|B_DONEbrelse(bp),(bp入av鏈)整理pptbdwrite(bp)參數(shù):bp:緩沖區(qū)指針整理ppt63bawrite(bp)參數(shù)：bp:緩沖區(qū)頭指針?lè)祷兀簾o(wú)步驟：bp->b_flag=|B_ASYNCbwrite(bp)中斷入av隊(duì)列整理pptbawrite(bp)參數(shù)：bp:緩沖區(qū)頭指針整理ppt648.8輸入輸出進(jìn)程專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)IO傳輸?shù)倪M(jìn)程另外一種IO模式—服務(wù)模式C/SModel特點(diǎn)界面清晰,方便使用兩次進(jìn)程切換,速度問(wèn)題整理ppt8.8輸入輸出進(jìn)程專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)IO傳輸?shù)倪M(jìn)程整理ppt658.9RAID技術(shù)RAID:RedundantArrayofInexpensiveDiskscomparedwithSLEDs(SingleLargeExpensiveDisks)RedundantArrayofIndependentDisks//獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列ProposedbyresearchersatUCBerkeleyDavidA.PattersonBackgrounddiskaccessspeedincreasesslowlycomparedwithCPUsolution:multipleparallelcomponentObjectiveenhancedperformancehighreliability整理ppt8.9RAID技術(shù)RAID:整理ppt66RAID技術(shù)RAIDRAIDisasetofphysicaldisksviewedbytheoperatingsystemasasinglelogicaldriveDataaredistributedacrossanarrayofphysicaldrivesRedundantdiskcapacityisusedtostoreparityinformation,whichguaranteesdatarecoverability

incaseofdiskfailureHardwareRAIDvs.SoftwareRAIDhardwarebased:specialcontrollerWindowsNT,2000,UNIXsupportsoftwareRAIDSCSIRAIDvs.IDERAIDperformance:SCSIoutperformsIDEprice:IDEbeatsSCSI整理pptRAID技術(shù)RAID整理ppt678.9.1RAID級(jí)別RAID級(jí)別:行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)在多個(gè)磁盤(pán)上的存放方法。常見(jiàn)RAID級(jí)別:level0,…,level5;RAID分條(stripping)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式位級(jí)分條(bit-levelstripping)塊級(jí)分條(block-levelstripping)RAID衡量指標(biāo)速度:

是否支持多個(gè)訪問(wèn)同時(shí)進(jìn)行;可靠性:

是否能夠發(fā)現(xiàn)和改正錯(cuò)誤;成本:

是否有額外的開(kāi)銷(xiāo)和開(kāi)銷(xiāo)的大小.Howtoorganizedataacrossmultipledisks?Industrystandardsscheme整理ppt8.9.1RAID級(jí)別RAID級(jí)別:行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)68Level0(數(shù)據(jù)分條)數(shù)據(jù)分條以塊為單位,連續(xù)的數(shù)據(jù)條循環(huán)存放在多個(gè)磁盤(pán)上。訪問(wèn)速度快；經(jīng)濟(jì)，空間利用率100％；無(wú)容錯(cuò)能力，可靠性差。block0block4block8……Disk1block1block5block9……Disk2block2block6block10……Disk3block3block7block11……Disk4控制器(4,5)(2,3)讀請(qǐng)求寫(xiě)請(qǐng)求整理pptLevel0(數(shù)據(jù)分條)數(shù)據(jù)分條以塊為單位,連續(xù)的數(shù)據(jù)條循69Level1(鏡像,mirroring):數(shù)據(jù)分條以塊為單位,采用分布鏡像方式存儲(chǔ),即完全相同的數(shù)據(jù)重復(fù)存放在兩個(gè)盤(pán)上。訪問(wèn)速度快;讀一個(gè)盤(pán)、寫(xiě)兩個(gè)盤(pán);可靠性(恢復(fù)性)高;費(fèi)用高,是無(wú)鏡像磁盤(pán)數(shù)的2倍,空間利用率50％。block0block3block6……Disk1block1block4block7……Disk2block2block5block8……Disk3控制器(3,4)(8)讀請(qǐng)求寫(xiě)請(qǐng)求block0block3block6……Disk4block1block4block7……Disk5block2block5block8……Disk6整理pptLevel1(鏡像,mirroring):數(shù)據(jù)分條以塊為單70Level2(位級(jí)漢明糾錯(cuò)碼校驗(yàn)與恢復(fù)):

