I／O管理与磁盘调度.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 基于频率的替换（续） 第一个版本存在问题： 一个短期内频繁访问的块留在新区内，且count一直是1 转到老区后，这个块将很快被替换掉 * 基于频率的替换（续） 第二个版本： 使用三个区：新区、中间区、老区 块的年龄变化：新区－ 中间区 — 老区 中间区避免新读入的缓存块在第一次出新区域时马上被置换，有一个过渡期 * RAM盘 RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)盘即是用一部分内存模拟的磁盘 具有立即存取的优点，对于频繁读取磁盘的应用程序及文件（如字库文件、图形图像程序文件、字处理程序等），将信息存储在RAM盘上能起到加速工作的效果 例，在config.sys中设置RAM盘： 如：DEVICE=C:\DOS\RAMDRIVE.sys/E1024 为了提高RAM盘使用效率，可以改变一个环境变量TEMP，将它设为RAM的目录 RAM盘存在于内存之中，使用中注意存盘 * 11.8 Unix SVR4 I/O 每个I/O设备关联一个特殊文件(/dev/xxx) 使用普通read/write命令访问设备 设备分为字符设备和块设备两类 I/O类型 有缓冲——系统缓冲区 高速缓存——本质上是一个磁盘高速缓存，与用户进程空间的数据传送通常使用DMA 字符队列——似生产者/消费者模型，字符队列只能被读一次 无缓冲（包括DMA机制）——在I/O模块和进程之间直接传送 进程被锁定在内存而不能换出 I/O设备被进程绑定而不能被其他进程使用 * Unix I/O 为管理缓冲区高速缓存，需维护： 自由列表——高速缓存中所有可用于分配的存储槽（缓冲区，可保存一个磁盘扇区） 设备列表——列出当前与每个磁盘关联的缓冲区 驱动程序I/O队列——正在某个特定设备上进行或等待I/O的缓冲区 * Unix中的设备I/O 设备类型 无缓冲I/O 缓冲区高速缓存 字符队列 磁盘驱动器 √ √ 磁带驱动器 √ √ 终端 √ 通信线路 √ 打印机 √ √ * 11.9 Linux I/O I/O核心机制的实现似Unix SRV4 每个I/O设备关联一个特殊文件 设备分为：块设备、字符设备、网络设备 磁盘调度算法 电梯调度程序（elevator scheduler）——2.4（2001.1.4）默认，排序队列与合并功能 最后期限调度程序（deadline I/O scheduler）——2.6（2003.12.17）新增，使用三个队列 预期I/O调度程序（anticipatory I/O scheduler）——2.6新增，对最后期限调度的补充，在请求被分派前，增加延迟以符合局部性原理 * Linux页面缓存 2.2（1999.1.25）及早期版本 内核维护一个页面缓存，用于普通文件系统中的读写缓存或虚拟内存中的页面缓存 内核还维护了一个单独的缓冲区高速缓存，用于块I/O 2.4及以后版本，页面高速缓存用于所有的磁盘与内存间的数据交换 页面缓存的优势 在需要将修改过的“脏”页面写回磁盘时，可以适当排序脏页面，以提高写回的效率 “脏”页面写回条件 空闲内存低于指定阈值（内核会减少页面缓存） “脏”页面驻留时间高于指定阈值 * 11.10 Windows I/O Windows中I/O管理程序（manager） 负责处理所有系统I/O 并提供（驱动程序调用的）统一接口 基本I/O机制——I/O管理程序与如下4种类型的内核组件紧密协调工作： 高速缓存管理程序 文件系统驱动程序 网络驱动程序 硬件设备驱动程序 * Windows的I/O操作模式 异步操作模式——用于优化应用程序的性能。应用程序可以在启动一个I/O操作后，在I/O请求被执行的同时，继续自己的工作 同步操作模式——应用程序会被阻塞直到I/O操作完成 异步I/O操作对线程调度更有效——在I/O管理程序对I/O操作排队及随后进行处理的同时，允许线程继续执行 Windows中在异步I/O完成时发信号的5种不同技术： 给文件对象发信号（简单，不适合同时多请求） 给事件对象发信号（为每个请求创建一个事件，适合同时多请求） 异步过程调用（Asynchronous Procedure Call，APC。回调） I/O完成端口（线程池，可限定线程数） 轮询（polling，向用户进程内存写入状态和传递数据计数，供进程查询） * 软件RAID Windows支持两类RAID配置 硬件RAID——若干独立的物理磁盘，通过磁盘控制器或磁盘存储柜，组合成逻辑磁盘。冗余信息的创建和重新生成由控制器负责处理 软件RAID——不连续的磁盘空间通过FTD