系统结构-ch6-2013.ppt

6.1? I/O系统的基本原理 6.1.1 组成 误区：使用多进程技术可以忽略I/O性能对系统性  能的影响。 事实： 多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能够减少系统响应时间。 进程切换时可能需要增加I/O操作。 可切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，仍然会导致CPU处于空闲状态。 例1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什么变化？ [解]：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时间为： (1 - 10%)/10 + 10% = 0.19 6.1.2 I/O系统的主要特点 I/O系统的层次结构 6.1.3?I/O系统的三性的实现原理 6.2 I/O系统可靠性、可用性和可信性 反映存储外设可靠性能的参数 可靠性（Reliability） 可用性（Availability） 可信性（Dependability） 与可靠性相关的三个术语 故障（fault） 错误（error） 失效（failure） 1.故障、错误和失效之间的关系 一个故障可能会导致一个或者多个错误； 错误通常具有以下特性： 错误在潜在状态和有效状态间相互转换； 潜在的错误可能通过激活（activate）而有效； 有效错误的影响可以传递，引起新的错误。 如果错误影响到部件正常的服务时，部件就会发生失效 系统中的所有部件的故障、错误和失效均存在这样的关系。 2. 故障的分类 按故障产生的原因分： 硬件故障（Hardware Faults） 设计故障（Design Faults） 操作故障（Operation Faults） 环境故障（Environment Faults） 按故障出现的周期分： 暂时性故障（Temporary Faults） 间歇性故障（Intermittent Faults） 永久性故障（Permanent Faults） 3. 系统可靠性 系统从初始状态开始一直提供服务的能力 用平均无故障时间MTTF来衡量 4. 系统可用性 系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率 （平均失效间隔时间）来衡量 5. 系统可信性 多大程度上可以合理地认为服务是可靠的 可信性的影响因素很多，且难以度量 例：根据如下假设，计算整个系统的MTTF ： 磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘的MTTF为1000000小时； 1个SCSI控制器，其MTTF为500000小时； 1个不间断电源，其MTTF为200000小时； 1个风扇，其MTTF为200000小时； 1根SCSI连线，其MTTF为1000000小时； 每个部件的正常工作时间服从指数分布，即部件的工作时间与故障出现的概率无关 各部件的故障相互独立 解：整个系统的失效率为： 系统的MTTF为系统失效率的倒数，即： 大约为5年。 6. 提高系统可靠性的方法 有效构建方法（valid construction） 纠错方法（error correction） 提高系统可靠性的方法分为: 故障避免技术（Fault Avoidance） 故障容忍技术（Fault Tolerance） 错误消除技术（Error removal） 错误预报技术（Error forecasting） 典型的总线连接 总 线 1. 总线的设计 2. 总线标准和实例: 几种常用并行I/O总线 6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 廉价磁盘冗余阵列 Redundant Array of Inexpensive Disks 独立磁盘冗余阵列 Redundant Array of Independent Disks 简称盘阵列技术。 1988年，Patterson教授首先提出。 优点： 容量大； 速度快；可靠性高；造价低廉。 RAID级别 RAID级别是具有如下共性的不同结构： RAID由一组物理磁盘驱动器组成，操作系统视之为一个逻辑驱动器 数据分布在一组物理磁盘上 冗余信息被存储在冗余磁盘空间中，保证磁盘在万一损坏时可以恢复数据 其中第2、3个特性在不同的RAID级别中的表现不同，RAID0不支持第3个特性。 数据分块，即把数据分布在多个盘上。 非冗余阵列、无冗余信息。 严格地说，它不属于RAID系列。 RAID0中的数据映射 6.4.2 RAID1 亦称镜像盘，使用双备份磁盘。 每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，形成信息的两份复制品。 1. RAID1特点： 读性能好