數(shù)據(jù)以位(bit)為單位分條,分布存放在多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)上,漢明糾錯(cuò)碼存放在糾錯(cuò)磁盤(pán)上。bit0……Disk1bit1……Disk2bit2……Disk3控制器(3,4,5)寫(xiě)請(qǐng)求bit3……Disk4bit4……Disk5bit5……Disk6bit6……Disk7整理pptLevel2(位級(jí)漢明糾錯(cuò)碼校驗(yàn)與恢復(fù)):數(shù)據(jù)以位(bi71Level2(位級(jí)漢明糾錯(cuò)碼校驗(yàn)與恢復(fù)):糾錯(cuò)能力強(qiáng),可靠性高;發(fā)現(xiàn)2個(gè)錯(cuò)誤,糾正1個(gè)錯(cuò)誤.需要較多糾錯(cuò)盤(pán)存放漢明糾錯(cuò)碼,成本較高;不能同時(shí)為多個(gè)請(qǐng)求服務(wù),速度較慢:讀操作:所有磁盤(pán)同時(shí)訪問(wèn),數(shù)據(jù)與錯(cuò)誤校驗(yàn)碼被送到磁盤(pán)陣列控制器;寫(xiě)操作:必須同時(shí)訪問(wèn)所有數(shù)據(jù)盤(pán)和糾錯(cuò)盤(pán)。整理pptLevel2(位級(jí)漢明糾錯(cuò)碼校驗(yàn)與恢復(fù)):糾錯(cuò)能力強(qiáng),可72數(shù)據(jù)以位(bit)為單位分條,分布存放在多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)上;只用一個(gè)冗余磁盤(pán)存放奇偶校驗(yàn)位。bit0……Disk1bit1……Disk2bit2……Disk3bit3……Disk4奇偶校驗(yàn)……Disk5有一定容錯(cuò)能力;存儲(chǔ)代價(jià)較低;讀寫(xiě)需要訪問(wèn)所有盤(pán),多個(gè)讀寫(xiě)不能并行?？刂破?0,1)等待(3)寫(xiě)請(qǐng)求寫(xiě)請(qǐng)求Level3(位級(jí)單個(gè)奇偶校驗(yàn))整理ppt數(shù)據(jù)以位(bit)為單位分條,分布存放在多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)上;只73Level4(塊級(jí)異或校驗(yàn)):數(shù)據(jù)分條以塊為單位,用異或運(yùn)算產(chǎn)生校驗(yàn)信息,校驗(yàn)信息保存在單獨(dú)的磁盤(pán)上。block0block4block8……Disk1block1block5block9……Disk2block2block6block10……Disk3block3block7block11……Disk4P0-3P4-7P8-11……Disk5控制器(5,6)(11)讀請(qǐng)求讀請(qǐng)求整理pptLevel4(塊級(jí)異或校驗(yàn)):數(shù)據(jù)分條以塊為單位,用異74Level4(Cont.)讀操作不進(jìn)行異或校驗(yàn),可以并行;寫(xiě)操作要更新異或校驗(yàn)信息,都訪問(wèn)校驗(yàn)盤(pán),不能并行;寫(xiě)操作時(shí)校驗(yàn)信息更新:P’4~7=(block4xorblock4’)xorp4~7異或校驗(yàn)信息用于磁盤(pán)發(fā)生故障時(shí)數(shù)據(jù)塊的恢復(fù)。例如:若block7所在的Disk4發(fā)生故障,要恢復(fù)block7。

block7=p4~7XOR(block4XORblock5XORblock6)

