操作系統(tǒng)第6章(2)xin

1、第六章 輸入輸出系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)的組織和格式磁盤設(shè)備可包括一個或多個物理盤片，每個磁盤片分一個或兩個存儲面(Surface)(見圖6-28(a)，每個盤面上有若干個磁道(Track)，磁道之間留有必要的間隙(Gap)。為使處理簡單起見，在每條磁道上可存儲相同數(shù)目的二進制位。 6.8磁盤存儲器的性能和調(diào)度磁盤存儲器的性能和調(diào)度第六章 輸入輸出系統(tǒng) 圖6-28 磁盤的結(jié)構(gòu)和布局第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2. 磁盤的類型磁盤的類型 1) 固定頭磁盤 這種磁盤在每條磁道上都有一讀/寫磁頭，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，并進行并行讀/寫，有效地提高了磁盤的I/O速度。 這種結(jié)

2、構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上。 2) 移動頭磁盤 每一個盤面僅配有一個磁頭，也被裝入磁臂中。為能訪問該盤面上的所有磁道，該磁頭必須能移動以進行尋道?？梢?，移動磁頭僅能以串行方式讀/寫，致使其I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3. 磁盤訪問時間磁盤訪問時間 1) 尋道時間Ts 這是指把磁臂(磁頭)移動到指定磁道上所經(jīng)歷的時間。該時間是啟動磁臂的時間s與磁頭移動n條磁道所花費的時間之和， 即Ts=mn+s其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動器的速度有關(guān)，對一般磁盤， m=0.2；對高速磁盤，m0.1,磁臂的啟動時間約為2 ms。 這樣，對一般的溫盤

3、， 其尋道時間將隨尋道距離的增加而增大， 大體上是530 ms。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2) 旋轉(zhuǎn)延遲時間T 這是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間。對于硬盤，典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為5400 r/min，每轉(zhuǎn)需時11.1 ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時間T為5.55 ms；對于軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或600 r/min，這樣，平均T為50100 ms。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3) 傳輸時間Tt 這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間。 Tt的大小與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)： rNbTt其中，r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)， 當一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當于半條

4、磁道上的字節(jié)數(shù)時，Tt與T相同， 因此， 可將訪問時間Ta表示為： rNbrTTsa21第六章 輸入輸出系統(tǒng) 磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度1. 先來先服務(wù)先來先服務(wù)FCFS(First-Come, First Served) 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2. 最短尋道時間優(yōu)先最短尋道時間優(yōu)先SSTF(Shortest Seek Time First) 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3. 掃描掃描(SCAN)算法算法 1) 進程“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)致某個進程發(fā)生“饑餓”(Starvation)現(xiàn)象。因為只要不斷有新進程的請求到達， 且其所要訪問的磁道與磁頭當前所在磁道的距離較近

5、，這種新進程的I/O請求必須優(yōu)先滿足。對SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法， 即可防止老進程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2) SCAN算法 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 4. 循環(huán)掃描循環(huán)掃描(CSCAN)算法算法 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 5. N-Step-SCAN和和FSCAN調(diào)度算法調(diào)度算法 1) N-Step-SCAN算法 在SSTF、 SCAN及CSCAN幾種調(diào)度算法中， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動的情況， 例如，有一個或幾個進程對某一磁道有較高的訪問頻率， 即這個(些)進程反復(fù)請求對某一磁道的I/O操作，從而壟斷了整個磁盤設(shè)備。 我們把這一現(xiàn)象稱為“磁臂粘著”(Arm

6、stickiness)。在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況。 N步SCAN算法是將磁盤請求隊列分成若干個長度為N的子隊列，磁盤調(diào)度將按FCFS算法依次處理這些子隊列。 而每處理一個隊列時又是按SCAN算法，對一個隊列處理完后，再處理其他隊列。 當正在處理某子隊列時，如果又出現(xiàn)新的磁盤I/O請求，便將新請求進程放入其他隊列，這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。 當N值取得很大時，會使N步掃描法的性能接近于SCAN算法的性能； 當N=1時， N步SCAN算法便蛻化為FCFS算法。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2) FSCAN算法 FSCAN算法實質(zhì)上是N步SCAN算法的簡化， 即FSCAN只將磁盤請求隊列分成兩個子隊列

