[精选]操作系统第5章设备管理(3).pptx

4/18/20231第五章第五章第五章第五章 设备管理设备管理设备管理设备管理qI/O系统系统 qI/O控制方式控制方式 q缓冲管理缓冲管理 q设备分配设备分配q设备处理设备处理q磁盘存储器管理磁盘存储器管理4/18/20232磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列现代操作系统的重要任务之一：设法改善磁盘系统的性能现代操作系统的重要任务之一：设法改善磁盘系统的性能4/18/20233磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务v为文件分配存储空间为文件分配存储空间v合合理理地地组组织织文文件件地地存存储储方方式式，以以提提高高磁磁盘盘的的访问速度访问速度v提高磁盘存储空间地利用率提高磁盘存储空间地利用率v提高磁盘提高磁盘I/O速度，改善文件性能速度，改善文件性能v确保文件系统的可靠性备份确保文件系统的可靠性备份4/18/20234磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列4/18/202355.6 磁盘存储器管理磁盘存储器管理5.6.1 磁盘性能简述磁盘性能简述 1.数据的组织和格式数据的组织和格式 图 5-22 磁盘的格式化 磁盘磁盘磁盘磁盘包括一个或多个盘片盘片盘片盘片，每片分2面，每面可分成假设干条磁道磁道磁道磁道，各磁道之间有间隙，每条磁道上可存储相同数目的二进制位，磁盘密度密度密度密度即每英寸之中所存储的位数。显然内层磁道的密度较外层磁道的密度大。4/18/20236磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述盘片盘片扇区扇区磁头磁头磁道磁道4/18/20237磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述4/18/20238磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述4/18/20239磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述4/18/202310磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述4/18/202311磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述4/18/202312磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述q数据的组织和格式数据的组织和格式v盘片盘片1个或多个、盘面、磁道、扇区个或多个、盘面、磁道、扇区v扇区有标识符字段和数据字段扇区有标识符字段和数据字段Gap102031292293Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field Gap Field1774151520IDDataSectorPhysical Sector 0Physical Sector 1Physical Sector 29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes 1211CRC3SynchByteDataCRC15122600 Bytes/SectorGap存储相同数存储相同数目的二进制目的二进制位位间隙间隙定界符定界符段校验段校验4/18/2023132.磁盘的类型磁盘的类型 1 1 固定头磁盘固定头磁盘固定头磁盘固定头磁盘 这种磁盘在每每每每条条条条磁磁磁磁道道道道上上上上都都都都有有有有一一一一读读读读/写写写写磁磁磁磁头头头头，所有的磁头都被装在一刚性磁臂中。通过这些磁头可访问所有各磁道，并进行并并并并行行行行读读读读/写写写写，有效地提提提提高高高高了了了了磁磁磁磁盘盘盘盘的的的的I/OI/O速速速速度度度度。这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘大容量磁盘大容量磁盘大容量磁盘上。2 2 移动头磁盘移动头磁盘移动头磁盘移动头磁盘 每每每每一一一一个个个个盘盘盘盘面面面面仅仅仅仅配配配配有有有有一一一一个个个个磁磁磁磁头头头头，也被装入磁臂中。为能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能移动以进行寻道。可见，移动磁头仅能以串串串串行行行行方方方方式式式式读读读读/写写写写，致使其I/OI/O速速速速度度度度较较较较慢慢慢慢；但由于其结构简单，故仍广泛应用于中小型磁盘中小型磁盘中小型磁盘中小型磁盘设备中。4/18/202314磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述访盘时间组成访盘时间组成 寻道寻道时间时间旋转延旋转延迟时间迟时间传输时传输时间间4/18/202315磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘访问时间磁盘访问时间v寻道时间寻道时间Ts这是指把磁臂磁头移动到指定磁道上这是指把磁臂磁头移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，条磁道所花费的时间之和，即即Ts=mn+sv旋转延迟时间旋转延迟时间T这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。如：间。