整理pptLevel4(Cont.)讀操作不進(jìn)行異或校驗(yàn),可以并75Level5(塊級(jí)分布式異或校驗(yàn))數(shù)據(jù)分條以塊為單位,異或校驗(yàn)信息分散循環(huán)保存在各磁盤(pán)上。block0block4block8block12P16~19……Disk1控制器(1)(6)寫(xiě)請(qǐng)求寫(xiě)請(qǐng)求block1block5block9P12~15block16……Disk2block2block6P8~11block13block17……Disk3block3P4-7block10block14block18……Disk4P0~3block7block11block15block19……Disk5整理pptLevel5(塊級(jí)分布式異或校驗(yàn))數(shù)據(jù)分條以塊為單位,異76Level5(塊級(jí)分布式異或校驗(yàn))校驗(yàn)碼計(jì)算:p4~7=block4XORblock5XORblock6XORblock7若block7發(fā)生故障，可通過(guò)下式恢復(fù)block7=p4~7XORblock4XORblock5XORblock6整理pptLevel5(塊級(jí)分布式異或校驗(yàn))校驗(yàn)碼計(jì)算:整理ppt77Level5(Cont.)磁盤(pán)數(shù)量至少為3個(gè);讀操作可并行;不涉及相同數(shù)據(jù)盤(pán)和校驗(yàn)盤(pán)的寫(xiě)操作可以并行;對(duì)于單盤(pán)容量為S、數(shù)量為N的磁盤(pán)陣列,

有效存儲(chǔ)容量為:S×(N-1)

磁盤(pán)利用率為:(N-1)/N任意磁盤(pán)發(fā)生故障,均可根據(jù)其它N-1個(gè)磁盤(pán)恢復(fù);整理pptLevel5(Cont.)磁盤(pán)數(shù)量至少為3個(gè);整理ppt788.9.1RAID級(jí)別(Cont.)表8-1RAID級(jí)別的比較Level分條粒度讀并發(fā)性寫(xiě)并發(fā)性冗余(容錯(cuò)/開(kāi)銷(xiāo))0塊支持支持無(wú)1塊支持不支持鏡像2位不支持不支持漢明糾錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)與恢復(fù)3位不支持不支持單個(gè)奇偶校驗(yàn)4塊支持不支持塊級(jí)異或校驗(yàn)5塊支持支持塊級(jí)分布式異或校驗(yàn)整理ppt8.9.1RAID級(jí)別(Cont.)表8-1RA798.9.2RemarkonSoftwareRAIDPros:costlesssimplicityCons:performancebootvolumelimitation//導(dǎo)引卷不能是RAIDlevelsupport:only0,1,5aresupportedOScompatibility:multipleproblemothersoftwarecompatibilityreliabilitysoftwarebugs整理ppt8.9.2RemarkonSoftwareRAIDP80BenefitfromRAIDIncreasedread/writespeedImproveddatareliabilityEnlargedstoragecapacitymultipledisksviewedasasinglevolume整理pptBenefitfromRAIDIncreasedrea818.10虛擬設(shè)備概念利用共享型設(shè)備實(shí)現(xiàn)的數(shù)量較多、速度較快的獨(dú)占型設(shè)備引入用戶(hù)直接使用獨(dú)占型設(shè)備效率低實(shí)現(xiàn)輸入型虛擬設(shè)備輸出型虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備的例子SPOOLing輸入SPOOLing輸出整理ppt8.10虛擬設(shè)備概念整理ppt828.7.1虛擬設(shè)備引入用戶(hù)使用獨(dú)占型設(shè)備活動(dòng)：申請(qǐng)，使用，使用，…，使用，釋放缺點(diǎn)：速度：CPU與設(shè)備速度不匹配設(shè)備利用率：占有期間不一定一直使用進(jìn)程獨(dú)占此設(shè)備整理ppt8.7.1虛擬設(shè)備引入進(jìn)程獨(dú)占此設(shè)備整理ppt83方法：在進(jìn)程與獨(dú)占型設(shè)備之間增加共享設(shè)備緩沖虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備進(jìn)程獨(dú)占設(shè)備共享設(shè)備（如磁盤(pán)）間斷傳輸連續(xù)傳輸……整理ppt方法：虛擬虛擬虛擬虛擬進(jìn)程獨(dú)占設(shè)備共享設(shè)備（如磁盤(pán)）間斷848.10.2虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)輸入型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)：分配一虛設(shè)備分配一實(shí)設(shè)備信息由實(shí)設(shè)備虛設(shè)備去配該實(shí)設(shè)備使用：信息由虛設(shè)備進(jìn)程空間釋放：去配虛設(shè)備整理ppt8.10.2虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)輸入型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)整理ppt85輸出型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)：分配一虛設(shè)備使用：信息由進(jìn)程空間虛設(shè)備釋放：分配一實(shí)設(shè)備信息由虛設(shè)備實(shí)設(shè)備去配實(shí)設(shè)備去配虛設(shè)備8.10.2虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)整理ppt輸出型虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)8.10.2虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)整理ppt868.10.3虛擬設(shè)備的例子SPOOLing輸入作業(yè)預(yù)輸入（輸入機(jī)輸入井）SPOOLing輸出作業(yè)緩輸出（輸出井輸出機(jī)）SPOOLingSimultaneousPeripheralOperationOn-Line由SPOOLing程序控制通道完成整理ppt8.10.3虛擬設(shè)備的例子SPOOLing輸入整理ppt87作業(yè)控制塊(JobControlBlock)作業(yè)存在標(biāo)志，其中保存系統(tǒng)管理作業(yè)需要的全部信息。JCB內(nèi)容：作業(yè)標(biāo)識(shí)用戶(hù)標(biāo)識(shí)作業(yè)狀態(tài)調(diào)度參數(shù)作業(yè)位置資源需求進(jìn)入時(shí)間處理時(shí)間記賬信息整理ppt作業(yè)控制塊(JobControlBlock)作業(yè)存在標(biāo)志88......job11job1m...輸入井預(yù)輸入進(jìn)程輸入機(jī)預(yù)輸入進(jìn)程通道通道內(nèi)存...SPOOLing輸入程序（1）vs.SPOOLing輸入進(jìn)程（n）輸入機(jī)整理ppt......job11job1m...輸入井預(yù)輸入進(jìn)程輸入機(jī)89有待輸入作業(yè)有空閑作業(yè)表等待等待取一“空閑”作業(yè)表為JCB作業(yè)狀態(tài)改為“提交”申請(qǐng)輸入井空間作業(yè)內(nèi)容輸入井填寫(xiě)JCB作業(yè)狀態(tài)改為“后備”作業(yè)調(diào)度1等待“后備”作業(yè)喚醒SPOOLing輸入程序FTFTFT整理ppt有待輸入作業(yè)有空閑作業(yè)表等待等待取一“空閑”作業(yè)表為J90FT內(nèi)存中已有N道作業(yè)等待輸入井中有后備作業(yè)等待訪問(wèn)磁盤(pán)中的作業(yè)表根據(jù)JCB中的調(diào)度參數(shù)按照作業(yè)調(diào)度算法選一后備作業(yè)作業(yè)狀態(tài)標(biāo)記為“執(zhí)行”為該作業(yè)建立作業(yè)控制進(jìn)程F

