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第十一章： I/O 管理系統及硬碟的排程 11.4 I/O 緩衝

第十一章： I/O 管理系統及硬碟的排程 11.4 I/O 緩衝. Figure 11.6 I/O Buffering Schemes (input). 2. 11.5 磁碟排程. 處理器和記憶體的速度和成長遠超過磁碟機。 速度的鴻溝將越來越大，如何對磁碟機做好排程，將是影響系統效能的重點。 磁碟效能參數： 磁碟以相同的速度旋轉； ( 例如： 7200 rpm) (rpm: revolutions per minute, 每分鐘轉次 ) 磁碟讀寫頭移動到磁軌 (track) ：所花時間稱為 seek time 。

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第十一章： I/O 管理系統及硬碟的排程 11.4 I/O 緩衝

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  1. 第十一章：I/O管理系統及硬碟的排程11.4 I/O緩衝

  2. Figure 11.6 I/O Buffering Schemes (input) 2

  3. 11.5 磁碟排程 • 處理器和記憶體的速度和成長遠超過磁碟機。 • 速度的鴻溝將越來越大，如何對磁碟機做好排程，將是影響系統效能的重點。 • 磁碟效能參數： • 磁碟以相同的速度旋轉；(例如：7200 rpm) (rpm: revolutions per minute, 每分鐘轉次) • 磁碟讀寫頭移動到磁軌(track) ：所花時間稱為seek time。 • 磁碟讀寫頭找到該track的sector：所花時間稱為rotation time。 • 讀出該sector資料的時間稱為transfer time。 • 整體時間稱為access time。

  4. Figure 11.7 Timing of a Disk I/O Transfer • T =傳輸時間(transfer time) • b = 需要傳輸的位元組數 • N = 磁軌上的位元組數 • r = 旋轉速度，單位是每秒轉數 T

  5. 磁碟排程的策略 • 先進先出(First-in-first-out, FIFO) • 根據等候的順序服務；對每個process很公平 • 優先等級(Priority) • 與實際磁碟排程的目標有差距，但滿足作業系統對process設定優先等級的目標。 • 短的工作或交談式工作可能有高的優先，也因此得到較好的服務。 • 後進先出(Last-in-First-out, LIFO) • 根據區域性原則，下次下達I/O的要求應該也是在附近。 • 可能造成飢餓。 • 最短服務時間優先(Shortest Service Time First, SSTF) • 選擇離磁頭最近位置的I/O需求，作為下個I/O服務的對象。(降低seek time)

  6. 磁碟排程的策略(續) • SCAN(掃描)： • 往一個方向掃描，遇到所要讀取的資料或要求，便將之完成，直到抵達磁碟的端點。 • 此時，往反方向掃描，重複同樣的動作。 • 缺點：對二個端點不利，必須等掃描回來，花兩倍的時間等待。 • C-SCAN • 掃描方向是同一個方向，抵達磁碟的端點，再回到原來的起點，再次掃描。 • 比較不同磁碟排程演算法 • 假設一磁碟有200 track，對該磁碟的I/O要求的track No.： • 55, 58, 39, 18, 90, 160, 150, 38, 184。

  7. 比較不同磁碟排程演算法 *starting at track 100, in the direction of increasing track number.

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  9. 11.6 RAID (Redundant Array of Independent Disks) • 磁碟陣列(disk array)：把單一磁碟裝置擴充為數個磁碟。 • RAID由Berkeley的研究人員提出。 • 各磁碟可以單獨運作，也可以同時平行的讀取資料。 • 增加資料讀取的分散性，並且一次的讀取時間，就可將所需的資料，讀取完成。 • 工業界已對多磁碟裝置定出了標準，共分0到6層級。共同點： • RAID是一群磁碟陣列所組成，但由作業系統觀之，與單一磁碟機相同。 • 資料分散在磁碟陣列中的每個磁碟上。 • 多餘的磁碟的功能主要包含一些檢查資料，以期在硬碟損毀時，能夠重建資料。 • (等級2和4已經不再販賣，不被業界接受。) • strip(細長條)：可以為block, sector, track, 或任何自訂單位。

  10. Table 11.4 RAID Levels

  11. 重複磁碟數和資料磁碟數的對數(log)成正比 11 Figure 11.9A RAID Levels

  12. 單一parity磁碟，變成效能瓶頸 12

  13. 將parity分散在各磁碟 若使用者需要N個磁碟，RAID 6包含N+2磁碟 13 Figure 11.9B RAID Levels

  14. Figure 11.10 Data Mapping for a RAID Level 0 Array 14

  15. 11.7 磁碟的快取記憶體 • 磁碟的快取：儲存部分磁碟機的內容 • Least Recently Used (LRU)置換取代演算法： • 置換很久沒有使用的區塊。 • 使用堆疊來製作。(目前使用到的，移到堆疊頂端，超出堆疊容量的，即被置換) • Least Frequently Used (LFU)置換取代演算法 • 載入快取記憶體後，每參照一次，計數器值加一。 • 找出參照次數最少的區塊置換。 • 缺點：任何區塊剛載入時，往往有很高的參照次數。 • Frequency-based置換取代演算法 • 利用LRU的堆疊製作。 • 將堆疊分成二區或三區，有不同處理方式。

  16. Middle Section: 累積計次，不會做替換 16 Figure 11.10 Frequency-Based Replacement

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