如：7200r/min 每转每转=60000ms/7200r=8.33ms 平均旋转延迟平均旋转延迟=0+8.33/2=4.16是一常数，是一常数，与磁盘驱动与磁盘驱动器的速度有器的速度有关关一般：一般：0.2高速：高速：=0.1启动磁臂时间启动磁臂时间2ms4/18/202316磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述磁盘性能简述v传输时间传输时间Tt指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。所经历的时间。其大小与每次所读其大小与每次所读/写的写的字节数字节数b和旋转速度有关和旋转速度有关r为磁盘每秒钟的转数；为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上为一条磁道上的字节数的字节数vT和和Tt相同，则访问时间相同，则访问时间=Ts+T+Tt 如如b=N/2，则，则T=1/2r=Tt可见，寻道时间可见，寻道时间TS和旋转和旋转延迟时间延迟时间T基本上都与所基本上都与所读读/写数据的字节数无关，写数据的字节数无关，而且它通常占据了访问时而且它通常占据了访问时间中的大局部间中的大局部目前磁盘的传输速率已到达目前磁盘的传输速率已到达80MB/s以上，数据传输时间所占以上，数据传输时间所占的比例更低。可见，适当地集中数据传输，将有利于提高传输的比例更低。可见，适当地集中数据传输，将有利于提高传输效率效率4/18/2023173.磁盘访问时间磁盘访问时间 寻道时间寻道时间寻道时间寻道时间:20ms:20ms磁盘通道传输速率磁盘通道传输速率磁盘通道传输速率磁盘通道传输速率:1MB/s:1MB/s转速转速转速转速r=3600rpmr=3600rpm每扇区每扇区每扇区每扇区512512字节字节字节字节每磁道每磁道每磁道每磁道32 32 扇区扇区扇区扇区目标：读目标：读目标：读目标：读 128k 128k 数据数据数据数据1.1.寻道时间寻道时间寻道时间寻道时间T TS S：TS=m*n+S；2.2.旋转延时间旋转延时间旋转延时间旋转延时间T Tr r：Tr1/2r3.3.数据传输时间数据传输时间数据传输时间数据传输时间T Tt t：Ttb/rN 访问时间：访问时间：访问时间：访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN60*16k=960k1MB/s60*16k=960k1MB/s顺序组织顺序组织顺序组织顺序组织20208.38.316.716.78.38.316.716.777220220msms随机组织随机组织随机组织随机组织20208.38.30.50.525625673737373msms4/18/202318磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标就是使磁盘的平均寻道时间最少。盘调度的目标就是使磁盘的平均寻道时间最少。4/18/202319磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q先来先效劳先来先效劳FCFSFirst-e,First Servedv根据进程请求访问磁盘根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度的先后次序进行调度v优点：简单、公平，不优点：简单、公平，不会出现请求长期得不到会出现请求长期得不到满足满足v缺点：未优化，平均寻缺点：未优化，平均寻道时间长道时间长平均寻道长度：平均寻道长度：55.31461841123810150701607290211819393584555移动距离移动距离被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道100道开始道开始55、58、39、18、90、160、150、38、1844/18/2023200383955589010015016018418先来先效劳先来先效劳FCFSFirst-e,First Served4/18/202321磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q最短寻道时间优先最短寻道时间优先SSTFShortest Seek Time First v要求访问的磁道与当前要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最磁头所在的磁道距离最近近v优点：使每次寻道时间优点：使每次寻道时间最短最短v缺点：不能保证平均寻缺点：不能保证平均寻道时间最短；可能导致道时间最短；可能导致距离远的进程总也得不距离远的进程总也得不到效劳到效劳平均寻道长度：平均寻道长度：27.524184101601321502018138163935532581090移动距离移动距离被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道100道开始道开始55、58、39、18、90、160、150、38、1844/18/2023220383955589010015016018418最短寻道时间优先最短寻道时间优先STFShortest Seek Time First4/18/202323FCFSFCFS调度算法调度算法调度算法调度算法 SSTF SSTF调度算法调度算法调度算法调度算法100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离5545583391918219072160701501038112184146平均寻道长度：平均寻道长度：55.3100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：平均寻道长度：27.54/18/2023243.