作業(yè)調(diào)度程序（1）T整理pptFT內(nèi)存中已有N道作業(yè)等待輸入井中有后備作業(yè)等待訪問(wèn)磁盤(pán)中的91FTF有終止的作業(yè)控制進(jìn)程等待取一終止的作業(yè)控制進(jìn)程撤銷(xiāo)該作業(yè)控制進(jìn)程并作善后處理對(duì)應(yīng)作業(yè)狀態(tài)改為“完成”作業(yè)調(diào)度程序(1)因內(nèi)存有N道作業(yè)而等待喚醒有等待“完成”作業(yè)的假脫機(jī)輸出程序喚醒一個(gè)TF作業(yè)調(diào)度程序（2）T整理pptFTF有終止的作業(yè)控制進(jìn)程等待取一終止的作業(yè)控制進(jìn)程撤銷(xiāo)該作92......通道通道job11job1n...輸出井緩輸出進(jìn)程緩輸出進(jìn)程內(nèi)存輸出機(jī)輸出機(jī)SPOOLing輸出程序（1）vs.SPOOLing輸出進(jìn)程（n）整理ppt......通道通道job11job1n...輸出井緩輸出進(jìn)93輸出作業(yè)結(jié)果釋放輸出井空間狀態(tài)改為“空閑”有等空閑JCB的預(yù)輸入進(jìn)程喚醒一個(gè)輸出井有“完成”作業(yè)取一“完成”作業(yè)狀態(tài)改為“退出”等待SPOOLing輸出程序FTTF整理ppt輸出作業(yè)結(jié)果釋放輸出井空間狀態(tài)改為“空閑”有等空閑JCB的預(yù)948.11穩(wěn)定存儲(chǔ)器(stablestorage)定義不丟失信息的存儲(chǔ)器稱(chēng)為穩(wěn)定存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)不存在絕對(duì)可靠的存儲(chǔ)介質(zhì)策略：冗余在兩種失效獨(dú)立的介質(zhì)上構(gòu)建保存將信息寫(xiě)到第一個(gè)存儲(chǔ)塊上述操作成功后，將相同信息寫(xiě)到第二存儲(chǔ)塊僅當(dāng)?shù)诙蝹鬏斠渤晒r(shí)，整個(gè)保存操作完成整理ppt8.11穩(wěn)定存儲(chǔ)器(stablestorage)定義整理958.11穩(wěn)定存儲(chǔ)器(stablestorage)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)鑒別兩個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)容一對(duì)信息完全相同，且無(wú)檢測(cè)到錯(cuò)誤，正常其中一塊檢測(cè)到錯(cuò)誤，用另一塊取代兩塊均未檢測(cè)到錯(cuò)誤，但內(nèi)容不同，用第二塊內(nèi)容取代第一塊內(nèi)容整理ppt8.11穩(wěn)定存儲(chǔ)器(stablestorage)實(shí)現(xiàn)整理968.12系統(tǒng)舉例－Linux涉及內(nèi)容設(shè)備驅(qū)動(dòng)，設(shè)備緩沖，文件管理主要特點(diǎn)允許系統(tǒng)管理員動(dòng)態(tài)添加或刪除設(shè)備，其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序通常以DLL的形式動(dòng)態(tài)加載，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以采用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，移植性好．除NTFS外，支持多種可裝卸的文件系統(tǒng)，如FAT32、OS/2、HPFS、CDFS等．支持映像文件I/O．設(shè)備管理子系統(tǒng)以I/O請(qǐng)求包(I/ORequestPackage，IRP)方式驅(qū)動(dòng)，每個(gè)I/O請(qǐng)求均以表示為I/O請(qǐng)求包，I/O管理器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有各組成部分之間的相互作用．通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)程(線程)提供異步I/O，在I/O請(qǐng)求的進(jìn)程(線程)不需要等待I/O傳輸結(jié)果的情況下，請(qǐng)求者可以立即返回，具體I/O操作由系統(tǒng)線程負(fù)責(zé)完成．異步I/O是通過(guò)異步過(guò)程調(diào)用(AsynchronousProcedureCall，APC)實(shí)現(xiàn)的．