設(shè)備管理培訓(xùn)教材

第四章

設(shè)備管理1本章要點(diǎn)設(shè)備管理的主要功能、模型I/O子系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)設(shè)備的控制、I/O控制設(shè)備的類型設(shè)備分配I/O緩沖技術(shù)虛擬設(shè)備與SPOOLing系統(tǒng)磁盤設(shè)備的管理24.1設(shè)備管理概述3設(shè)備管理的主要功能設(shè)備分配

設(shè)備映射設(shè)備驅(qū)動(dòng)I/O緩沖區(qū)的管理

4設(shè)備分配多道程序系統(tǒng)中的設(shè)備不允許用戶直接使用，而是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和控制。設(shè)備分配功能是設(shè)備管理的基本任務(wù)。設(shè)備分配程序按照一定的策略，為申請?jiān)O(shè)備的用戶進(jìn)程分配設(shè)備，記錄設(shè)備的使用情況5設(shè)備管理的主要功能設(shè)備分配設(shè)備映射設(shè)備驅(qū)動(dòng)I/O緩沖區(qū)的管理

6設(shè)備映射為了提高應(yīng)用軟件對運(yùn)行平臺的適應(yīng)能力，方便實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件I/O重定向，大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)均支持應(yīng)用軟件對設(shè)備的無關(guān)性，即通常所說的設(shè)備無關(guān)性，或者設(shè)備獨(dú)立性?！O(shè)備無關(guān)性：應(yīng)用軟件所引用的、用于實(shí)現(xiàn)I/O操作的設(shè)備與物理I/O系統(tǒng)中實(shí)際安裝的設(shè)備沒有固定的聯(lián)系。7設(shè)備映射邏輯設(shè)備和物理設(shè)備—邏輯設(shè)備是指，應(yīng)用軟件所引用的用于實(shí)現(xiàn)I/O操作的設(shè)備?！锢碓O(shè)備則指，物理I/O系統(tǒng)中實(shí)際安裝的設(shè)備。從應(yīng)用軟件的角度看，邏輯設(shè)備是一類物理設(shè)備的抽象。從操作系統(tǒng)設(shè)備管理程序的角度看，物理設(shè)備則是某種邏輯設(shè)備的實(shí)例。8設(shè)備映射如果某系統(tǒng)支持設(shè)備無關(guān)性，那么該系統(tǒng)中應(yīng)用軟件所引用的邏輯設(shè)備與實(shí)際安裝的物理設(shè)備沒有固定的聯(lián)系。事實(shí)上，在應(yīng)用軟件運(yùn)行期間，操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序必須將該應(yīng)用軟件對邏輯設(shè)備的引用轉(zhuǎn)換成對相關(guān)物理設(shè)備的引用。設(shè)備管理的這種功能稱為邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射功能，簡稱設(shè)備映射功能。9設(shè)備管理的主要功能設(shè)備分配設(shè)備映射設(shè)備驅(qū)動(dòng)I/O緩沖區(qū)的管理

10設(shè)備驅(qū)動(dòng)又稱設(shè)備處理理，指對物理理設(shè)備進(jìn)行控控制，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)真正的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)的主主要任務(wù)是：：接收上層軟軟件發(fā)來的抽抽象服務(wù)請求求，例如讀/寫命令，再再把它轉(zhuǎn)換為為具體要求，，通過一系列列的I/O指指令，控制設(shè)設(shè)備完成請求求的操作；同同時(shí)，設(shè)備驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序還將將設(shè)備發(fā)來的的有關(guān)信號傳傳送給上層軟軟件，例如設(shè)設(shè)備是否已損損壞等。11設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序序與硬件密切切相關(guān)，應(yīng)為為每一類設(shè)備備配置一種驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序序一般由設(shè)備備開發(fā)廠商根根據(jù)操作系統(tǒng)統(tǒng)的要求組織織編寫，操作作系統(tǒng)僅對與與設(shè)備驅(qū)動(dòng)的的接口提出要要求，一般不不負(fù)責(zé)具體設(shè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序序的編寫。有時(shí)候，某些些硬件無法在在某種操作系系統(tǒng)中使用，，原因很可能能就是沒有專專門的或通用用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序，或者者設(shè)備驅(qū)動(dòng)程程序設(shè)計(jì)有問問題，使得設(shè)設(shè)備無法正常常工作。12設(shè)備管理的主主要功能設(shè)備分配設(shè)備映射設(shè)備驅(qū)動(dòng)I/O緩沖區(qū)區(qū)的管理13I/O緩沖區(qū)區(qū)的管理為了緩和處理理機(jī)與外部設(shè)設(shè)備間速度不不匹配的矛盾盾，提高處理理機(jī)和外部設(shè)設(shè)備間的并行行性，現(xiàn)代操操作系統(tǒng)大都都在設(shè)備管理理部分引入了了緩沖技術(shù)。通常，緩沖區(qū)區(qū)是指內(nèi)存中的若干區(qū)域域，用于緩存存進(jìn)程與外部部設(shè)備間的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸。又又稱為I/O緩沖區(qū)。I/O緩沖區(qū)區(qū)管理的任務(wù)務(wù)是：組織I/O緩沖區(qū)區(qū)，并為使用用者提供獲得得和釋放I/O緩沖區(qū)的的手段。14通用設(shè)備管理理分層模型將設(shè)備管理功功能模塊分為為設(shè)備硬件無關(guān)以及設(shè)備硬件相關(guān)兩個(gè)層次。設(shè)備硬件無關(guān)關(guān)層主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)：I/O緩緩沖區(qū)管理以以及設(shè)備映射射功能。該層層與設(shè)備用法法有關(guān)，與設(shè)設(shè)備硬件無關(guān)關(guān)。一般地，根據(jù)據(jù)設(shè)備的用法法，該層也可可視作虛擬存存儲系統(tǒng)、文文件系統(tǒng)或通通信系統(tǒng)的一一部分。15通用設(shè)備管理理分層模型設(shè)備硬件相關(guān)關(guān)層將設(shè)備硬硬件無關(guān)層與與設(shè)備硬件隔隔離開來。從設(shè)備硬件無無關(guān)層的角度度看，設(shè)備硬硬件相關(guān)層為為其提供了一一個(gè)相對簡潔潔的I/O功功能接口；該該接口屏蔽了了設(shè)備硬件復(fù)復(fù)雜的操作細(xì)細(xì)節(jié)。從設(shè)備硬件相相關(guān)層的內(nèi)部部看，該層主主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備備驅(qū)動(dòng)功能。。毫無疑問，，該層與設(shè)備備硬件密切相相關(guān)。16通用設(shè)備管理理分層模型用戶進(jìn)程設(shè)備硬件無關(guān)層設(shè)備硬件相關(guān)層設(shè)備硬件17支持中斷的設(shè)設(shè)備管理模型型用戶進(jìn)程設(shè)備硬件內(nèi)核中斷管理模塊I/O請求IOCS資源等待隊(duì)列I/O等待隊(duì)列設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)過程|繼續(xù)過程設(shè)備中斷184.2計(jì)計(jì)算機(jī)I/O子系統(tǒng)的組組成19總線型I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)處理機(jī)I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備系統(tǒng)總線內(nèi)存20通道型I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)處理機(jī)I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O通道I/O通道系統(tǒng)總線內(nèi)存I/O通道I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備21具有控制器的的I/O系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)備=機(jī)械部部分+電電子部分電子部分在系系統(tǒng)的控制下下驅(qū)動(dòng)機(jī)械部部分運(yùn)轉(zhuǎn)，完完成I/O操操作。