7、。一個是由當前所有請求磁盤I/O的進程形成的隊列，由磁盤調(diào)度按SCAN算法進行處理。在掃描期間，將新出現(xiàn)的所有請求磁盤I/O的進程， 放入另一個等待處理的請求隊列。這樣，所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時處理。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 5.6.3 磁盤高速緩存磁盤高速緩存(Disk Cache) 1. 磁盤高速緩存的形式磁盤高速緩存的形式 是指利用內(nèi)存中的存儲空間，來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。因此，這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤， 而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊。高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式。第一種是在內(nèi)存中開辟一個單獨的存儲空間來作為磁盤高速緩存，其大小是固定的，不會受應(yīng)用

8、程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€緩沖池，供請求分頁系統(tǒng)和磁盤I/O時(作為磁盤高速緩存)共享。此時高速緩存的大小，顯然不再是固定的。當磁盤I/O的頻繁程度較高時，該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運行得較多時，該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2. 數(shù)據(jù)交付方式數(shù)據(jù)交付方式 系統(tǒng)可以采取兩種方式， 將數(shù)據(jù)交付給請求進程： (1) 數(shù)據(jù)交付。這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù)， 傳送到請求者進程的內(nèi)存工作區(qū)中。 (2) 指針交付。只將指向高速緩存中某區(qū)域的指針， 交付給請求者進程。 后一種方式由于所傳送的數(shù)據(jù)量少，因而節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁盤高速緩存存儲空

9、間到進程的內(nèi)存工作區(qū)的時 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3. 置換算法置換算法 由于請求調(diào)頁中的聯(lián)想存儲器與高速緩存(磁盤I/O中)的工作情況不同，因而使得在置換算法中所應(yīng)考慮的問題也有所差異。因此，現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設(shè)計其高速緩存的置換算法時，除了考慮到最近最久未使用這一原則外， 還考慮了以下幾點： (1) 訪問頻率。 (2) 可預(yù)見性。 (3) 數(shù)據(jù)的一致性。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 4. 周期性地寫回磁盤周期性地寫回磁盤 在UNIX系統(tǒng)中專門增設(shè)了一個修改(update)程序， 使之在后臺運行，該程序周期性地調(diào)用一個系統(tǒng)調(diào)用SYNC。該調(diào)用的主要功能是強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

10、。一般是把兩次調(diào)用SYNC的時間間隔定為30 s。這樣，因系統(tǒng)故障所造成的工作損失不會超過30 s的勞動量。而在MS-DOS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，便立即將它寫回磁盤，并將這種高速緩存稱為“寫穿透、高速緩存”(write-through cache)。 MS-DOS所采用的寫回方式，幾乎不會造成數(shù)據(jù)的丟失， 但須頻繁地啟動磁盤。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 5.6.4 提高磁盤提高磁盤I/O速度的其它方法速度的其它方法 提前讀提前讀(Read-Ahead) 2. 延遲寫延遲寫 3. 優(yōu)化物理塊的分布優(yōu)化物理塊的分布 4. 虛擬盤虛擬盤 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 5.6.5 廉

11、價磁盤冗余陣列廉價磁盤冗余陣列 1. 并行交叉存取并行交叉存取 圖 5-27 磁盤并行交叉存取方式 123N第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2. RAID的分級的分級 RAID 0級。 (2) RAID 1級。 (3) RAID 3級。 (4) RAID 5級。 (5) RAID 6級和RAID 7級。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3. RAID的優(yōu)點的優(yōu)點 可靠性高。 (2) 磁盤I/O速度高。 (3) 性能/價格比高。 第六章 輸入輸出系統(tǒng) 1.在一般大型計算機系統(tǒng)中,主機對外圍設(shè)備的控制可通過通道、控制器和設(shè)備三個層次來實現(xiàn)。下述的敘述中正確的敘述是_。 A.控制器可控制通道,設(shè)備在通道控制下工作。 B