扫描扫描SCAN算法算法 1 进程“饥饿现象 SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导致某个进程发生“饥饿Starvation现象。因为只要不断有新进程的请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近，这种新进程的I/O请求必须优先满足。对SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法，即可防止老进程出现“饥饿现象。4/18/202325磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q扫描扫描SCAN算法算法 vSSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，算法虽然能获得较好的寻道性能，但但却可能导致某个进程发生却可能导致某个进程发生“饥饿饥饿Starvation现象现象0501604/18/202326磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q扫描扫描SCAN算法算法v对对SSTF算法略加修改后所形成的算法略加修改后所形成的SCAN算法，算法，即可防止进程出现即可防止进程出现“饥饿现象饥饿现象vSCAN算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动道的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向方向v磁头移动：自里向外磁头移动：自里向外自外向里自外向里v又称为又称为“电梯调度算法电梯调度算法4/18/202327磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q扫描扫描SCAN算法算法v对对SSTF算法略加修改算法略加修改后所形成的后所形成的SCAN算法，算法，即可防止进程出现即可防止进程出现“饥饥饿现象饿现象vSCAN算法不仅考虑欲算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向是磁头当前的移动方向v磁头移动：自里向外磁头移动：自里向外自外向里自外向里v又称为又称为“电梯调度算电梯调度算法法平均寻道长度：平均寻道长度：27.82018138163935532589490241841016050150移动距离移动距离被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道100道开始，增加方向道开始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、1844/18/202328SCANSCAN调度算法调度算法调度算法调度算法 SSTFSSTF调度算法调度算法调度算法调度算法100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：平均寻道长度：27.5100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：平均寻道长度：27.84/18/2023290383955589010015016018418磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度v缺点：缺点：刚移过的刚移过的磁道的等待时间磁道的等待时间长长4/18/202330磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度q循环扫描循环扫描CSCAN算法算法 v规定磁头单向移动规定磁头单向移动v减少刚移过的磁道的等减少刚移过的磁道的等待时间待时间平均寻道长度：平均寻道长度：27.532903581655139203816618241841016050150移动距离移动距离被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道100道开始，增加方向道开始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、1844/18/2023310383955589010015016018418磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度4/18/202332SCANSCAN调度算法调度算法调度算法调度算法 CSCAN CSCAN调度算法调度算法调度算法调度算法100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：平均寻道长度：27.8100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离15050160101842418166382039155165839032平均寻道长度：平均寻道长度：27.54/18/202333SSTFSSTF调度算法调度算法调度算法调度算法 CSCAN CSCAN调度算法调度算法调度算法调度算法100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离15050160101842418166382039155165839032平均寻道长度：平均寻道长度：27.5100道开始道开始被访问的下一个被访问的下一个磁道磁道移动距离移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：平均寻道长度：27.54/18/202334磁盘调度磁盘调度磁盘调度磁盘调度qN-Step-SCAN和和FSCAN调度算法调度算法 vN-Step-SCAN算法算法在在SSTF、SCAN及及CSCAN几种调度算法中，几种调度算法中，都都可能出现磁臂停留在某处不动的情况，称为可能出现磁臂停留在某处不动的情况，称为“磁磁臂粘着臂粘着ArmstickinessN步步SCAN算法是将磁盘请求队列分成假设干个长算法是将磁盘请求队列分成假设干个长度为度为N的子队列，磁盘调度将按的子队列，磁盘调度将按FCFS算法依次处算法依次处理这些子队列。