由于設(shè)備中電電子部分比機(jī)機(jī)械部分的速速度快得多。。為了降低硬硬件成本，將將電子部分從設(shè)備中分離離出來作為一一個(gè)獨(dú)立的部部件，這就是是控制器。分離之后的設(shè)設(shè)備僅由機(jī)械械部分構(gòu)成，，一個(gè)控制器器可與多個(gè)設(shè)設(shè)備相連，交交替地或分時(shí)時(shí)地控制與其其相連的設(shè)備備。例如，磁磁盤控制器可可以控制多個(gè)個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器器。22具有控制器的的I/O系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)處理機(jī)控制器I/O設(shè)備I/O通道系統(tǒng)總線內(nèi)存I/O通道控制器I/O設(shè)備控制器控制器I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備23設(shè)備的控制制—設(shè)備的尋尋址與操作作從處理機(jī)的的角度看，，各種外部部設(shè)備可以以看作是由由一組設(shè)備備寄存器組組成的。常見的設(shè)備備寄存器有有：操作方方式寄存器器、命令寄寄存器、數(shù)數(shù)據(jù)寄存器器、狀態(tài)寄寄存器等。。為了使CPU能夠?qū)ぶ愤@些設(shè)設(shè)備寄存器器，硬件平平臺引入了了I/O端端口地址的的概念。24設(shè)備的控制制—設(shè)備的尋尋址與操作作I/O端口口地址的編編址方式有有兩種：（1）將設(shè)設(shè)備寄存器器與內(nèi)存物物理單元統(tǒng)統(tǒng)一編址；；（2）獨(dú)立立于內(nèi)存物物理地址為為設(shè)備寄存存器編址。。無論一個(gè)設(shè)設(shè)備是否由由多個(gè)控制制器控制，，或者一個(gè)個(gè)控制器控控制了多少少個(gè)設(shè)備，，每一個(gè)設(shè)設(shè)備都能通通過這些寄寄存器的地地址唯一確確定。25設(shè)備的控制制—即插即用用隨著外部設(shè)設(shè)備種類增增加，設(shè)備備間極可能能發(fā)生沖突突。即，設(shè)設(shè)備使用的的中斷號、、DMA、、內(nèi)存地址址、端口地地址可能因因相同或重重疊而導(dǎo)致致設(shè)備無法法正常工作作。手工調(diào)整這這些設(shè)備的的相關(guān)參數(shù)數(shù)要求用戶戶具有較多多的計(jì)算機(jī)機(jī)硬件知識識，并對系系統(tǒng)配置的的硬件有較較全面的了了解。26設(shè)備的控制制—即插即用用顧名思義是是指，插上上了就可使使用，不需需要用戶進(jìn)進(jìn)行其它設(shè)設(shè)置?！凹床寮从糜谩奔夹g(shù)取取消了跳線線和軟件配配置程序，，當(dāng)用戶插插入一個(gè)““即插即用用”適配卡卡或設(shè)備時(shí)時(shí)，“即插插即用”功功能就可以以自動(dòng)進(jìn)行行檢測，配配置相應(yīng)的的接口參數(shù)數(shù)，并安裝裝相應(yīng)的驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序。。27設(shè)備的控制制—即插即用用對已安裝硬硬件的自動(dòng)動(dòng)和動(dòng)態(tài)識識別—包括系統(tǒng)統(tǒng)初始安裝裝時(shí)、兩次次系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)之間以及及運(yùn)行時(shí)發(fā)發(fā)生的硬件件事件（如如筆記本的的對接/分分離以及設(shè)設(shè)備的插入入/拔出））的響應(yīng)；；配合操作系系統(tǒng)分配/再分配硬硬件資源加載相應(yīng)的的驅(qū)動(dòng)程序序?！?dāng)系統(tǒng)中中加入新設(shè)設(shè)備時(shí)，如如果操作系系統(tǒng)中沒有有集成相應(yīng)應(yīng)設(shè)備的驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序，，則會要求求用戶指定定驅(qū)動(dòng)程序序的位置并并完成驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序的安安裝。28設(shè)備驅(qū)動(dòng)程程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程程序一般由由設(shè)備制造造商提供，，不包含在在操作系統(tǒng)統(tǒng)中。但是，為了了方便用戶戶，操作系系統(tǒng)軟件包包中通常會會集成提供供標(biāo)準(zhǔn)的、、通用的或或者流行的的、常用設(shè)設(shè)備廠商的的設(shè)備驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序供用用戶選擇。。從系統(tǒng)分層層的觀點(diǎn)來來講，設(shè)備備驅(qū)動(dòng)程序序可以是操操作系統(tǒng)的的一部分，，也可以被被認(rèn)為是硬硬件設(shè)備的的一部分。。29I/O控制制方式—程序I/O方式在早期的計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)中，由于于沒有中斷斷裝置，處處理機(jī)對于于I/O設(shè)設(shè)備的控制制采取程序序I/O方方式也稱忙等待待方式或循循環(huán)測試方方式。對于讀操作作，這種方方式的基本本工作過程程為：30①處理機(jī)向向設(shè)備(或或設(shè)備控制制器)發(fā)出出一條I/O指令啟啟動(dòng)設(shè)備、、輸入數(shù)據(jù)據(jù)，同時(shí)將將狀態(tài)寄存存器中的““忙”標(biāo)志志置為1。。②處理機(jī)不不斷地循環(huán)環(huán)測試忙標(biāo)標(biāo)志，直到到忙標(biāo)志變變?yōu)?；③處理機(jī)通通過I/O讀指令將將數(shù)據(jù)從數(shù)數(shù)據(jù)寄存器器中取出，，送入內(nèi)存存中指定單單元；④若數(shù)據(jù)已已讀完，則則結(jié)束本過過程，否則則轉(zhuǎn)①，繼繼續(xù)讀下一一個(gè)數(shù)據(jù)。。在程序I/O方式中中，由于處處理機(jī)的速速度非常快快，而設(shè)備備的速度相相對較慢，，使得處理理機(jī)的絕大大部分時(shí)間間都處于等等待設(shè)備完完成數(shù)據(jù)I/O的循循環(huán)測試中中，造成對對CPU的的極大浪費(fèi)費(fèi)。31I/O控制制方式—中斷I/O方式對于讀操作作，中斷方方式的基本本工作過程程為：①處理機(jī)向向設(shè)備(或或設(shè)備控制制器)發(fā)出出一條I/O指令，，啟動(dòng)設(shè)備備，輸入數(shù)數(shù)據(jù)；②處理機(jī)完完成其它工工作，設(shè)備備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)據(jù)；③當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)據(jù)并將數(shù)據(jù)據(jù)存入數(shù)據(jù)據(jù)寄存器，，向處理機(jī)機(jī)發(fā)中斷信信號，告之之?dāng)?shù)據(jù)已準(zhǔn)準(zhǔn)備好；④處理機(jī)響響應(yīng)中斷請請求，從數(shù)數(shù)據(jù)寄存器器中將數(shù)據(jù)據(jù)取出，送送入內(nèi)存的的指定單元元；⑤若數(shù)據(jù)已已讀完，結(jié)結(jié)束。否則則，轉(zhuǎn)①，，繼續(xù)。中斷方式控控制I/O的優(yōu)點(diǎn)在在于，設(shè)備備與處理機(jī)機(jī)并行，提提高了處理理機(jī)的利用用率。性能能優(yōu)于程序序控制I/O方式。。32I/O控控制制方方式式—DMA方方式式中斷斷I/O比比程程序序I/O方方式式高高效效，，但但以以字字/字字節(jié)節(jié)為為傳傳輸輸單單位位。。每每完完成成一一個(gè)個(gè)字字/字字節(jié)節(jié)的的傳傳輸輸，，設(shè)設(shè)備備均均要要向向CPU請請求求一一次次中中斷斷。。對于于塊塊設(shè)設(shè)備備而而言言，，這這種種方方式式的的效效率率還還是是顯顯得得有有些些低低下下。。因因?yàn)闉?，，頻頻繁繁的的、、大大量量的的中中斷斷所所累累積積的的開開銷銷很很大大。。為了了進(jìn)進(jìn)一一步步減減少少處處理理機(jī)機(jī)對對I/O事事務(wù)務(wù)的的干干預(yù)預(yù)，，出出現(xiàn)現(xiàn)了了DMA（（DirectMemoryAccess)直接接存存儲儲器器訪訪問問方式式。。33DMA的的特特點(diǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸?shù)牡幕颈締螁挝晃皇鞘菙?shù)據(jù)據(jù)塊塊；數(shù)據(jù)據(jù)直直接接從從設(shè)設(shè)備備送送入入內(nèi)內(nèi)存存，，或或者者直直接接從從內(nèi)內(nèi)存存送送入入設(shè)設(shè)備備；；僅在傳傳送一一個(gè)或或多個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)塊的的開始始和結(jié)結(jié)束時(shí)時(shí)，才才需要要處理理機(jī)的的干預(yù)預(yù)。