操作系統(tǒng)第6章(2)xin

1.數(shù)據(jù)的組織和格式

磁盤設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)物理盤片，每個(gè)磁盤片分一個(gè)或兩個(gè)存儲(chǔ)面(Surface)(見圖6-28(a))，每個(gè)盤面上有若干個(gè)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(chǔ)相同數(shù)目的二進(jìn)制位。

6.8磁盤存儲(chǔ)器的性能和調(diào)度圖6-28磁盤的結(jié)構(gòu)和布局2.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(jìn)行并行讀/寫，有效地提高了磁盤的I/O速度。這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上。

2)移動(dòng)頭磁盤每一個(gè)盤面僅配有一個(gè)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(dòng)以進(jìn)行尋道?？梢?，移動(dòng)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。3.磁盤訪問時(shí)間1)尋道時(shí)間Ts這是指把磁臂(磁頭)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s與磁頭移動(dòng)n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和，即Ts=m×n+s其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)，對一般磁盤，m=0.2；對高速磁盤，m≤0.1,磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為2ms。這樣，對一般的溫盤，其尋道時(shí)間將隨尋道距離的增加而增大，大體上是5~30ms。2)旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tτ這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。對于硬盤，典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為5400r/min，每轉(zhuǎn)需時(shí)11.1ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tτ為5.55ms；對于軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300r/min或600r/min，這樣，平均Tτ為50~100ms。3)傳輸時(shí)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(shí)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)：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(dāng)一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時(shí)，Tt與Tτ相同，因此，可將訪問時(shí)間Ta表示為：

磁盤調(diào)度1.先來先服務(wù)FCFS(First-Come,FirstServed)

2.最短尋道時(shí)間優(yōu)先SSTF(ShortestSeekTimeFirst)3.掃描(SCAN)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(jìn)程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。2)SCAN算法4.循環(huán)掃描(CSCAN)算法5.N-Step-SCAN和FSCAN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(dòng)的情況，例如，有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程對某一磁道有較高的訪問頻率，即這個(gè)(些)進(jìn)程反復(fù)請求對某一磁道的I/O操作，從而壟斷了整個(gè)磁盤設(shè)備。我們把這一現(xiàn)象稱為“磁臂粘著”(Armstickiness)。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(duì)列分成若干個(gè)長度為N的子隊(duì)列，磁盤調(diào)度將按FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列。而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按SCAN算法，對一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列。當(dāng)正在處理某子隊(duì)列時(shí)，如果又出現(xiàn)新的磁盤I/O請求，便將新請求進(jìn)程放入其他隊(duì)列，這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。當(dāng)N值取得很大時(shí)，會(huì)使N步掃描法的性能接近于SCAN算法的性能；當(dāng)N=1時(shí)，N步SCAN算法便蛻化為FCFS算法。2)FSCAN算法

FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是N步SCAN算法的簡化，即FSCAN只將磁盤請求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列。一個(gè)是由當(dāng)前所有請求磁盤I/O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，將新出現(xiàn)的所有請求磁盤I/O的進(jìn)程，放入另一個(gè)等待處理的請求隊(duì)列。這樣，所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時(shí)處理。5.6.3磁盤高速緩存(DiskCache)1.磁盤高速緩存的形式

是指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)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(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來作為磁盤高速緩存，其大小是固定的，不會(huì)受應(yīng)用程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池，供請求分頁系統(tǒng)和磁盤I/O時(shí)(作為磁盤高速緩存)共享。此時(shí)高速緩存的大小，顯然不再是固定的。當(dāng)磁盤I/O的頻繁程度較高時(shí)，該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運(yùn)行得較多時(shí)，該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間。2.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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(chǔ)空間到進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)的時(shí)3.置換算法

由于請求調(diào)頁中的聯(lián)想存儲(chǔ)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(jì)其高速緩存的置換算法時(shí)，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(diǎn)：

(1)訪問頻率。

(2)可預(yù)見性。

(3)數(shù)據(jù)的一致性。4.周期性地寫回磁盤

在UNIX系統(tǒng)中專門增設(shè)了一個(gè)修改(update)程序，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SYNC。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塊數(shù)據(jù)寫回磁盤。一般是把兩次調(diào)用SYNC的時(shí)間間隔定為30s。這樣，因系統(tǒng)故障所造成的工作損失不會(huì)超過30s的勞動(dòng)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-throughcache)。MS-DOS所采用的寫回方式，幾乎不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，但須頻繁地啟動(dòng)磁盤。5.6.4提高磁盤I/O速度的其它方法提前讀(Read-Ahead)2.延遲寫3.優(yōu)化物理塊的分布4.虛擬盤5.6.5廉價(jià)磁盤冗余陣列1.并行交叉存取圖5-27磁盤并行交叉存取方式2.RAID的分級RAID0級。(2)RAID1級。(3)RAID3級。(4)RAID5級。(5)RAID6級和RAID7級。3.RAID的優(yōu)點(diǎn)可靠性高。(2)磁盤I/O速度高。(3)性能/價(jià)格比高。1.在一般大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,主機(jī)對外圍設(shè)備的控制可通過通道、控制器和設(shè)備三個(gè)層次來實(shí)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.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。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3.大多數(shù)低速設(shè)備都屬于_________設(shè)備。A.獨(dú)占

B.共享

C.虛擬

D.Spool4.緩沖技術(shù)中的緩沖池在__________中。A.主存

B.外存

C.ROM

D.寄存器5.CPU輸出數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打印機(jī)的打印速度,為了解決這一矛盾,可采用_______。A.并行技術(shù)

B.通道技術(shù)

C.緩沖技術(shù)

D.虛存技術(shù)6.操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的目的是為了增強(qiáng)系統(tǒng)______的能力;為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)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7.如果I/O設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)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B.虛擬設(shè)備是指允許用戶以標(biāo)準(zhǔn)方式來使用物理設(shè)備C.虛擬設(shè)備是指把一個(gè)物理設(shè)備變換成多個(gè)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9.通過硬件和軟件的功能擴(kuò)充,把原來獨(dú)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(chǔ)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(diǎn)的地址11.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(jìn)行的,下面的____不屬于設(shè)備管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。A.JCB

B.DCT

C.COCT

D.CHCT12.______是操作系統(tǒng)中采用的以空間換取時(shí)間的技術(shù)。A.SPOOLING技術(shù)

B.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)

C.覆蓋與交換技術(shù)

D.通道技術(shù)13.操作系統(tǒng)中的SPOOLING技術(shù),實(shí)質(zhì)是將_______轉(zhuǎn)化為共享設(shè)備的技術(shù)。A.虛擬設(shè)備

B.獨(dú)占設(shè)備

C.脫機(jī)設(shè)備

D.塊設(shè)備