ch缓冲技术驱动调度技术设备分配虚拟设

5.4缓冲技术

5.4.1单缓冲5.4.2双缓冲5.4.3多缓冲5.4缓冲技术(1)

引入缓冲技术的目的•改善中央处理器与外围设备之间速度不配的矛盾，•协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致，•提高CPU和I/O设备的并行性。缓冲技术(2)

缓冲技术实现基本思想进程执行写操作输出数据时，向系统申请一个缓冲区，若为顺序写请求，则不断把数据填到缓冲区，直到被装满。此后，进程继续它的计算，系统将缓冲区内容写到I/O设备上。进程执行操作输入数据时，向系统申请一个缓冲区，系统将一个物理记录的内容读到缓冲区，根据进程要求，把当前需要的逻辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。在输出数据时，只有在系统还来不及腾空缓冲而进程又要写数据时，它才需要等待；在输入数据时，仅当缓冲区空而进程又要从中读取数据时，它才被迫等待。

5.4.1单缓冲

对于块设备,单缓冲机制如下工作：数据处理过程数据处理时间约为max[C，T]+M，

进程系统设备

TMC5.4.2双缓冲(1)

输入数据时，首先填满缓冲区1,操作系统可从缓冲区1把数据送到用户进程区,用户进程便可对数据进行加工计算;与此同时，输入设备填充缓冲区2当缓冲区1空出后，输入设备再次向缓冲区1输入。操作系统又可把缓冲区2的数据传送到用户进程区,用户进程开始加工缓冲2的数据。双缓冲(2)

传输和处理一块的时间(1)如果C<T，由于M远小于T，在将磁盘上的一块数据传送到缓冲区其间，计算机已完成将另一个缓冲区中的数据传送到用户区并对这块数据进行计算的工作，一块数据的传输和处理时间为T、即max(C,T)，显然，这种情况下可保证块设备连续工作；双缓冲(3)

传输和处理一块的时间(2)如果C>T，当上一块数据计算完毕后，需把一个缓冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块数据进行计算，花费时间为C，所以，一块数据的传输和处理时间为C+M、即max(C,T)+M，这种情况下进程不必要等待I/O。双缓冲(4)

进程系统设备

(1)C<T，M<<Tmax(C,T)=T，保证设备连续工作。(2)C>T,M<<Tmax(C,T)+M=C+M，保证进程不等I/O。CMT5.4.3多缓冲(1)

操作系统从主存区域中分配一组缓冲区组成循环缓冲，每个缓冲区的大小等于物理记录的大小。多缓冲的缓冲区是系统的公共资源，可供各个进程共享，并由系统统一分配和管理。缓冲区可用途分为：输入缓冲区，处理缓冲区和输出缓冲区。5.5驱动调度技术(1)

5.5.1存储设备的物理结构5.5.2循环排序5.5.3优化分布5.5.4搜查定位5.5.5独立磁盘冗余阵列5.5.6提高磁盘I/O速度的一些方法

驱动调度技术(2)

驱动调度和驱动调度算法。驱动调度能减少为若干个I/O请求服务所需的总时间，提高系统效率、除了I/O请求的优化排序外，信息在辅助存储器上的排列方式，存储空间分配方法都能影响存取访问速度。5.5.1存储设备的物理结构(1)

顺序存取存储设备是严格依赖信息的物理位置进行定位和读写的存储设备具有存储容量大、稳定可靠、卷可装卸和便于保存等优点■始点块1间隙块2间隙块3间隙块i间隙块i+1■末点…………磁头(正走,反走,正读,反读,正写,反写,倒带)存储设备的物理结构(2)

直接存取存储设备磁盘是一种直接(随机)存取存储设备。每个物理记录有确定的位置和唯一的地址，存取任何一个物理块所需的时间几乎不依赖于此信息的位置。访问磁盘记录参数：柱面号、磁头号、块号5.5.2循环排序(1)

考虑磁道保存4个记录的旋转型设备，假定收到四个I/O请求。请求次序记录号（1）读记录4（2）读记录3（3）读记录2（4）读记录11234循环排序(2)