與中斷斷方式式相比比，DMA方式式大大大減少少了數(shù)數(shù)據(jù)I/O對處處理機(jī)機(jī)的占占用，，進(jìn)一一步提提高了了處理理機(jī)的的利用用率，，提高高了處處理機(jī)機(jī)和I/O設(shè)備備的并并行操操作能能力。。34I/O控制制方式式—I/O通通道方方式通道相相當(dāng)于于一個(gè)個(gè)功能能單純純的處理機(jī)機(jī)，專門門用于于處理理I/O操操作。。通道道有自自己的的運(yùn)控控部件件和指指令系系統(tǒng)，，但沒沒有專專門的的內(nèi)存存，而而是通通過““周期期竊用用”方方式與與主機(jī)機(jī)共享享內(nèi)存存。通道通通過執(zhí)執(zhí)行通通道程程序來來完成成I/O操操作。?！ǖ赖莱绦蛐蚴峭ㄍǖ乐钢噶畹牡挠行蛐蛐蛄辛?，它它由系系統(tǒng)中中的輸輸入/輸出出進(jìn)程程根據(jù)據(jù)用戶戶進(jìn)程程的I/O要求求來確確定，，可以以是事事先編編制好好的程程序段段，也也可以以動(dòng)態(tài)態(tài)產(chǎn)生生。通通道程程序以以及需需要與與設(shè)備備交換換的數(shù)數(shù)據(jù)均均放置置在內(nèi)內(nèi)存中中。35I/O控制制方式式—I/O通通道方方式一條通通道指指令可可以傳傳送一一組數(shù)數(shù)據(jù)，，一個(gè)個(gè)通道道程序序可以以傳送送多組組數(shù)據(jù)據(jù)。多多組數(shù)數(shù)據(jù)全全部傳傳送完完畢后后(即即一個(gè)個(gè)通道道程序序執(zhí)行行完畢畢)，，才向向處理理機(jī)發(fā)發(fā)出一一次中中斷。。通道不不僅可可以傳傳送數(shù)數(shù)據(jù)，，更重重要的的是它它還完完成對對設(shè)備備的控控制。。在通通道的的協(xié)助助下，，主機(jī)機(jī)只需需發(fā)出出一個(gè)個(gè)啟動(dòng)動(dòng)通道道、執(zhí)執(zhí)行通通道程程序的的指令令即可可。主主機(jī)僅僅與通通道直直接通通信，，不必必考慮慮設(shè)備備的具具體控控制以以及如如何完完成數(shù)數(shù)據(jù)傳傳送等等問題題，從從而大大大減減輕了了主機(jī)機(jī)的負(fù)負(fù)擔(dān)。。364.3設(shè)設(shè)備備分類類37設(shè)備類類型根據(jù)外外部設(shè)設(shè)備的的用途途不同同，可可以將將其分分為輸入/輸出出型設(shè)設(shè)備與存儲型型設(shè)備備；根據(jù)外外設(shè)傳傳輸?shù)牡幕颈緮?shù)據(jù)據(jù)單位位不同同，可可以將將設(shè)備備分為為塊型設(shè)設(shè)備與字符型型設(shè)備備；按照資資源管管理的的方式式不同同，可可以將將設(shè)備備分為為獨(dú)占型型設(shè)備備和共享型型設(shè)備備。38輸入/輸出出型VS存儲型型設(shè)備備輸入/輸出出型設(shè)設(shè)備：：鍵盤盤、鼠鼠標(biāo)、、顯示示器、、讀卡卡機(jī)、、掃描描儀、、打印印機(jī)、、繪圖圖儀、、數(shù)碼碼相機(jī)機(jī)等。。存儲型型設(shè)備備：磁磁帶機(jī)機(jī)、磁磁鼓機(jī)機(jī)、磁磁盤機(jī)機(jī)等。?？捎糜米鬏斴斎?，，也可可以用用作輸輸出。。主要要用于于長期期保存存信息息，但但需要要管理理其上上的存存儲空空間。?？梢栽谠诖鎯υO(shè)備備上可可以建建立文文件系系統(tǒng)，，有組組織、、有結(jié)結(jié)構(gòu)地地長期期存儲儲信息息。39塊型設(shè)設(shè)備VS字符型型設(shè)備備塊型設(shè)設(shè)備通通常就就是存存儲型型設(shè)備備。這這類設(shè)設(shè)備由由若干干長度度相同同的塊塊構(gòu)成成。一塊的的長度度通常常為2n個(gè)字節(jié)節(jié)，如如256B、512B、、1024B等等。對對這類類設(shè)備備來說說，塊塊是存存儲分分配的的基本本單位位，也也是I/O傳輸輸?shù)幕締螁挝?。。字符型型設(shè)備備通常常就是是輸入入/輸輸出型型設(shè)備備。這這類設(shè)設(shè)備I/O傳輸輸?shù)幕締螁挝皇鞘亲止?jié)節(jié)。40獨(dú)占型型VS共享型型設(shè)備備獨(dú)占型型設(shè)備備包括括所有有的字字符型型設(shè)備備及磁磁帶機(jī)機(jī)?！我庖鈺r(shí)間間段內(nèi)內(nèi)最多多只能能被一一個(gè)進(jìn)進(jìn)程占占用。?！褂糜脮r(shí)，，進(jìn)程程首先先向系系統(tǒng)申申請，，可能能進(jìn)入入阻塞塞狀態(tài)態(tài)。當(dāng)當(dāng)設(shè)備備可用用時(shí)，，喚醒醒一個(gè)個(gè)等待待進(jìn)程程。使使用完完畢以以后，，進(jìn)程程必須須釋放放設(shè)備備。共享型型設(shè)備備包括括除磁磁帶機(jī)機(jī)以外外的所所有塊塊型設(shè)設(shè)備。?！狪/O傳傳輸單單位：：塊—宏觀觀上，，一個(gè)個(gè)共享享型設(shè)設(shè)備可可以被被多個(gè)個(gè)進(jìn)程程同時(shí)時(shí)占用用；微微觀上上，多多個(gè)進(jìn)進(jìn)程交交替使使用同同一設(shè)設(shè)備。。—進(jìn)程程使用用這類類設(shè)備備時(shí)，，無須須申請請或釋釋放設(shè)設(shè)備，，也不不存在在某個(gè)個(gè)進(jìn)程程占用用設(shè)備備的問問題。。414.4設(shè)設(shè)備備分配配42分配：：設(shè)備備、控控制器器和通通道需要記記錄與與他們們相關(guān)關(guān)的信信息。。包括括：資資源標(biāo)標(biāo)識、、物理理連接接情況況、占占有進(jìn)進(jìn)程、、等待待進(jìn)程程等。。具體實(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)，可可以將將其分分為設(shè)設(shè)備控控制塊塊、控控制器器控制制塊和和通道道控制制塊。。這些控控制塊塊中包包含的的信息息在不不同的的系統(tǒng)統(tǒng)中會會有所所不同同43設(shè)備控控制塊塊UCB(UnitControlBlock)設(shè)備標(biāo)識設(shè)備狀態(tài)相連的控制器重試次數(shù)(I/O出錯(cuò)時(shí)的重試次數(shù))占有設(shè)備的進(jìn)程設(shè)備等待隊(duì)列(指向等待本設(shè)備的等待隊(duì)列)通路待隊(duì)列(使用設(shè)備時(shí)需要申請相應(yīng)的通路)44控制器器控制制塊CUCB控制器標(biāo)識控制器狀態(tài)相連的通道相連的設(shè)備占有控制器的進(jìn)程45通道控控制塊塊CCB通道標(biāo)識通道狀態(tài)相連的控制器占有通道的進(jìn)程46設(shè)備無無關(guān)性性為了實(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)設(shè)備的的無關(guān)關(guān)性，，操作作系統(tǒng)統(tǒng)要求求進(jìn)程程申請請?jiān)O(shè)備備時(shí)，，應(yīng)當(dāng)當(dāng)指明明所需需設(shè)備備的類類別(或者者邏輯輯設(shè)備備名)，不不能指指定某某一設(shè)設(shè)備的的具體體編號號。系統(tǒng)根根據(jù)進(jìn)進(jìn)程的的請求求以及及資源源分配配情況況在相相應(yīng)類類別的的設(shè)備備中選選擇一一個(gè)空空閑的的物理理設(shè)備備，并并將其其分配配給申申請者者。47優(yōu)點(diǎn)提高設(shè)設(shè)備的的利用用率。。從根根本上上講，，申請請者只只關(guān)心心使用用設(shè)備備的結(jié)結(jié)果，，不在在乎到到底使使用哪哪一個(gè)個(gè)設(shè)備備。假假設(shè)申申請者者指定定具體體設(shè)備備，被被指定定的設(shè)設(shè)備可可能正正在被被使用用，因因而申申請無無法滿滿足。。而此此時(shí)，，其他他同類類設(shè)備備可能能空閑閑。這這將造造成資資源的的浪費(fèi)費(fèi)和進(jìn)進(jìn)程的的不必必要等等待；；程序與與設(shè)備備無關(guān)關(guān)。假假設(shè)申申請者者指定定具體體設(shè)備備，而而被指指定的的設(shè)備備已損損壞或或未聯(lián)聯(lián)機(jī)，，則要要么程程序無無法正正常工工作，，要么么修改改程序序。48系統(tǒng)設(shè)備備表SDT根據(jù)上述述實(shí)現(xiàn)要要求，系系統(tǒng)通常常將相同同類型設(shè)設(shè)備的UCB記記錄在一一張表中中，稱作作UCB表。將邏輯設(shè)設(shè)備名、、設(shè)備數(shù)數(shù)、設(shè)備備等待隊(duì)隊(duì)列以及及UCB表的起起始地址址登記在在另一個(gè)個(gè)表中，，該表通通常稱作作系統(tǒng)設(shè)設(shè)備表(SDT)，，如表4.7所所示。。49設(shè)備類別設(shè)備總數(shù)可用設(shè)備數(shù)設(shè)備等待隊(duì)列UCB首址打印機(jī)54…………讀卡機(jī)33…………………………………………………………………………………………50設(shè)備分配配算法先來先服服務(wù)—根據(jù)進(jìn)進(jìn)程對某某設(shè)備提提出請求求的先后后次序，，將這些些進(jìn)程排排成一個(gè)個(gè)設(shè)備請請求隊(duì)列列。