整理ppt8.12系統(tǒng)舉例－Linux涉及內(nèi)容整理ppt97應(yīng)用程序系統(tǒng)服務(wù)IO管理程序文件系統(tǒng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)磁帶驅(qū)動(dòng)…Windows2000/XPIO子系統(tǒng)整理ppt應(yīng)用程序系統(tǒng)服務(wù)IO管理文件系統(tǒng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)磁帶驅(qū)動(dòng)…W98第八章設(shè)備與I/O管理設(shè)備及其分類(lèi)設(shè)備的物理特性IO傳輸方式（查詢(xún)、中斷、通道、DMA）設(shè)備分配與去配設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備調(diào)度緩沖技術(shù)輸入輸出進(jìn)程RAID技術(shù)虛擬設(shè)備整理ppt第八章設(shè)備與I/O管理設(shè)備及其分類(lèi)整理ppt998.1設(shè)備及其分類(lèi)用途存儲(chǔ)型設(shè)備磁盤(pán)，磁帶，光盤(pán)IO型設(shè)備掃描儀，打印機(jī)，mouse，keyboard，monitor，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)卡，交換機(jī)，etc.整理ppt8.1設(shè)備及其分類(lèi)用途整理ppt1008.1設(shè)備及其分類(lèi)管理共享型設(shè)備（塊型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以塊為單位可以交叉獨(dú)占型設(shè)備（塊型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以塊為單位不宜交叉獨(dú)占型設(shè)備（字符型）多個(gè)進(jìn)程的IO操作以字符為單位不能交叉整理ppt8.1設(shè)備及其分類(lèi)管理整理ppt101IO設(shè)備的物理特性傳輸一字節(jié)發(fā)生一次中斷存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性磁帶的物理特性頭標(biāo)信息塊信息塊信息塊…………….尾標(biāo)間隙操作：反繞，正向查找，反向查找，讀，寫(xiě)，…地址：一維文件：順序結(jié)構(gòu)（一個(gè)文件占若干連續(xù)塊）8.2設(shè)備的物理特性整理pptIO設(shè)備的物理特性頭標(biāo)信息塊信息塊信息塊102...磁盤(pán)組的物理特性......……盤(pán)面0盤(pán)面1盤(pán)面2盤(pán)面m-1扇區(qū)1扇區(qū)0扇區(qū)n-1柱面0柱面l-1…...引臂整理ppt...磁盤(pán)組的物理特性......……盤(pán)面0盤(pán)面1盤(pán)面2盤(pán)面103柱面號(hào)i盤(pán)面號(hào)j扇區(qū)號(hào)k塊號(hào)b（一維地址）（三維地址）編址方法：使相鄰塊物理上最近例子：l=2;m=3;n=3柱面號(hào)：000000000111111111盤(pán)面號(hào)：000111222000111222扇區(qū)號(hào)：012012012012012012塊號(hào)：01234567891011121314151617整理ppt柱面號(hào)i塊號(hào)b（一維地址）（三維地址）編址方法：使相鄰塊物理104三維地址一維地址：b=imn+jn+k一維地址三維地址：i=b(mn)j=bmod(mn)nk=bmod(mn)modn整理ppt三維地址一維地址：整理ppt105未考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)：扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)6扇區(qū)5扇區(qū)4扇區(qū)3扇區(qū)2扇區(qū)1整理ppt未考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)：扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)6扇區(qū)5扇區(qū)4扇區(qū)106扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)3扇區(qū)6扇區(qū)2扇區(qū)5扇區(qū)1扇區(qū)4考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)(單交錯(cuò))：整理ppt扇區(qū)0扇區(qū)7扇區(qū)3扇區(qū)6扇區(qū)2扇區(qū)5扇區(qū)1扇區(qū)4考慮讀寫(xiě)延遲107扇區(qū)0扇區(qū)5扇區(qū)2扇區(qū)7扇區(qū)4扇區(qū)1扇區(qū)6扇區(qū)3考慮讀寫(xiě)延遲的扇區(qū)編號(hào)(雙交錯(cuò))：整理ppt扇區(qū)0扇區(qū)5扇區(qū)2扇區(qū)7扇區(qū)4扇區(qū)1扇區(qū)6扇區(qū)3考慮讀寫(xiě)延遲108光盤(pán)的物理特性:讀取原理:pit/land螺旋線,22188圈(展開(kāi)5.6km),內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)速:530轉(zhuǎn)/分;外側(cè)轉(zhuǎn)速:200轉(zhuǎn)/分(密度均勻,讀取速度均勻)