多种I/O请求排序方法

•方法1：按照I/O请求次序读记录4、3、2、1，平均用1/2周定位，再加上1/4周读出记录，总处理时间等于3周，即60毫秒。

•方法2：如果次序为读记录1、2、3、4。总处理时间等于1.5周，即30毫秒。

•方法3：如果知道当前读位置是记录3，则采用次序为读记录4、1、2、3。总处理时间等于１周，即20毫秒。5.5.3优化分布(1)

考虑10个逻辑记录A，B……，J被存于旋转型设备上，每道存放10个记录，安排如下：

物理块逻辑纪录1-10A-J(ABCDE…..)处理10个记录的总时间10毫秒(移动到记录A的平均时间)+2毫秒(读记录A)+4毫秒(处理记录A)+9×[16毫秒(访问下一记录)+2毫秒(读记录)+4毫秒(处理记录)]＝214毫秒

优化分布(2)

按照下面方式对信息优化分布

物理块逻辑纪录1A2H3E4B5I6F7C8J9G10D优化分布(3)

处理10个记录的总时间为

10毫秒(移动到记录A的平均时间)+10×[2毫秒（读记录）×4毫秒（处理记录）]=70毫秒5.5.4交替地址

每个记录重复记录在设备的多个区域，读相同的数据，有几个交替地址，也称为多重副本或折迭。成功与否取决于下列因素：数据记录总是读出使用，不需修改写入；数据记录占用的存储空间总量不太大；数据使用极为频繁。5.5.5搜查定位(1)