設(shè)備備分配程程序總是是把設(shè)備備分配給給隊(duì)首的的進(jìn)程。。優(yōu)先級高高者優(yōu)先先服務(wù)—根據(jù)進(jìn)進(jìn)程優(yōu)先先級的高高低，將將優(yōu)先級級高的進(jìn)進(jìn)程排在在設(shè)備等等待隊(duì)列列的前面面。對于于優(yōu)先級級相同的的進(jìn)程，，則按先先來先服服務(wù)的原原則進(jìn)行行排隊(duì)，，設(shè)備分分配程序序總是把把設(shè)備分分配給排排在隊(duì)首首的進(jìn)程程。51獨(dú)占型設(shè)設(shè)備的分分配進(jìn)程使用用獨(dú)占設(shè)設(shè)備的過過程：申申請、使使用、釋釋放。1進(jìn)程程申請?jiān)O(shè)設(shè)備2系統(tǒng)統(tǒng)分配設(shè)設(shè)備3進(jìn)程程發(fā)送使使用命令令4系統(tǒng)統(tǒng)將轉(zhuǎn)到到設(shè)備驅(qū)驅(qū)動(dòng)模塊塊完成一一次I/O傳輸輸5進(jìn)程程釋放設(shè)設(shè)備6系統(tǒng)統(tǒng)回收設(shè)設(shè)備當(dāng)進(jìn)程的的一次設(shè)設(shè)備申請請成功，，直到發(fā)發(fā)出釋放放命令期期間，一一直獨(dú)占占設(shè)備。。52共享型設(shè)設(shè)備的分分配進(jìn)程使用用共享型型設(shè)備不不需要申申請，當(dāng)當(dāng)然也就就不存在在占用或或釋放設(shè)設(shè)備的問問題。但是，I/O期期間只能能有一個(gè)個(gè)進(jìn)程使使用設(shè)備備。因此此，進(jìn)程程使用共共享型設(shè)設(shè)備之前前，有一一個(gè)隱含含的申請請命令；；使用完完畢以后后，有一一個(gè)隱含含的釋放放命令，，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)一次基基本I/O傳輸輸期間的的排它性性，保證證操作的的正常進(jìn)進(jìn)行。使用共享享型設(shè)備備的過程程中，進(jìn)進(jìn)程完全全有可能能進(jìn)入阻阻塞等待待狀態(tài)。。534.5I/O緩沖沖技術(shù)54緩沖技術(shù)術(shù)的引入入緩解處理理機(jī)與設(shè)設(shè)備間速速度不匹匹配的矛矛盾實(shí)現(xiàn)設(shè)備備與處理理機(jī)一定定程度的的并行操操作減少設(shè)備備的中斷斷頻率，，放寬對對中斷響響應(yīng)時(shí)間間的限制制55提前讀指用戶進(jìn)進(jìn)程從I/O緩沖區(qū)區(qū)中取走走前一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)以以后，立立即發(fā)出出對下一一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)的輸入入請求。。操作系統(tǒng)統(tǒng)將在適適當(dāng)?shù)臅r(shí)時(shí)候響應(yīng)應(yīng)該請求求以便把把用戶進(jìn)進(jìn)程需要要的下一一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)從用戶戶進(jìn)程指指定的輸輸入設(shè)備備讀入到到I/O緩沖沖區(qū)中。。顯然，用用戶進(jìn)程程加工前前一個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)的工工作與操操作系統(tǒng)統(tǒng)輸入下下一個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)的工工作可以以同時(shí)進(jìn)進(jìn)行。56延后寫是指，當(dāng)當(dāng)用戶進(jìn)進(jìn)程請求求輸出數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，，操作系系統(tǒng)將很很快把用用戶進(jìn)程程請求輸輸出的數(shù)數(shù)據(jù)從用用戶進(jìn)程程的工作作區(qū)中取取走并將將其暫時(shí)時(shí)存放在在I/O緩沖區(qū)區(qū)中。直到用戶戶進(jìn)程指指定的輸輸出設(shè)備備空閑時(shí)時(shí)，操操作系統(tǒng)統(tǒng)才把暫暫時(shí)存放放在I/O緩沖沖區(qū)中的的用戶進(jìn)進(jìn)程的輸輸出數(shù)據(jù)據(jù)寫入用用戶進(jìn)程程指定的的輸出設(shè)設(shè)備上。。顯然，用用戶進(jìn)程程生成下下一個(gè)輸輸出數(shù)據(jù)據(jù)的工作作與操作作系統(tǒng)輸輸出前一一個(gè)輸出出數(shù)據(jù)的的工作可可以同時(shí)時(shí)進(jìn)行。。57硬件緩沖沖和軟件件緩沖硬件緩沖沖區(qū)配置在設(shè)設(shè)備中，，具有專專門的用用途。對對處理機(jī)機(jī)透明，，不需要要處理機(jī)機(jī)的直接接管理，，不會影影響系統(tǒng)統(tǒng)性能。。軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的緩沖沖區(qū)是內(nèi)存空空間的一一部分。。其目的的是為了了彌補(bǔ)硬硬件緩沖沖區(qū)的不不足。因因?yàn)椴⒎欠撬型馔庠O(shè)都擁擁有，或或者足夠夠擁有硬硬件緩沖沖區(qū)。操作系統(tǒng)統(tǒng)中介紹紹的緩沖沖區(qū)都是是指軟件緩沖沖區(qū)。58緩沖區(qū)的的組織形形式單緩沖雙緩沖循環(huán)緩沖沖緩沖池59單緩沖簡單，僅僅在內(nèi)存存中為進(jìn)進(jìn)程對某某個(gè)設(shè)備備的I/O訪問問分配一一個(gè)緩沖沖區(qū)，如如圖操作系統(tǒng)外部設(shè)備用戶進(jìn)程緩沖區(qū)60假定，一一塊數(shù)據(jù)據(jù)從外部部設(shè)備輸輸入到內(nèi)內(nèi)存所花花費(fèi)的時(shí)時(shí)間為T，在內(nèi)存存中移動(dòng)動(dòng)所花費(fèi)費(fèi)的時(shí)間間為M，被用戶戶進(jìn)程加加工處理理所花費(fèi)費(fèi)的時(shí)間間為C，那么在沒有使使用I/O緩沖沖區(qū)的情情況下，，平均每每塊數(shù)據(jù)據(jù)的處理理時(shí)間近近似為：：T+C在使用單單I/O緩沖區(qū)區(qū)的情況況下，平平均每塊塊數(shù)據(jù)的的處理時(shí)時(shí)間近似似為：max(T,C)+M61相對于沒沒有I/O緩沖沖區(qū)的情情形，單單I/O緩沖沖區(qū)能提提高用戶戶進(jìn)程的的運(yùn)行效效率。如果用戶戶進(jìn)程在在對有關(guān)關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行加工工處理時(shí)時(shí)不釋放放I/O緩沖區(qū)區(qū)，那那么用戶戶進(jìn)程的的性能并并不能得得到改善善。如果T遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于C，即即外部設(shè)設(shè)備的I/O速速度比用用戶進(jìn)程程的計(jì)算算速度慢慢得多，，那么，，單I/O緩沖沖區(qū)不會顯著著改善用戶進(jìn)程程的性能能。62雙緩沖OS外部設(shè)備用戶進(jìn)程緩沖區(qū)緩沖區(qū)增加一個(gè)個(gè)緩沖區(qū)區(qū)，兩個(gè)個(gè)緩沖區(qū)區(qū)可以交交替使用用。當(dāng)數(shù)據(jù)從從緩沖區(qū)區(qū)復(fù)制到到用戶進(jìn)進(jìn)程空間間時(shí)，輸輸入設(shè)備備不必等等待，可可立即開開始向另另一個(gè)緩緩沖區(qū)輸輸入數(shù)據(jù)據(jù)。因此此，增加加了一個(gè)個(gè)緩沖區(qū)區(qū)后，前前述的平平均工作作時(shí)間可可近似為為：max(T,C)。另外，若用用戶進(jìn)程陣陣發(fā)性I/O的數(shù)據(jù)據(jù)超過一個(gè)個(gè)緩沖區(qū)而而不滿兩個(gè)個(gè)緩沖區(qū)，，雙緩沖使使進(jìn)程不會會在I/O數(shù)據(jù)期間間被阻塞。。63循環(huán)緩沖當(dāng)用戶進(jìn)程程處理數(shù)據(jù)據(jù)的速度較較快、外部部設(shè)備處理理數(shù)據(jù)的速速度較慢，，或者用戶戶進(jìn)程陣發(fā)發(fā)性輸入/輸出的數(shù)數(shù)據(jù)較多時(shí)時(shí)，必須考考慮增加緩緩沖區(qū)的數(shù)數(shù)量以改善善系統(tǒng)性能能，這就是是多緩沖區(qū)方式。多個(gè)I/O緩沖區(qū)常常常被組織織成一個(gè)環(huán)環(huán)形隊(duì)列，，故，稱為為循環(huán)緩沖沖。實(shí)質(zhì)上，雙雙緩沖可以以看作是循循環(huán)緩沖的的一個(gè)特例例。64緩沖池上述三種緩緩沖區(qū)的組組織形式僅僅適用于某某種特定的的I/O進(jìn)進(jìn)程和計(jì)算算進(jìn)程，屬屬于專用緩緩沖。當(dāng)系統(tǒng)中的的設(shè)備很多多時(shí)，將會會有許多這這樣的循環(huán)環(huán)緩沖區(qū)，，消耗大量量的內(nèi)存空空間，而且且其利用率率也不高。。