………DataECCP14個(gè)bit構(gòu)成一個(gè)symble42個(gè)symble構(gòu)成一個(gè)frame98個(gè)frame構(gòu)成一個(gè)sectorSector2352bytes588bits的frame各包含24字節(jié)Preamble:

16bytes,前12bytes為:00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00后隨3bytes扇區(qū)編號(hào),最后字節(jié)為mode2048字節(jié)288字節(jié)整理ppt光盤(pán)的物理特性:………DataECCP14個(gè)bit構(gòu)成一個(gè)s1098.3I/O傳輸方式IO操作演變歷史程序查詢(xún)方式(programmedIO)(polling)CPUandDevicecannotworkinparallel中斷方式(interrupt)CPUanddevicecanworkinparallel,toomanyinterruptsforCPU通道方式(channel)specialprocessorfordealingwithiooperations直接內(nèi)存方式(DMA)DMAcontrollerinchargeofblockio整理ppt8.3I/O傳輸方式IO操作演變歷史整理ppt1108.3.1程序控制查詢(xún)方式CPU啟動(dòng)設(shè)備完成FT缺點(diǎn):處理機(jī)與設(shè)備串行工作;消耗大量處理機(jī)時(shí)間.整理ppt8.3.1程序控制查詢(xún)方式CPU啟動(dòng)設(shè)備完成FT缺點(diǎn):整理1118.3.2中斷驅(qū)動(dòng)方式CPU計(jì)算啟動(dòng)設(shè)備計(jì)算…計(jì)算中斷處理計(jì)算設(shè)備:工作特點(diǎn):CPU與設(shè)備并行工作設(shè)備多時(shí)對(duì)CPU打擾多整理ppt8.3.2中斷驅(qū)動(dòng)方式CPU設(shè)備:工作特點(diǎn):CPU與設(shè)1128.3.3DMA方式③數(shù)據(jù)傳輸CPUDMA控制器內(nèi)存地址計(jì)數(shù)控制緩沖磁盤(pán)⑤中斷②DMA請(qǐng)求總線磁盤(pán)控制器④回答①DMA編程啟動(dòng)中斷狀態(tài)整理ppt8.3.3DMA方式③數(shù)據(jù)傳輸CPUDMA內(nèi)存地址計(jì)1138.3.3DMA方式.