移臂调度有若干策略(1)“电梯调度”算法(2)“最短查找时间优先”算法(3)“扫描”算法(4)“分步扫描”算法(5)“单向扫描”算法

搜查定迫位(2耍)“电梯剑调度”兴算法电梯调度算法有等待请求?结束请求与当前柱面相同?处理有最近块号的请求启动CC是向里或向外移?是否否向外向里有比当前柱面小的请求?改变移动方向A有比当前柱面大的请求?改变移动方向否否处理大于当前柱面号请求中柱面号最小的请求处理小于当前柱面号请求中的柱面号最大的请求移动磁头到指定柱面，登记当前位置启动CBBA搜查定严位(4所)“最短杨查找时痰间优先艰”算法本算法考旧虑了各个窗请求之间扭的区别，来总是先执垄行查找时笔间最短的星那个磁盘远请求，从外而，较“蹈先来先服检务”算法皱有较好的盯寻道性能蛮。搜查定位婶(5)“扫描状”算法磁盘臂每喝次沿一个庄方向移动继，扫过所凑有柱面，假遇到最近姥的I/O住请求便进斯行处理，捡直到最后萌一个柱面岔后，再向谅相反方向塔移动回来党。搜查定位锣(6)“分步扫壳描”算统法将I/第O请求密分成组序，每组条不超过雷N个请惯求，每荣次选一咱个组进效行扫描钟，处理店完一组草后再选蹈下一组幸。搜查定狸位(7翻)“循环扫俘描”算法移动臂雁总从0血号柱面孤至最大溜号柱面疑顺序扫俗描，然得后，直咳接返回另0号柱萝面重复昆进行，直归途中流不再服遭务，构菌成了一能个循环痛。5.5灭.6辜独立磁避盘冗余骡阵列(怜1)独立磁盘乖冗余阵列凡是利用一缓台磁盘阵彻列控制器砖统一管理累和控制一纵组磁盘驱哥动器,组阅成一个速被度快、弟可靠性高迫、性能价婆格比好的酸大容量磁姓盘系统。RAID锅填补CP搬U速度快怨与磁盘设绳备速度慢铺之间的间绸隙,其策那略是:独立磁盘夏冗余阵列牌(2)RAI虏D共同特蛙性①RA猎ID是戒一组物赛理磁盘抗驱动器假，可被援操作系呈统看作熔是单一子逻辑磁物盘驱动虚器;②数据被胞分布存储饭在阵列横速跨的物理齿驱动器上亮;③冗余磁山盘的作用好是保存奇喂偶校验信要息，当磁却盘出现失执误时它能炸确保数据辈的恢复。独立磁滨盘冗余团阵列(否3)Strip0Strip4Strip8Strip12Strip1Strip5Strip9Strip13Strip10Strip3Strip7Strip15Strip10Strip11Strip2Strip6Strip14Strip10RAI凝DL哈eve匀l0扒(1)Strip0Strip4Strip8Strip12Strip1Strip5Strip9Strip13Strip10Strip3Strip7Strip15Strip10Strip11Strip2Strip6Strip14Strip10DatamappingforaRAIDLevel0ArrayStrip0Strip1Strip2Strip3Strip4Strip5Strip6Strip7Strip8...ArrayManagementsoftware独立磁盘评冗余阵列芽(4)RAI烧Dl仿eve康l0壳(2)RAID烫Lev竭el1徒(Mi换rror爱ed)Strip0Strip4Strip8Strip12Strip1Strip5Strip9Strip13Strip3Strip7Strip15Strip11Strip2Strip6Strip14Strip10Strip0Strip4Strip8Strip12Strip1Strip5Strip9Strip13Strip3Strip7Strip15Strip11Strip2Strip6Strip14Strip10独立磁盘灰冗余阵列哨(5)RAI岭Dl丢eve悬l1b0b1b2b3f0(b)f1(b)f2(b)RAIDLevel2(RedundancythroughHammingCode)独立磁鲁盘冗余私阵列(飞6)RAI枝Dl洒eve陡l2b0b1b2b3P(b)RAIDLevel3(BitinterleavedParity)独立磁坛盘冗余怠阵列(欧7)RAI捎Dl锦eve挽l3block0block4block8block12block1block5block9block13block3block7block15block11block2block6block14block10P(0-3)P(4-7)90P(8-11)P(12-15)RAIDLevel4(BlocklevelParity)独立磁打盘冗余茫阵列(赢8)RAI映Dl殃eve室l4独立磁狡盘冗余巷阵列(她9)RAID信lev圣el5block0block4block8block12block1block5block9P(12-15)block3P(4-7)block14block10block2block6block13P(8-11)P(0-3)block7Block11Block15block0block4block8block12RAI年DL西eve照l5童(B满loc朗kl果eve叨lD绣ist姨rib涂ute突dp岛ari谢ty)5.5激.6提临高磁盘饮I/O伐速度的列方法提前读逃延迟写遇虚拟盘UNIX搜/Lin额ux提供辈两种读盘护和三种写春盘方式：正常读额-把磁键盘块信哗息块读费入主存忆缓冲区掠；提前读-涨读磁盘当取前块时，捕下一磁盘奋块也读入返主存缓冲虾区；正常写竹-把主请存缓冲需区中的咐信息写绞到磁盘夫块，且梅写进程酒应等待慌写操作苗完成；异步写-寺写进程无辈需等待写线盘结束就济可返回工泉作；延迟写睬-仅在菜缓冲区姑首部设吊置延迟老写标志除，然后惹，释放献此缓冲蚀区，并阀把该缓收冲区链顶入空闲思缓冲区递链表的叶尾部，巷当其他但进程申嚷请到该榴缓冲区拴时，才苏真正把返缓冲区矛信息写杰回磁盘攀块。5.6皇设备佳分配5.6孙.1犬设备独立立性5.6半.2皂设备分哥配和设挂备分配钟数据结顶构5.6.匪1设备黑独立性通常用户榜不指定特闭定的设备独，而指定例逻辑设备梳，使得用蛋户作业和拳物理设备笋独立开来缴，再通过酱其它途径新建立逻辑胖设备和物衔理设备之狐间的对应蛾关系，称讲这种特性恨为“设备同独立性”友。设备独立璃性带来的渐好处用户与物池理的外围林设备无关击，系统增采减或变更衔外围设备耕时程序不塘必修改；隐易于对付抄输入输出眯设备的故部障。5.6.市2设备出分配(1伏)从设备的珠特性来看愉，可以把佛设备分成依独占设备闷、共享设总备和虚拟嫩设备三类馆：相应的壮管理和岩分配外逮围设备烤的技术户可分成劣：独占槽方式、豆共享方巴式和虚摧拟方式脂。常用的收I/O迹设备分简配算法先请求先芬服务，优肺先级高者鞭先服务等顺。此外，微在多进程天请求I/锤O设备分技配时，应阶防止因循绳环等待对诱方所占用凳的设备而爸产生死锁泪，应预先朵进行性检罚查。设备分偏配(2略)I/O设很备分配的滑实现(1加)设备分励配的数敬据结构做：设备贤类表和浓设备表横。系统中拥研有一张设煮备类表，截每类设备畅对应于表汉中一栏，早包括内容被有：设备渣类、总台杏数、空闲吊台数和设料备表起始舒地址等。每一类侧设备都药有各自昨的设备凳表，用洗来登记跟这类设肯备中每驾一台设家备的状存态，包高含的内匀容有：疮物理设附备名、赌逻辑设漆备名、阻占有设警备的进鞭程号、萌已分配悬/未分拉配、好古/坏等诵。设备分配枕(3)I/O校设备分柿配的实粱现(2守)采用通绞道结构兵的系统药中，设赶备分配积的数据呈结构设歉置：系格统设备姓表、通策道控制占表、控腰制器控瞎制表和格设备控尿制表。系统建电立一张怀系统设蚂备表，煮记录配掏置在系再统中的燥所有物伏理设备旅的情况然。每个通辅道、控泳制器、妻设备各亿设置一缓张表，店记录各章自的地御址(标榆识符)均、状态些(忙/茂闲)、洗等待获绑得此部堵件的进霜程队列授指针、英及一次音分配后妥相互勾批链的指典针，以学备分配渠和执行葵I/O伏时使用伐。5.7萄虚拟设备5.7携.1迹问题的逝提出5.7姿.2蚊SPO畏OLI愁NG的导设计和罢实现5.7.阵3SP罗OOLI谅NG应用故例子5.7贷.1问题的提锁出静态分配尿方式是不秩利于提高毒系统效率采用脱铺机外围胶设备操丹作（S殃POO珍LIN主G）联机同时誉外围设备炊操作(又范称作假脱略机操作)5.7练.2供斯普林彩系统的难设计和更实现(箱1)“井”是值用作缓冲需的存储区锁域，采用雅井的技术圾能调节供揭求之间的裹矛盾，消磁除人工干糖预带来的塘损失。“预输入尽程序”“缓输出僚程序”“井管水理程序席”预输入程序作业1信息…作业n信息输入井作业1结果…作业n结果输出井缓输出程序井管理程序运行作业输入设备输出设备作业调度程序斯普林系拣统的设计挽和实现(捏2)SPOO遮LING塌组成和结吃构斯普林猎系统的超设计和慎实现(汉3)输入井却中作业偶状态•输入状吗态：作业信息拣正在从输谢入设备上则预输入；•收容收态糊：作业预输旁入结束，解但未被选属中执行；•执行状态描：正在执糊行，可举读数据转也可以启写数据左；•完成状态详：作业已禾经撤离哲，结果惯等待输蜡出。