為了提高緩緩沖區(qū)的利利用率，可可以采用公共緩沖池池技術(shù)，其中中的緩沖區(qū)區(qū)可為多個(gè)個(gè)設(shè)備和進(jìn)進(jìn)程服務(wù)。。65緩沖池兩種緩沖池池：分別用用于塊型設(shè)設(shè)備和字符符型設(shè)備。。用于塊型設(shè)設(shè)備的緩沖沖池：緩沖沖區(qū)較大，，其長度通通常與外部部設(shè)備物理理塊的長度度相同；用于字符型型設(shè)備的緩緩沖池：緩緩沖區(qū)較小小，其長度度通常為8個(gè)字節(jié)、、16個(gè)字字節(jié)等。若單個(gè)緩沖沖區(qū)的容量量太大會造造成資源浪浪費(fèi)，而太太小的緩沖沖區(qū)則會增增加系統(tǒng)管管理開銷。。66緩沖池緩沖池中的的緩沖區(qū)通通常組織成成鏈表結(jié)構(gòu)?！枰彌_沖區(qū)時(shí)，從從鏈表中申申請一個(gè)或或多個(gè)緩沖沖區(qū)。使用用完畢時(shí)，，釋放的緩緩沖區(qū)將被被鏈接到鏈鏈表中。緩沖區(qū)和緩緩沖池都屬屬于操作系系統(tǒng)空間，，用戶進(jìn)程程不能直接接對緩沖區(qū)區(qū)中的數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行操作作—只只能能通通過過系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)用用間間接接地地使使用用；；—或或讓讓操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)將將緩緩沖沖區(qū)區(qū)中中的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)復(fù)復(fù)制制到到用用戶戶進(jìn)進(jìn)程程空空間間，，或或者者相相反反。。67緩沖沖技技術(shù)術(shù)的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)內(nèi)容容簡簡單單，，請請讀讀者者自自學(xué)學(xué)。。684.6虛虛擬擬設(shè)設(shè)備備69虛擬擬設(shè)設(shè)備備的的引引入入獨(dú)占占型型設(shè)設(shè)備備的的速速度度一一般般較較慢慢，，進(jìn)進(jìn)程程常常需需要要長長時(shí)時(shí)間間等等待待I/O傳傳輸輸完完成成，，影影響響進(jìn)進(jìn)程程的的推推進(jìn)進(jìn)速速度度；；進(jìn)程程在在占占有有設(shè)設(shè)備備期期間間不不一一定定一一直直使使用用此此設(shè)設(shè)備備，，而而其其他他申申請請?jiān)撛撛O(shè)設(shè)備備的的進(jìn)進(jìn)程程只只能能阻阻塞塞等等待待，，降降低低了了設(shè)設(shè)備備的的利利用用率率，，影影響響其其他他進(jìn)進(jìn)程程的的推推進(jìn)進(jìn)速速度度。。引入入虛虛擬擬設(shè)設(shè)備備技技術(shù)術(shù)，，能能解解決決獨(dú)獨(dú)占占設(shè)設(shè)備備利利用用率率不不高高的的問問題題。。70虛擬擬設(shè)設(shè)備備技技術(shù)術(shù)的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬擬設(shè)設(shè)備備技技術(shù)術(shù)類類似似緩緩沖沖區(qū)區(qū)技技術(shù)術(shù)，，可可以以認(rèn)認(rèn)為為是是為為設(shè)設(shè)備備提提供供了了多多個(gè)個(gè)更更大大的的、、甚甚至至在在實(shí)實(shí)際際工工作作中中是是無無限限長長度度的的緩緩沖沖區(qū)區(qū)，，進(jìn)進(jìn)一一步步提提高高系系統(tǒng)統(tǒng)效效率率。。虛擬設(shè)備技術(shù)術(shù)的實(shí)現(xiàn)：在在獨(dú)占型設(shè)備備與進(jìn)程之間間加入一個(gè)共共享型設(shè)備作作為過渡，如如圖內(nèi)存共享型設(shè)備進(jìn)程某一區(qū)域獨(dú)占型設(shè)備間斷傳輸連續(xù)傳輸71共享型設(shè)備的的某一區(qū)域是是由若干個(gè)設(shè)設(shè)備塊構(gòu)成的的，對進(jìn)程而而言相當(dāng)于真真實(shí)的設(shè)備。。由于共享型設(shè)設(shè)備較獨(dú)占型型設(shè)備的速度度較快。所以以，進(jìn)程I/O所需的時(shí)時(shí)間較短，提提高了進(jìn)程的的推進(jìn)速度。。又由于共享型型設(shè)備的存儲儲容量很大，，可提供多個(gè)個(gè)這樣的區(qū)域域，因而虛擬擬設(shè)備的數(shù)量量多，一般可可為每個(gè)需要要使用設(shè)備的的進(jìn)程提供一一個(gè)。這些進(jìn)進(jìn)程不用排隊(duì)隊(duì)等待，他們們的推進(jìn)速度度也就不受任任何影響。這樣，多個(gè)進(jìn)進(jìn)程可以同時(shí)時(shí)使用同一獨(dú)獨(dú)占型設(shè)備，，而每個(gè)進(jìn)程程對應(yīng)一個(gè)虛虛擬設(shè)備，提提高了設(shè)備利利用率。72輸入型虛擬設(shè)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)對于輸入型虛虛擬設(shè)備，數(shù)數(shù)據(jù)的流向：：獨(dú)占型設(shè)備共共享型型設(shè)備進(jìn)進(jìn)程空間/內(nèi)存假定用于輸入入的獨(dú)占型設(shè)設(shè)備是讀卡機(jī)機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬設(shè)備的的共享型設(shè)備備是磁盤，則則對于進(jìn)程所所發(fā)出的資源源申請命令、、使用命令及及釋放命令，，操作系統(tǒng)需需要完成的工工作如下：73輸入型虛擬設(shè)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)①申請分分配一臺虛擬擬設(shè)備(磁盤盤區(qū)域)，分分配一臺實(shí)設(shè)設(shè)備(一臺讀讀卡機(jī))，將將信息由實(shí)設(shè)設(shè)備(讀卡機(jī)機(jī))連續(xù)地傳傳輸?shù)教摂M設(shè)設(shè)備(磁盤區(qū)區(qū)域)，釋放放實(shí)設(shè)備(讀讀卡機(jī))；②使用將將數(shù)據(jù)從虛擬擬設(shè)備(磁盤盤區(qū)域)傳輸輸?shù)竭M(jìn)程空間間；③釋放回回收虛擬設(shè)備備(磁盤區(qū)域域)。74輸出型虛擬設(shè)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)對于輸出型虛虛擬設(shè)備來說說，數(shù)據(jù)的流流向：內(nèi)存共享享型設(shè)備獨(dú)獨(dú)占型設(shè)設(shè)備假定用于輸出出的獨(dú)占型設(shè)設(shè)備是打印機(jī)機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)虛擬設(shè)備的的共享型設(shè)備備是磁盤，則則對于進(jìn)程所所發(fā)出的資源源申請命令、、使用命令及及釋放命令，，操作系統(tǒng)需需要完成的工工作如下：75輸出型虛擬設(shè)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)①申請分分配一臺虛擬擬設(shè)備(磁盤盤區(qū)域)；②使用將將數(shù)據(jù)由進(jìn)程程空間傳送到到虛擬設(shè)備(磁盤區(qū)域)；③釋放申申請一臺實(shí)設(shè)設(shè)備(一臺打打印機(jī))，將將數(shù)據(jù)由虛擬擬設(shè)備(磁盤盤區(qū)域)輸出出到實(shí)設(shè)備(打印機(jī))，，回收實(shí)設(shè)備備(打印機(jī))。76SPOOLing系統(tǒng)SPOOLing：SimultaneousPeripheralOperationsOn-Line，直譯意意思是“聯(lián)機(jī)機(jī)情況下同時(shí)時(shí)進(jìn)行的外圍圍設(shè)備操作””，通常稱其其為“假脫機(jī)機(jī)操作”。SPOOLing系統(tǒng)是是虛擬設(shè)備最最典型的代表表，包括假脫脫機(jī)輸入和輸輸出系統(tǒng)兩個(gè)個(gè)部分。核心思想：在在快速輔助存儲儲設(shè)備中建立I/O緩緩沖區(qū)，用于于緩存從慢速速輸入設(shè)備流流入內(nèi)存的數(shù)數(shù)據(jù)，或緩存存從內(nèi)存流向向慢速輸出設(shè)設(shè)備的數(shù)據(jù)。。77784.7磁磁盤設(shè)備的管管理79磁盤的性能和和安全性磁盤是計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)最重要要的外部存儲儲設(shè)備之一影響磁盤性能能和數(shù)據(jù)安全全性的主要因因素：—磁盤性能參參數(shù)：轉(zhuǎn)速、、尋道時(shí)間、、磁盤緩存；；—磁盤控制器器：IDE、、SCSI磁磁盤控制器；；—RAID等等磁盤容錯(cuò)技技術(shù)；—磁盤管理算算法：磁盤調(diào)調(diào)度算法、磁磁盤高速緩存存、高性能的的文件系統(tǒng)；；80磁盤設(shè)備的物物理特性磁盤由若干張張圓形的盤片片組成，每張張盤片上都涂涂有磁層，用用于記錄數(shù)據(jù)據(jù)；各盤片的圓心心固定在一個(gè)個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，，該軸沿固定定方向等速地地轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶帶動(dòng)磁盤組不不停地旋轉(zhuǎn)。。硬盤的轉(zhuǎn)速比比軟盤快幾十十倍，并在開開機(jī)后一直高高速旋轉(zhuǎn)，隨隨時(shí)準(zhǔn)備就緒緒；而軟盤則則需要I/O時(shí)才旋轉(zhuǎn)，，否則停止旋旋轉(zhuǎn)。軟盤使使用前必須等等待轉(zhuǎn)速從0加速，并穩(wěn)穩(wěn)定到額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，故工作作效率較低。。81每張盤片分為為上、下兩個(gè)個(gè)盤面，每個(gè)個(gè)盤面有若干干磁道，同一一盤面上的所所有磁道是繞繞旋轉(zhuǎn)軸的一一組同心圓，，所有磁道由由外向內(nèi)依次次由0開始編編號，稱為磁磁道號。磁盤組中各盤盤面上序號相相同的磁道構(gòu)構(gòu)成一個(gè)柱面面，由外向內(nèi)內(nèi)依次編號，，若磁盤組有有l(wèi)個(gè)柱面，，則編號為0,1,2,…,l-1，稱為柱面面號。若磁盤組共有有s個(gè)盤片，，則共有2s個(gè)盤面，但但通常最上面面和最下面的的兩個(gè)盤面作作為伺服面，，用以進(jìn)行控控制磁頭定位位等操作，并并不存放數(shù)據(jù)據(jù)，因而實(shí)際際可用盤面數(shù)數(shù)為m＝2(s-1)，，由下至下依依次編號為0,1,2,…,m-1，稱為盤面面號。82整個(gè)盤面被劃劃分為若干大大小相同的扇扇面，它把一一個(gè)磁道等分分為若干個(gè)區(qū)區(qū)域，一個(gè)區(qū)區(qū)域稱為一個(gè)個(gè)扇區(qū)。數(shù)據(jù)保存在在各個(gè)扇區(qū)中中，每個(gè)扇區(qū)區(qū)內(nèi)保存的數(shù)數(shù)據(jù)量相同，，為2的冪次次，例如512字節(jié)、1024字節(jié)節(jié)甚至2048字節(jié)。扇區(qū)是磁盤進(jìn)進(jìn)行I/O傳傳輸?shù)幕締螁挝唬彩谴糯疟P空間分配配的基本單位位。若扇區(qū)的的數(shù)量為n，，則每條磁道道上的扇區(qū)被被依次編號為為0,1,2,…,n-1，稱為為扇區(qū)號。83磁盤的基本存存儲單元(扇扇區(qū))的尋址址方式為三維維地址：柱面面號、盤面號號、扇區(qū)號。。為了方便管理理及屏蔽存儲儲設(shè)備的物理理細(xì)節(jié)，操作作系統(tǒng)向上層層軟件提供統(tǒng)統(tǒng)一的接口，，常使用一維維地址，即只只有邏輯磁盤盤塊號(邏輯輯扇區(qū)號)，，將磁盤組中中所有的扇區(qū)區(qū)從0開始編編號。顯然，這里就就存在著一維維地址與三維維地址間相互互轉(zhuǎn)換的問題題為了提高效率率，對于移動(dòng)動(dòng)磁頭式磁盤盤機(jī)來說，磁磁頭引臂的機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)(尋尋道)速度最最慢，其次才才是盤片轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的速度，因因此，編排邏邏輯塊號時(shí)，，扇區(qū)號先變變化，其次是是盤面號，最最后才是柱面面號。84磁盤的磁頭工工作方式磁盤：固定頭頭磁盤和移動(dòng)動(dòng)頭磁盤。固定頭磁盤的的每一條磁道道上都有一個(gè)個(gè)讀/寫磁頭頭，所有的磁磁頭都被安裝裝在一剛性磁磁臂中，通過過磁頭訪問磁磁道，可以并并行讀/寫，，磁盤的I/O速度很快快。固定頭磁盤的的優(yōu)點(diǎn)是訪問問速度快，其其缺點(diǎn)是成本本較高、容量量受磁頭數(shù)量量限制。85磁盤的的磁頭頭工作作方式式移動(dòng)頭頭磁盤盤為每每一個(gè)個(gè)盤面面配置置一個(gè)個(gè)磁頭頭，所所有盤盤面的的磁頭頭被裝裝入磁磁臂中中，磁磁盤I/O時(shí)，，必須須移動(dòng)動(dòng)磁頭頭(尋尋道)。因此，，移動(dòng)動(dòng)頭磁磁盤只只能進(jìn)進(jìn)行串串行讀讀/寫寫，I/O速度度相對對較慢慢，但但由于于其具具有結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡單、、成本本較低低、容容量不不受磁磁頭數(shù)數(shù)量限限制等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，因因而被被廣泛泛使用用。86影響磁磁盤I/O性能能的技技術(shù)指指標(biāo)從磁盤盤讀數(shù)數(shù)據(jù)的的過程程：磁盤接接收到到讀指指令后后，磁磁頭從從當(dāng)前前位置置移到到目標(biāo)標(biāo)磁道道位置置，所所需的的時(shí)間間稱為為尋道時(shí)時(shí)間；然后，，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁盤盤，定定位數(shù)數(shù)據(jù)所所在的的扇區(qū)區(qū)，所所需的的時(shí)間間稱為為旋轉(zhuǎn)延延遲；最后，，從磁磁盤上上讀取取數(shù)據(jù)據(jù)，所所需的的時(shí)間間稱為為數(shù)據(jù)傳傳輸時(shí)時(shí)間。訪問時(shí)時(shí)間＝＝尋道道時(shí)間間＋旋旋轉(zhuǎn)延延遲＋＋傳輸輸時(shí)間間87尋道時(shí)時(shí)間尋道時(shí)時(shí)間：：把磁磁頭從從當(dāng)前前位置置移動(dòng)動(dòng)到指指定磁磁道所所需要要的時(shí)時(shí)間。。是影影響磁磁盤數(shù)數(shù)據(jù)傳傳輸率率的重重要參參數(shù)，，與磁磁頭移移過的的磁道道數(shù)量量成正正比。。衡量磁磁盤的的尋道道性能能時(shí)，，通常常使用用平均均尋道道時(shí)間間。88旋轉(zhuǎn)延遲旋轉(zhuǎn)延遲與與磁盤轉(zhuǎn)速速直接相關(guān)關(guān)，是指旋旋轉(zhuǎn)磁盤，，將指定扇扇區(qū)移動(dòng)到到磁頭下面面所需要的的時(shí)間。假設(shè)Tr為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)延遲，r為磁盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)/單位時(shí)時(shí)間）那么Tr＝1/(2r)例：對于一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為3600rpm的硬盤盤而言，其其每旋轉(zhuǎn)一一周的時(shí)間間為16.7ms，其平均均旋轉(zhuǎn)延遲遲為8.3ms。對于一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300rpm的軟盤而言言，其每旋旋轉(zhuǎn)一周的的時(shí)間為200ms，其平平均旋轉(zhuǎn)延延遲為100ms。。89傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間是是指把數(shù)據(jù)據(jù)從硬盤讀讀出或向磁磁盤寫入數(shù)數(shù)據(jù)所經(jīng)歷歷的時(shí)間。。傳輸時(shí)間與與硬盤的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和所讀讀/寫的數(shù)數(shù)據(jù)長度有有關(guān)，當(dāng)一一次讀/寫寫的數(shù)據(jù)長長度相當(dāng)于于半條磁道道上的字節(jié)節(jié)數(shù)時(shí)，傳傳輸時(shí)間與與平均旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)延遲相同同。90緩存當(dāng)緩存足夠夠大時(shí)，對對于寫操作作，盡管數(shù)數(shù)據(jù)并未真真正寫到磁磁盤上，但但它給主機(jī)機(jī)的印象就就是寫操作作已“非常?？臁钡赝晖瓿?延后后寫)；對對于讀操作作，盡管是是讀一扇區(qū)區(qū)，但磁盤盤卻將整條條磁道的數(shù)數(shù)據(jù)都讀入入緩存中(提前讀)，當(dāng)下一一次需要再再讀數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，就顯得得非?？炝肆恕疤崽崾窍乱淮未巫x的數(shù)據(jù)據(jù)還位于同同一條磁道道。由于緩存不不可能很大大，因此對對于密集訪訪問磁盤的的系統(tǒng)而言言，緩存并并不能發(fā)揮揮多大的作作用，但由由于多數(shù)系系統(tǒng)是間歇歇地訪問磁磁盤，因而而緩存在很很多時(shí)候還還是能發(fā)揮揮較大的作作用。91綜上所述，，傳統(tǒng)上影影響磁盤I/O性能能的主要技技術(shù)指標(biāo)是是平均尋道時(shí)時(shí)間和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速則影影響平均旋旋轉(zhuǎn)延遲和和數(shù)據(jù)傳輸輸時(shí)間。對于實(shí)際的的系統(tǒng)而言言，較大緩緩存也對硬硬盤的I/O性能有有較大的影影響，但不不是決定性性的。