①CPU通過(guò)設(shè)置DMA控制器實(shí)現(xiàn)DMA編程，同時(shí)啟動(dòng)磁盤(pán)控制器由磁盤(pán)讀入數(shù)據(jù)至內(nèi)部緩沖區(qū)并進(jìn)行和校驗(yàn)；②DMA控制器向磁盤(pán)控制器發(fā)出讀請(qǐng)求，并將內(nèi)存地址放在地址總線上；③磁盤(pán)控制器將字節(jié)傳到內(nèi)存指定單元；④磁盤(pán)控制器向DMA控制器發(fā)送回答；⑤DMA控制器將內(nèi)部地址寄存器加1同時(shí)將記數(shù)減1，重復(fù)上述過(guò)程②─④直至計(jì)數(shù)器為0，此時(shí)DMA控制器向CPU發(fā)出中斷信號(hào).整理ppt8.3.3DMA方式.①CPU通過(guò)設(shè)置DMA控制器實(shí)現(xiàn)D1148.3.4通道方式通道負(fù)責(zé)IO操作的處理機(jī)指令系統(tǒng)基本操作：控制、讀、寫(xiě)、轉(zhuǎn)移、結(jié)束指令格式：（操作碼，傳輸量，特征位，地址）運(yùn)控部件CAW，CCW，CSW，CDW存儲(chǔ)區(qū)域（與CPU共用內(nèi)存,通道內(nèi)有緩沖區(qū)）通道程序，IO數(shù)據(jù)（channeldoeshaveitsbuffers）整理ppt8.3.4通道方式通道整理ppt115通道程序執(zhí)行過(guò)程：按CAW取通道命令CCW（CAW）+1CAW是通道結(jié)束命令執(zhí)行此命令F向CPU發(fā)中斷一個(gè)通道程序可以控制若干設(shè)備進(jìn)行多次IO傳輸。T整理ppt通道程序執(zhí)行過(guò)程：按CAW取通道命令CCW（CAW）+1116通道類(lèi)型字節(jié)多路通道(bytemultiplexerchannel)多個(gè)非分配型子通道，連接低速外圍設(shè)備數(shù)組選擇通道(blockselectorchannel)一個(gè)分配型子通道，連接多臺(tái)高速設(shè)備數(shù)組多路通道(blockmultiplexerchannel)多個(gè)非分配型子通道，連接多臺(tái)高速設(shè)備整理ppt通道類(lèi)型字節(jié)多路通道(bytemultiplexerch117設(shè)備、通道、內(nèi)存連接選擇通道磁盤(pán)字節(jié)多路通道打印機(jī)輸入機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器處理機(jī)磁帶數(shù)組多路通道整理ppt設(shè)備、通道、內(nèi)存連接選擇通道磁盤(pán)字節(jié)多路通道打印機(jī)輸入機(jī)內(nèi)存1188.4設(shè)備的分配與去配獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配塊型獨(dú)占字符型獨(dú)占共享型設(shè)備的分配與去配塊型共享整理ppt8.4設(shè)備的分配與去配獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配整理ppt119數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備控制塊(UCB)通道控制塊(CCB)設(shè)備標(biāo)識(shí)設(shè)備狀態(tài)相連通道占有設(shè)備進(jìn)程通道標(biāo)識(shí)通道狀態(tài)通道類(lèi)型占有通道進(jìn)程系統(tǒng)設(shè)備表(SDT)設(shè)備類(lèi)總數(shù)設(shè)備等待隊(duì)列UCB表指針…………lpmSmUCBUCB…UCB…………整理ppt數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備標(biāo)識(shí)通道標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)備表(SDT)設(shè)備類(lèi)總數(shù)120獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配用戶(hù)使用獨(dú)占型設(shè)備活動(dòng)：申請(qǐng)，使用，使用，…，使用，釋放