斯普林系扛统的设计桑和实现(亦4)SPOO娘LING我数据结构•作病业表耻登言记进入氧系统的湖所有作巴业的作贝业名、压状态、吧预输入枝表位置炕等信息仪。预输入表始每个俘用户作业映有一张用阀来登记该急作业的各密个文件的宣情况，包卷括设备类捞、信息长规度及存放挠位置等。缓输出驴表给每个用冲户作业桃拥有一爆张包括艰作业名枣、作业舒状态、湿文件名鼻、设备匪类、数缩慧据起始情位置、旅数据当刺前位置煮等。斯普林系猫统的设计垫和实现(劝5)井文件蛋空间的枪管理(牺1)第一种是掉链接方式剑，输入的烟信息被组待织成链接蹲文件，这荐种方式的你优点是数咸据信息可厉以不连续宗存放，文信件空间利所用率高。斯普林系情统的设计营和实现(浓6)井文件空盲间的管理智(2)第二种盗是计算知方式，泻假定磁捉盘井文孟件空间暂，每个例磁道存倘放10做0个8施0字节绿记录，磨每张卡服片为8瓦0个字拘节，若售每个柱僵面有2踩0个磁毕道，则葡一个柱会面可存拥放20胃00张残卡片信酒息。第因n张卡横片信息命被存放佛在：磁道号＝爪卡片号n顺/10然0记录号＝鱼（卡片号杠n）mo仆d100用卡片支号n除棵以10青0的整臭数和余冻数部分秒分别为枣其存放爪的磁道售号和记误录号。斯普林侦系统的篮设计和例实现(牧7)Spoo打ling挪应用例子(1)打隔印机sp待ooli练ng守护些进程(2)将网络通潮信sp能ool恶ing置守护进问程9、静夜四送无邻，荒帮居旧业贫旋。。4月-愁234月-2硬3Tue云sda计y,乓Apr蜘il度25,摄20按2310、雨中三黄叶树瘦，灯下脊白头人业。。23:分48:橡0823:幅48:戒0823:章484/25贴/202张311通:48:乳08P断M11、以我者独沈久改，愧君姐相见频揉。。4月-止2323:幻玉48:绝0823:付48Apr舞-2325-A举pr-2柔312、故人江慕海别，几上度隔山川娱。。23:4馅8:0823:扩48:柔0823:销48Tues端day,格Apr袖il2交5,2男02313、乍见翻恶疑梦，相阴悲各问年钱。。4月-2签34月-慈2323:4款8:0823:4黑8:08Apr螺il悄25,叹20债2314、他乡生治白发，旧缩慧国见青山极。。25滋四月碧202注311:明48:畅08钳下午23:4朋8:084月-2刑315、比不了木得就不比拣，得不到刘的就不要身。。。四月2亚311:4属8下午4月-2祖323:4看8Apr贸il坏25,粱20现2316、行动出讲成果，工瓣作出财富桥。。2023欲/4/2夫523棒:48:曲0823:4豪8:0825A下pril狮202凑317、做前，四能够环视坏四周；做挠时，你只殖能或者最聪好沿着以狂脚为起点筋的射线向词前。。11:4靠8:08闯下午11:4逐8下午23:4绪8:084月-2每39、没有失先败，只有桶暂时停止牢成功！。4月-闻234月-2打3Tue蜂sda岁y,烫Apr狂il肯25,黎20途2310、很多绣事情努犁力了未惕必有结慨果，但荐是不努烫力却什耀么改变首也没有注。。23:刘48:饼0823:走48:顾0823:4择84/2疗5/2副023干11在:48闷:08午PM11、成功就裁是日复一咳日那一点斩点小小努订力的积累亏。。4月-脱2323:4习8:0823:涂48Apr新-2325-A厦pr-2例312、世间女成事，边不求其魄绝对圆捉满，留兆一份不柴足，可费得无限境完美。胸。23:摇48:懒0823:4拥8:0823:歇48Tues晴day,纵Apr羡il2袭5,2杨02313、不知此香积寺尸，数里俯入云峰链。。4月-2立34月-船2323:绢48:辩0823:4眼8:08Apr忠il孟25,援20暑2314、意志登坚强的恨人能把验世界放宪在手中释像泥块铜一样任刺意揉捏腰。25四游月20唇2311:4怕8:08扎下午23:踩48:锯084月-鼠2315、楚塞三番湘接，荆周门九派通防。。。四月2寺311:第48企下午4月-解2323:瞧48Apri香l25典,20淹2316、少年屯十五二肤十时，抢步行夺位得胡马溉骑。。2023瞎/4/2剥523铲:48:谅0823:羞48:肺0825响Apr赚il找202