12、.通道控制控制器,設(shè)備在控制器控制下工作。 C.通道和控制器分別控制設(shè)備。 D.控制器控制通道和設(shè)備的工作。第六章 輸入輸出系統(tǒng) 2.引入緩沖的主要目的是_。 A.改善CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的情況 B.節(jié)省內(nèi)存 C.提高CPU的利用率 D.提高I/O設(shè)備的效率第六章 輸入輸出系統(tǒng) 3.大多數(shù)低速設(shè)備都屬于大多數(shù)低速設(shè)備都屬于_設(shè)備。設(shè)備。 A.獨占獨占B.共享共享C.虛擬虛擬D.Spool 4.緩沖技術(shù)中的緩沖池在緩沖技術(shù)中的緩沖池在_中。中。 A.主存主存B.外存外存C.ROMD.寄存寄存器器 5.CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠遠高于打印機的打印速輸出數(shù)據(jù)的速度遠遠高于打印機的打印速度度,

13、為了解決這一矛盾為了解決這一矛盾,可采用可采用_。 A.并行技術(shù)并行技術(shù)B.通道技術(shù)通道技術(shù)C.緩沖技緩沖技術(shù)術(shù)D.虛存技術(shù)虛存技術(shù)第六章 輸入輸出系統(tǒng) 6.操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的目的是為了增強系統(tǒng)_的能力;為了使多個進程能有效地同時處理輸入和輸出,最好使用緩沖池。 A串行操作 B.并行操作 C.控制操作 D.中斷操作第六章 輸入輸出系統(tǒng) 7.如果I/O設(shè)備與存儲設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU來完成,這種數(shù)據(jù)交換方式是_。 A.程序查詢 B.中斷方式 C.DMA方式 D.無條件存取方式 8.下面關(guān)于虛擬設(shè)備的論述中，正確的論述是_。 A.虛擬設(shè)備是指允許用戶使用比系統(tǒng)中具有的物理設(shè)備更多的設(shè)備

14、 B.虛擬設(shè)備是指允許用戶以標準方式來使用物理設(shè)備 C.虛擬設(shè)備是指把一個物理設(shè)備變換成多個對應(yīng)的邏輯設(shè)備 D.虛擬設(shè)備是指允許用戶程序不必全部裝入內(nèi)存就可使用系統(tǒng)中的設(shè)備第六章 輸入輸出系統(tǒng) 9.通過硬件和軟件的功能擴充,把原來獨立的設(shè)備改造成能為若干用戶共亭的設(shè)備,這種設(shè)備稱為_。 A.存儲設(shè)備 B.系統(tǒng)設(shè)備 C.用戶設(shè)備 D.虛擬設(shè)備 10.中斷向量是指_。 A.中斷處理程序入口地址 B.中斷向量表起始地址 C.中斷處理程序入口地址在中斷矢量表中的存放地址 D.中斷斷點的地址第六章 輸入輸出系統(tǒng) 11.設(shè)備管理程序?qū)υO(shè)備的管理是借助一設(shè)備管理程序?qū)υO(shè)備的管理是借助一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進行的些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進行的,下面的下面的_不屬于不屬于設(shè)備管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 A.JCB B.DCT C.COCT D.CHCT第六章 輸入輸出系統(tǒng) 12._是操作系統(tǒng)中采用的以空間換取時間的技術(shù)。 A.SPOOLING技術(shù) B.虛擬存儲技術(shù) C.覆蓋與交換技術(shù) D.通道技術(shù)第六章 輸入輸出系統(tǒng) 13.操作系統(tǒng)中的SPOOLING技術(shù),實質(zhì)是將_轉(zhuǎn)化為