申請(qǐng)：(1)根據(jù)設(shè)備類(lèi)查SDT表(2)P(Sm)(3)查UCB表找一空閑設(shè)備并分配使用：(1)分配通道(2)IO傳輸(3)去配通道釋放：(1)找SDT表對(duì)應(yīng)入口(2)查UCB表，去配(3)V(Sm)

整理ppt獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配整理ppt1218.4設(shè)備的分配與去配共享型設(shè)備的分配與去配用戶(hù)使用共享型設(shè)備活動(dòng)使用，使用，…，使用特征來(lái)自文件系統(tǒng)；每次讀（寫(xiě)）一塊；通常經(jīng)過(guò)緩沖；排隊(duì)優(yōu)化。使用分配通道；IO操作；釋放通道整理ppt8.4設(shè)備的分配與去配共享型設(shè)備的分配與去配整理ppt1228.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)通道程序CCW指令序列靜態(tài)編制或動(dòng)態(tài)生成設(shè)備啟動(dòng)通道啟動(dòng)中斷處理通道向CPU發(fā)的中斷整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)通道程序整理ppt1238.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C1248.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C1258.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C1268.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCWCDWCSWCCW1CCW2…CCWi...CCWn數(shù)據(jù)區(qū)...形成通道程序...地址CAW...啟動(dòng)通道...中斷處理...啟動(dòng)中斷內(nèi)存CPU通道

整理ppt8.5設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備CAWCCW1數(shù)據(jù)區(qū)...啟動(dòng)中斷內(nèi)存C1278.6設(shè)備調(diào)度優(yōu)化服務(wù)順序考慮因素公平性防止餓死高效性減少磁盤(pán)引臂移動(dòng)量整理ppt8.6設(shè)備調(diào)度優(yōu)化服務(wù)順序整理ppt128磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)先到先服務(wù)（FCFS）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，9701542536897108130180199移動(dòng)量:(130-53)+(130-42)+(180-42)+(180-15)+(108-15)+(108-68)+(97-68)=630整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)先到129磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)最短尋找時(shí)間優(yōu)先（SSTF）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，9701542536897108130180199移動(dòng)量:(53-42)+(180-42)+(180-15)=314整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)最短130磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)SCAN（LOOK）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，97SCAN移動(dòng)量:(53-0)+(180-0)=233LOOK移動(dòng)量:(53-15)+(180-15)=20301542536897108130180199

LookScan整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)SC131磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)C-SCAN（C-LOOK）請(qǐng)求序列：130，42，180，15，108，68，97特點(diǎn)：所有磁道地位最長(zhǎng)等待時(shí)間相同問(wèn)題：diskheadstickiness（磁頭粘性）01542536897108130180199

C-LookC-Scan整理ppt磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)C-132磁盤(pán)引臂調(diào)度(diskheadscheduling)N-stepSCAN（N步掃描）將磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列分為若干個(gè)長(zhǎng)度為N的子隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列內(nèi)采用SCAN算法例子：磁道由外向內(nèi)編號(hào)0-99,磁頭當(dāng)前位置20,向內(nèi)移動(dòng),N=412,