92調(diào)整磁盤I/O性能能磁盤的平均均尋道時(shí)間間和轉(zhuǎn)速是是固定不變變的。為了提高磁磁盤的I/O性能，，只能從磁磁盤調(diào)度的的方式和訪訪問數(shù)據(jù)的的組織形式式上入手，，即縮短尋尋道時(shí)間和和旋轉(zhuǎn)延遲遲。93磁盤調(diào)度算算法當(dāng)有多個(gè)進(jìn)進(jìn)程都請求求訪問磁盤盤時(shí)，他們們訪問的位位置(這里里主要關(guān)心心磁道)各各不一樣，，磁頭需要要來回頻繁繁移動(dòng)進(jìn)行行尋道操作作。磁頭的尋道道操作屬于于機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)，花費(fèi)的的時(shí)間較長長，而且過過度的尋道道操作會大大大縮短磁磁盤的壽命命。因此，，必須采用用適當(dāng)?shù)拇糯疟P調(diào)度算算法，使得得在盡可能能公平的情情況下，縮縮短平均尋尋道時(shí)間，，并使磁頭頭移動(dòng)距離離最小。94先到先服務(wù)務(wù)算法FCFS(FirstComeFirstServe)FCFS算算法按照輸輸入/輸出出請求的先先后次序?yàn)闉楦鱾€(gè)進(jìn)程程服務(wù)。這這是最公平平、最簡單單的算法，，但是效率率非常低。。例如，一個(gè)個(gè)有100條磁道的的磁盤，磁磁道依次編編號為0～～99，磁磁頭當(dāng)前位位于第20磁道，對對于如下的的訪問請求求：請求次序：：12345………訪問磁道：：992971026………95先到先服務(wù)務(wù)算法FCFS(FirstComeFirstServe)若按FCFS算法，，則磁頭移移動(dòng)的磁道道數(shù)為79+97+95+87+16＝374磁頭在磁道道之間來回回頻繁移動(dòng)動(dòng)，不但造造成較大的的時(shí)間開銷銷，影響效效率，而且且容易使磁磁頭臂疲勞勞，磁盤很很容易損壞壞。因此，這種種簡單的算算法只適合合于負(fù)載很很輕的系統(tǒng)統(tǒng)。96最短尋道時(shí)時(shí)間優(yōu)先算算法SSTF(ShortestSeekTimeFirst)為了克服FCFS算算法之缺點(diǎn)點(diǎn)，人們提提出了SSTF算法法，即優(yōu)先先為距離磁磁頭當(dāng)前所所在位置最最近的磁道道服務(wù)。例如，對于于上述服務(wù)務(wù)請求，按按照SSTF算法，，則系統(tǒng)將將按如下次次序?yàn)檫M(jìn)程程提供服務(wù)務(wù)，磁頭移移動(dòng)的磁道道數(shù)為6+16+8+95+2＝127，效率率比FCFS高了許許多。服務(wù)次序：：12345…………訪問磁道：：261029799…………97掃描算法Scan也稱電梯算算法，其基基本思想類類似電梯的的工作原理理。其具體體過程為：：假定開始時(shí)時(shí)磁頭處于于最外磁道道，并向內(nèi)內(nèi)磁道方向向移動(dòng)。在在磁頭移動(dòng)動(dòng)過程中，，如果經(jīng)過過的磁道有有訪問請求求，則為其其服務(wù)。然然后判斷當(dāng)當(dāng)前磁道以以內(nèi)的磁道道是否還有有訪問請求求，如果有有，則磁頭頭繼續(xù)向內(nèi)內(nèi)磁道方向向移動(dòng)；否否則，判斷斷當(dāng)前磁道道以外的磁磁道是否有有訪問請求求，若有，，則磁頭掉掉轉(zhuǎn)方向朝朝外移動(dòng)。。若此時(shí)當(dāng)當(dāng)前磁道內(nèi)內(nèi)外均無訪訪問請求，，則磁頭引引臂停止不不動(dòng)。98掃描算法Scan這種算法比比較公平，，效率很高高；但是，若在在某一段時(shí)時(shí)間內(nèi)某一一磁道的訪訪問請求不不斷，則磁磁頭引臂將將停留在該該磁道上不不動(dòng)（稱為為磁臂粘著著），磁盤盤被相應(yīng)的的進(jìn)程壟斷斷，所有其其他磁道上上的請求將將在較長時(shí)時(shí)間內(nèi)得不不到服務(wù)。。99N步掃描算算法N-ScanN步掃描算算法將磁盤盤請求隊(duì)列列分成若干干個(gè)長度為為N的子隊(duì)隊(duì)列，磁盤盤調(diào)度程序序按照FCFS算法法依次處理理這些子隊(duì)隊(duì)列，而處處理每一個(gè)個(gè)子隊(duì)列時(shí)時(shí)，則按照照SCAN算法。當(dāng)N值取取得很大大時(shí)，N步掃描描算法的的性能與與SCAN算法法的性能能相當(dāng)；；當(dāng)N取取值為1時(shí)，N步掃描描算法退退化為FCFS算法。。100N步掃描描算法N-Scan在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中，，N步掃掃描算法法被簡化化為：只只為一次次特定的的掃描開開始前已已經(jīng)等待待的訪問問請求服服務(wù)，以以防止發(fā)發(fā)生掃描描算法中中存在的的不公平平現(xiàn)象，，盡管這這種不公公平的現(xiàn)現(xiàn)象對磁磁頭有利利。在一次掃掃描期間間內(nèi)新到到達(dá)的訪訪問請求求將只能能放在下下一次掃掃描期間間完成處處理，無無論這些些新的請請求是否否處于一一次掃描描的服務(wù)務(wù)途中。。101磁盤高速速緩存指，操作作系統(tǒng)利利用內(nèi)存存實(shí)現(xiàn)的的、專門門針對磁磁盤I/O操作作的緩沖沖區(qū)。與磁盤機(jī)機(jī)本身所所帶的緩緩存以及及磁盤控控制器所所帶的緩緩存相比比，磁盤盤機(jī)和磁磁盤控制制器上的的緩存的的特點(diǎn)：：容量較小??；利用此類類緩存進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)提前讀讀和延后后寫操作作能與主主機(jī)并行行工作。。102磁盤高速速緩存的的特點(diǎn)容量較大大；常存儲全全局范圍圍、經(jīng)常常訪問的的重要數(shù)數(shù)據(jù)：文文件系統(tǒng)統(tǒng)的目錄錄、文件件分配表表、索引引塊等；；缺點(diǎn)：利利用該緩緩存進(jìn)行行數(shù)據(jù)提提前讀和和延后寫寫操作需需要主機(jī)機(jī)的管理理，增加加了主機(jī)機(jī)的負(fù)擔(dān)擔(dān)。對于高檔檔的服務(wù)務(wù)器而言言，大的的硬件緩緩存更能能提高磁磁盤I/O的性性能。但但是，若若磁盤機(jī)機(jī)和磁盤盤控制器器上沒有有緩存，，那么，，就需要要依靠磁磁盤高速速緩存的的作用。。103磁盤高速速緩存的的實(shí)現(xiàn)形形式在內(nèi)存中中單獨(dú)開開辟一個(gè)個(gè)大小固固定的存存儲空間間作為磁磁盤高速速緩存區(qū)區(qū)。有的的操作系系統(tǒng)允許許用戶指指定或調(diào)調(diào)整此空空間的大大??；二是把系系統(tǒng)中所所有未使使用的內(nèi)內(nèi)存空間間變?yōu)橐灰粋€(gè)緩沖沖池，供供請求分分頁系統(tǒng)統(tǒng)和磁盤盤高速緩緩存共享享，其大大小不固固定，當(dāng)當(dāng)磁盤I/O操操作頻率率時(shí)，磁磁盤高速速緩存區(qū)區(qū)可能較較大。104磁盤高速速緩存的的數(shù)據(jù)安安全性讀操作不不存在安安全問題題；寫操作對對進(jìn)程而而言數(shù)據(jù)據(jù)已寫出出。但數(shù)數(shù)據(jù)其實(shí)實(shí)是被寫寫入高速速緩存中中，并未未真正寫寫到磁盤盤上。操操作系統(tǒng)統(tǒng)必須在在適當(dāng)?shù)牡臅r(shí)候?qū)?shù)據(jù)真真正寫到到磁盤。。何時(shí)進(jìn)行行寫操作作呢？105磁盤高速速緩存的的數(shù)據(jù)安安全性有三種策策略可供供選擇：：在系統(tǒng)空空閑或需需要淘汰汰被寫的的緩存空空間時(shí)進(jìn)進(jìn)行寫。。這種策策略風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)最大，，效率高高；周期性地地進(jìn)行寫寫。風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)較低，，效率較較高；立即寫回回，即只只要高速速緩存中中的某盤盤塊數(shù)據(jù)據(jù)被修改改，便立立即將它它們寫回回磁盤。。這種高高速緩存存通常被被稱為““寫穿透透高速緩緩存(write-throughcache)”，，相當(dāng)于于只有讀讀緩存而而沒有寫寫緩存，，其風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)最低，，效率也也最低。。106優(yōu)化數(shù)據(jù)據(jù)的物理理存儲結(jié)結(jié)構(gòu)磁盤I/O常針針對整個(gè)個(gè)文件進(jìn)進(jìn)行，如如果一個(gè)個(gè)文件被被分散存存儲到多多個(gè)柱面面上，則則讀/寫寫這樣的的文件時(shí)時(shí)，需要要進(jìn)行多多次尋道道操作和和旋轉(zhuǎn)延延遲。為什么把把文件分分散存儲儲呢？在系統(tǒng)建建立的初初期，文文件都是是連續(xù)存存儲的。。但隨著著系統(tǒng)使使用時(shí)間間的積累累，文件件會不斷斷被用戶戶刪除或或新建。。為了充充分利用用存儲空空間，新新建文件件常分散散存儲。。107磁盤高速緩存存的效率，取取決于其命中中率。使用緩存需要要基于兩個(gè)要要素：一是訪訪問頻率，二二是基于局部部性原理的提提前讀技術(shù)。。