输入输出系统.pptVIP

第6章 输入输出系统 6.1 概述 I/O指处理器和存储器以外的部件 Disk,tape,LAN,WAN等 过去的状况 性能在人们心目中不是很关心 特点：外部的，非优先的，不常用的，慢速的 例外情况：swap区 结论：不重视I/O性能 目前 新的应用不断出现，特别是多媒体应用 I/O设备种类繁多 网络技术，通信技术的发展 结果：系统总线的性能直接关系到系统整体性能 不同机器配置构成是不同的 即使是PC也略有不同（价格，功耗） 系统性能和CPU性能 性能指标 吞吐率 响应时间 当任务都在memory中时，主要关注CPU性能 当任务很大或任务访问的数据很大时，并分布在多个文件时，如OLTP,数据库应用等，I/O性能十分重要 影响系统性能的因素 CPU, Compiler, OS, Cache, Main Memory Memory－I/O bus I/O控制器或I/O通道 I/O驱动程序和中断处理程序 I/O设备 自动化程度，内部缓冲大小，设备控制参数对响应时间和吞吐率的影响 I/O系统性能参数 连接特性：哪些I/0设备可以和计算机系统连接 I/O系统的容量：I/O系统容纳的I/O设备数 衡量I/O系统性能的另一种方法 考虑I/O操作对CPU的打扰情况：即考察某个进程执行时，由于其他进程的I/O操作，使得该进程的执行时间增加了多少 典型的系统 关键是系统性能的平衡 Amdahl定律 I/O操作与CPU执行重叠 TimeWorkload = Timecpu + TimeI/O – Timeoverlap 响应时间与吞吐率的关系 I/O系统的可靠性、可用性和可信性 系统的可靠性（reliability） 指系统从某个初始参考点开始一直连续提供服务的能力 通常用平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure)来度量 系统中断服务的时间用平均修复时间MTTR（Mean Time To Repair)来度量 系统失效率： MTTF的倒数 如果系统中每个模块的生存期服从指数分布，则系统整体失效率是各部件的失效率之和 系统的可用性（availability） 指系统正常工作的时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率 可用性 = MTTF / (MTTF + MTTR) 平均故障间隔时间MTBF = MTTF + MTTR 系统的可信性（dependability） 指服务质量，即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的 可信性 与可靠性和可用性不同，它是不可度量的 例题 假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下： （1）磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘的MTTF 为1000000个小时 （2）1个SCSI控制器，其MTTF为500000小时 （3）1个不间断电源，其MTTF为200000小时 （4）1个风扇，其MTTF为200000小时 （5）1根SCSI连线，其MTTF为1000000小时 假定每个部件的生存期服从指数分布，同时假定各部件的故障是相互独立的，求整个系统的MTTF。 I/O系统设计需考虑的主要问题 I/O设备的类型 Size, Bandwidth, 传送方式 使用频度 延迟还是立即进行 存储器和I/O总线 设备控制器是如何工作的 一些典型的I/O设备 6.2 存储设备的种类 磁盘设备 磁盘 半导体盘 盘阵列 磁带设备 光盘设备 Disk Figure of Merit: Areal Density Bits recorded along a track Metric is Bits Per Inch (BPI) Number of tracks per surface Metric is Tracks Per Inch (TPI) Disk designs brag about bit density per unit area Metric is Bits Per Square Inch: Areal Density = BPI x TPI 磁盘－磁盘结构 磁盘－磁盘性能（1/3) 访问磁盘时间 为: 排队时间＋寻道时间＋旋转时间＋传输时间＋控制器开销 寻道时间 若要读写扇区，磁盘控制器首先发出命令，将磁头移动到包含有所需数据的磁道上，这个过程称为“寻道”，所需要的时间叫做“寻道时间”。 最小寻道时间，最大寻道时间（实际测量） 平均寻道时间（统计结果） 旋转时间 所需扇区转到磁头下所需要的时间。大部分磁盘的转速在3600 rpm 到 12000rpm。平均延迟是磁盘旋转半圈的时间。即 TAR = 0.5r /转速 磁盘－磁盘性能（2/3) 传输时间:指在磁头下传输一个数据块所花费的时间。与传输时间对应的重要I/O参数为数据传输率。现在磁盘驱动器上都有用半导体存储器