《操作系统》课件第6章 设备管理.pptVIP

二、双缓冲 可以实现用户数据区—缓冲区之间交换数据和缓冲区—外设之间交换数据并行。 三、循环缓冲 引入系统缓冲池，采用有限缓冲区的生产者/消费者模型对缓冲池中的缓冲区进行循环使用。 缓冲区结合预读和滞后写技术对具有重复性及阵发性I/O进程提高I/O性能很有帮助。 6．3存储设备 6.3.1.常见存储外设 磁盘 数据组织 (一个磁盘有多个盘面组成，盘面有同心圆磁道组成，磁道有扇区组成，扇区为基本传输单位） 物理特性 （单磁头，多磁头） 存取装置 主轴 动臂 盘片 柱面 磁道 读写头 多磁头活动头盘示意图 光学存储设备 CD-ROM CD-R,CD-RW DVD等 Flash Memory 没有机械运动，但是数据块写入数据前需要擦除，擦除次数有限。 6.3.2 .磁盘调度 磁盘地址：柱面号+盘面号+扇区号，当前给操作系统一个线性编址。 读写一次磁盘信息所需的时间可分解为：寻找时间、延迟时间、传输时间 为提高磁盘传输效率，磁盘驱动软件应着重考虑减少寻找时间和延迟时间 一、减少寻找时间的方法 减少寻找时间是提高磁盘传输效率的关键。因为“寻找时间”是机械运动时间，在毫秒时间量级。 操作系统磁盘驱动程序可以通过合理调度多道进程对磁盘的访问请求顺序，达到减少磁头移动，缩短磁盘平均服务时间的目的。 调度策略： FCFS（First Come First Served） SSTF（Shortest Seek Time First）：响应距当前磁头最短请求，可能造成变向运动 SCAN调度(电梯方式双向调度法）：兼顾请求次序和磁头运动 C-SCAN调度（一个方向响应请求）：请求按照磁道次序排队，易于实现 LOOK调度、 C-LOOK调度：是scan和c-scan的改进，无需移动磁头到物理边界。 当前发展：请求排入队列时按照磁盘线性地址大小排序。 二、减少延迟时间的方法 一般常将盘面扇区交替编号，磁盘迭中不同盘面错开命名。 这样保证按照序号读写扇区时，当某扇区传输完成中断处理过后，磁头刚好落在下一要读扇区前。 0 4 1 5 7 3 6 2 7 0 4 1 3 6 2 5 3 7 0 4 6 2 5 1 6 3 7 0 2 5 1 4 盘面0 盘面1 盘面2 盘面3 6.3.3.盘阵与逻辑卷 通过冗余提高可靠性 ：如建立镜像盘。 通过并行性提高性能 ：如将原来在一个物理盘连续的数据分条分布到多盘，即交叉编址。 a a’ a’为a的备份 abcdefghijklmnopqrst aeimq bfjnr cgkos dhlpt 将数据分布到多个盘中 RAID级别 RAID级别0：指用到块级条带化的磁盘阵列。 RAID级别1：指磁盘镜像。 (a)RAID 0: 无冗余条带化 (b)RAID1: 镜像磁盘 镜像 RAID级别0+1：是指RAID级别0和1的结合。RAID0 提供性能，RAID1提供可靠性。一般来说，它提供比RAID5更好的性能。它通常用于性能和可靠性都很重要的环境中。 RAID级别1+0：其中磁盘被镜像成对，然后最后所得到的镜像对被条带化。这种RAID比起RAID0+1有理论上的优势。例如，如果在RAID0+1中单独一个磁盘失效，其他盘上的对应条带都不可访问。对于RAID1+0中的一块磁盘失效，这块单独的磁盘不可用，但它的镜像盘仍然可用。 RAID级别0、1、2、3、4、5、6可以由硬件提供，许多功能也可以由操作系统逻辑卷驱动来实现。 逻辑卷 逻辑卷由驱动软件实现，如Linux的LVM。可以实现镜像卷、条带化卷、线性组合卷、快照卷等各种复杂逻辑卷。 内容回顾： I/O层次结构 用户层 设备无关层 驱动层 缓冲技术 外存设备 常见外存 磁盘及磁盘请求调度 盘阵与逻辑卷 * * 第十四讲 设备控制原理、设备使用方法 目的与要求：理解I/O控制的原理、可以编写用户态程序直接用设备。 重点与难点：三种不同的I/O控制方式；三种不同的设备使用方法。 作业：第六章习题 2，3，4，5 第六章 设备管理 6.1 I/O硬件概念 1.常见外部设备的分类 分类 传统人机交互设备(字符设备,通常发送接收以字符方式) 存储类型设备(块设备,读写以数据块方式） 网络通讯的设备 差别 设备功能、控制方式、数据传输单位差异 设备驱动接口、使用接口不同 2.设备控制器（I/O部件） I/O设备通常包含机械部件和电子部件，电子部件被称作I/O部件或设备控制器。 操作系统与设备控制器打交道，由控制器控制设备本身。 随着I/O部件能力的强化（I/O指令功能强化），才将CPU逐渐从与外设的交互细节中解放出来。