提前讀技術(shù)是是使用緩存的的關(guān)鍵，當(dāng)讀讀入進(jìn)程申請請的數(shù)據(jù)時(shí)，，將其空間局局部存儲的數(shù)數(shù)據(jù)一起提前前讀，以期在在后面的操作作中得到回報(bào)報(bào)而在總體上上節(jié)約時(shí)間。。如果一個(gè)文件件在物理上存存儲得較分散散，盡管不影影響系統(tǒng)的正正確性，但卻卻使提前讀操操作失效，反反而降低系統(tǒng)統(tǒng)效率。108若將分散到多多個(gè)柱面或磁磁道上的文件件進(jìn)行類似內(nèi)內(nèi)存分配過程程中的碎片整整理（緊湊）），使這些文文件在物理上上連續(xù)存儲，，則不僅能提提高文件的讀讀/寫性能，，減少尋道時(shí)時(shí)間和平均旋旋轉(zhuǎn)延遲，而而且能提高磁磁盤高速緩存存的命中率，，從而提高整整個(gè)系統(tǒng)效的的效率，減少少磁盤的機(jī)械械損耗。因此，人們經(jīng)經(jīng)常使用MS-DOS、、Windows等操作作系統(tǒng)提供的的磁盤碎片整整理功能，以以提高系統(tǒng)工工作效率。109上節(jié)內(nèi)容回顧顧設(shè)備管理的主主要功能：設(shè)設(shè)備分配、設(shè)設(shè)備映射、設(shè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、I/O緩沖技技術(shù)I/O緩沖區(qū)區(qū)的組織形式式：單緩沖、、雙緩沖、循循環(huán)緩沖、緩緩沖池虛擬設(shè)備技術(shù)術(shù)：引入的原原因、實(shí)現(xiàn)方方法、SPOOLing系統(tǒng)實(shí)例磁盤設(shè)備的管管理：磁盤性能參數(shù)數(shù)：轉(zhuǎn)速、尋尋道時(shí)間、磁磁盤緩存；磁盤管理算法法：磁盤調(diào)度度、DiskCache、高性能能的文件系統(tǒng)統(tǒng)；110磁盤的平均訪訪問時(shí)間尋道時(shí)間＋旋旋轉(zhuǎn)延遲＋傳傳輸時(shí)間111引入磁盤調(diào)度度的例子假定：一個(gè)硬盤的的扇區(qū)長度為為512個(gè)字字節(jié)，磁道長長度為32個(gè)個(gè)扇區(qū)，平均均尋道時(shí)間為為20ms，，傳輸速率為為1MB/s,轉(zhuǎn)速為3600rpm。顯然，，如果一個(gè)個(gè)長度為128K個(gè)字節(jié)節(jié)的文件存放放在該硬盤上上，那么該文文件將在該硬硬盤上占用256個(gè)扇區(qū)區(qū)。請問：如果系統(tǒng)從從該硬盤上完完整地讀入該該文件，將將花費(fèi)多長時(shí)時(shí)間？112若文件連續(xù)地地存放在硬盤盤的8個(gè)相鄰鄰的磁道上，，那么系統(tǒng)完完整地讀入該該文件需要花花費(fèi)的時(shí)間：：(20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220ms113若文件隨機(jī)地地存放在硬盤盤的256個(gè)個(gè)扇區(qū)上，那那么讀入該文文件需要花費(fèi)費(fèi)的時(shí)間：(20＋8.3＋0.5)×256＝7373ms114比較與分析比較前面兩種種結(jié)果可以發(fā)發(fā)現(xiàn)：如果文件的存存儲方式不同同，系統(tǒng)訪問問文件的效率率就不同；即即，文件的存存儲方式影響響著系統(tǒng)訪問問文件的效率率。文件的存儲方方式對系統(tǒng)訪訪問文件的效效率的影響主主要在于：訪訪問文件總的的尋道時(shí)間和和總的旋轉(zhuǎn)延延遲。115結(jié)論論當(dāng)系統(tǒng)訪問一一組磁盤扇區(qū)區(qū)時(shí)，如果能能夠減少總的的尋道時(shí)間和和總的旋轉(zhuǎn)延延遲，那么系系統(tǒng)的訪問效效率將得到提提高。116磁盤調(diào)度算法法小結(jié)FCFSSSTFSCANN-SCAN117例子假定：當(dāng)前有9個(gè)磁磁盤讀寫請求求；這9個(gè)磁磁盤讀寫請求求要訪問的磁磁道號按照各各個(gè)磁盤讀寫寫請求到達(dá)的的次序依次為為：55、58、39、、18、90、160、、150、38、184。此外，磁磁頭當(dāng)前位于于100號磁磁道上。如果果系統(tǒng)使用SCAN算法法，還假定磁磁頭當(dāng)前的移移動(dòng)方向?yàn)榇糯诺捞栐鲩L的的方向。請問：如果系統(tǒng)分分別使用FIFO策策略、SSTF算法法、SCAN算法調(diào)調(diào)度磁盤，，那么系統(tǒng)統(tǒng)處理這9個(gè)磁盤讀讀寫請求時(shí)時(shí)磁頭的平平均尋道長長度為多少少？118FIFO119SSTF120SCAN121DiskCache的工作作原理當(dāng)用戶進(jìn)程程請求從磁磁盤讀入一個(gè)扇區(qū)時(shí)時(shí)，系統(tǒng)首首先在diskcache中尋找該扇扇區(qū)的副本本-如果能能夠找到，，那么系統(tǒng)統(tǒng)將從diskcache中取出該扇扇區(qū)的副本本并返給用用戶進(jìn)程；；-否則，，系統(tǒng)首先先從磁盤上上讀入該扇扇區(qū)并在diskcache中為其建立立一個(gè)副本本，然后將將該副本返返給用戶進(jìn)進(jìn)程。當(dāng)用戶進(jìn)程程請求向磁磁盤上寫出一個(gè)扇區(qū)時(shí)時(shí)，系統(tǒng)同同樣首先在在diskcache中尋找該扇扇區(qū)的副本本-如果能能夠找到，，那么系統(tǒng)統(tǒng)將根據(jù)用用戶進(jìn)程的的請求修改改該扇區(qū)的的副本；-否則，，系統(tǒng)同樣樣首先從磁磁盤上讀入入該扇區(qū)并并在diskcache中為其建立立一個(gè)副副本，然后后根據(jù)用戶戶進(jìn)程的請請求修改該該副本。122磁盤高速緩緩存的數(shù)據(jù)據(jù)安全性DiskCache中的數(shù)數(shù)據(jù)寫出到到磁盤：在系統(tǒng)空閑閑或需要淘淘汰被寫的的緩存空間間時(shí)進(jìn)行寫寫。周期性地進(jìn)進(jìn)行寫。立即寫回，，稱為“寫寫穿透高速速緩存”，，相當(dāng)于只只有讀緩存存而沒有寫寫緩存。123磁盤管理的的另一個(gè)有有效方法高性能的文文件系統(tǒng)——磁盤盤碎片整理理，使磁盤盤文件盡量量連續(xù)124磁盤容錯(cuò)技技術(shù)磁盤中常常常存儲著非非常重要的的數(shù)據(jù)，例例如交易數(shù)數(shù)據(jù)、帳目目數(shù)據(jù)、學(xué)學(xué)生成績等等。若這些些數(shù)據(jù)出了了問題，或或者存儲這這些數(shù)據(jù)的的磁盤報(bào)廢廢，其后果果是非常嚴(yán)嚴(yán)重的。因因此，要求求保證磁盤盤數(shù)據(jù)的可靠性。磁盤容錯(cuò)技技術(shù)通過在在系統(tǒng)中設(shè)設(shè)置冗余部件來提高系統(tǒng)統(tǒng)可靠性。。冗余部件件包括增加加冗余的磁磁盤驅(qū)動(dòng)器器、磁盤控控制器等，，使得當(dāng)磁磁盤系統(tǒng)某某部分出現(xiàn)現(xiàn)缺陷或故故障時(shí)，磁磁盤仍能正正常工作，，且不至于于造成數(shù)據(jù)據(jù)的錯(cuò)誤和和丟失。125磁盤容錯(cuò)技技術(shù)級別也稱為系統(tǒng)統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)術(shù)(SFT,SystemFaultTolerance)，大體體分為三個(gè)個(gè)級別：SFT-I低級磁盤盤容錯(cuò)技術(shù)術(shù)，主要防防止磁盤表表面介質(zhì)缺缺陷所引起起的數(shù)據(jù)丟丟失；SFT-II中級磁磁盤容錯(cuò)技技術(shù)，主要要防止磁盤盤驅(qū)動(dòng)器和和磁盤控制制器故障所所引起的數(shù)數(shù)據(jù)丟失；；SFT-III高級級系統(tǒng)容錯(cuò)錯(cuò)技術(shù)，常常使用雙服服務(wù)器，以以保證在其其中一臺服服務(wù)器出現(xiàn)現(xiàn)故障，甚甚至停止工工作時(shí)，整整個(gè)系統(tǒng)仍仍能照常運(yùn)運(yùn)作。126第一一級級容容錯(cuò)錯(cuò)技技術(shù)術(shù)最早早出出現(xiàn)現(xiàn)、、最最基基本本的的容容錯(cuò)錯(cuò)技技術(shù)術(shù)，，包包括括：：雙份份目目錄錄和和雙雙份份文文件件分分配配表表熱修修復(fù)復(fù)重重定定向向和和寫寫后后讀讀校校驗(yàn)驗(yàn)127雙份份目目錄錄和和雙雙份份文文件件分分配配表表文件件目目錄錄和和文文件件分分配配表表FAT是是文文件件管管理理所所需需的的關(guān)關(guān)鍵鍵數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，可可在在不不同同的的磁磁盤盤上上或或同同一一磁磁盤盤的的不不同同區(qū)區(qū)域域中中，，分分別別建建立立維維護(hù)護(hù)兩兩份份目目錄錄和和FAT。。當(dāng)其其中中一一個(gè)個(gè)目目錄錄或或FAT損損壞壞時(shí)時(shí)，，系系統(tǒng)統(tǒng)便便自自動(dòng)動(dòng)啟啟用用另另一一個(gè)個(gè)目目錄錄和和FAT，，同同時(shí)時(shí)在在磁磁盤盤的的其其它它區(qū)區(qū)域域再再建建立立新新的的文文件件目目錄錄和和FAT。。每當(dāng)當(dāng)系系統(tǒng)統(tǒng)重重新新啟啟動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，都都