理这些子队列。而每处理一个队列时又是按而每处理一个队列时又是按SCAN算法，对一个队列处理完后，再处理其他队算法，对一个队列处理完后，再处理其他队列列vFSCAN算法算法FSCAN算法是算法是N步步SCAN算法的简化，算法的简化，即其只将即其只将磁盘请求队列分成两个子队列。一是由当前所有磁盘请求队列分成两个子队列。一是由当前所有请求请求I/O的进程形成的队列，由磁盘调度按的进程形成的队列，由磁盘调度按SCAN算法进行处理。在扫描期间，新出现的所有请求算法进行处理。在扫描期间，新出现的所有请求I/O的进程，的进程，则放入另一个等待处理的请求队列则放入另一个等待处理的请求队列当当N值很大时，值很大时，N步扫步扫描性能接近于描性能接近于SCAN性性能；能；N=1，N步扫描步扫描性能便退化为性能便退化为FCFS4/18/202335磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列4/18/202336磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk CacheDisk Cacheq磁盘高速缓存的形式磁盘高速缓存的形式v利用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读利用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息出的一系列盘块中的信息v高速缓存是一组在逻辑上属于磁盘，高速缓存是一组在逻辑上属于磁盘，而物理而物理上是驻留在内存中的盘块上是驻留在内存中的盘块v高速缓存在内存中可分成两种形式高速缓存在内存中可分成两种形式在内存中开辟一个单独的存储空间来作为在内存中开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定的磁盘高速缓存，其大小是固定的把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘供请求分页系统和磁盘I/O时作为磁盘高时作为磁盘高速缓存共享速缓存共享不受应用程序不受应用程序多少的限制多少的限制应用程序多时应用程序多时缓存可能很小缓存可能很小4/18/202337磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk CacheDisk Cacheq数据交付方式数据交付方式v数据交付数据交付Data Delivery是指将磁盘高是指将磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程速缓存中的数据传送给请求者进程v当有进程请求访问某个盘块时，先查看磁盘当有进程请求访问某个盘块时，先查看磁盘高速缓存高速缓存v有两种方式交付数据给请求进程有两种方式交付数据给请求进程数据交付。这是直接将高速缓存中的数据，数据交付。这是直接将高速缓存中的数据，传送到请求者进程的内存工作区中传送到请求者进程的内存工作区中指针交付。只将指向高速缓存中某区域的指针交付。只将指向高速缓存中某区域的指针，交付给请求者进程指针，交付给请求者进程所传送的数据量少，所传送的数据量少，节省了数据从磁盘节省了数据从磁盘高速缓存存储空间高速缓存存储空间到进程的内存工作到进程的内存工作区的时间区的时间4/18/202338磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk CacheDisk Cacheq置换算法置换算法v将磁盘中的盘块写入高速缓存时，会出现因将磁盘中的盘块写入高速缓存时，会出现因为高速缓存中已装满盘块而需要将高速缓存为高速缓存中已装满盘块而需要将高速缓存中的数据先换出的问题，常用算法有中的数据先换出的问题，常用算法有LRU、NRU、LFU等等v除了考虑除了考虑LRU外，还需考虑以下几点外，还需考虑以下几点访问频率访问频率可预见性，如正在写数据的未满盘块可预见性，如正在写数据的未满盘块数据的一致性数据的一致性 内存中已修改数据要写回内存中已修改数据要写回磁盘磁盘可将高速缓存中的所有盘块数据构成一个可将高速缓存中的所有盘块数据构成一个LRU链，将会影链，将会影响到数据一致性的盘块和很久都不可能再用的盘块放在响到数据一致性的盘块和很久都不可能再用的盘块放在LRU链的链头，使其优先被写回磁盘，不久后还要再使用链的链头，使其优先被写回磁盘，不久后还要再使用的盘块放到链尾的盘块放到链尾最近最久未使用算法最近最久未使用算法LRU最近未使用算法最近未使用算法NRU最少使用算法最少使用算法LFU4/18/202339磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk CacheDisk Cacheq周期性写回磁盘周期性写回磁盘v在在LRU算法中，经常被访问的盘块数据可能算法中，经常被访问的盘块数据可能一直保存在高速缓存中，长期不被写回磁盘一直保存在高速缓存中，长期不被写回磁盘v在在UNIX系统中专门增设了一个修改系统中专门增设了一个修改update程序，程序，使之在后台运行，该程序周期性地使之在后台运行，该程序周期性地调用一个系统调用调用一个系统调用SYNC。该调用的主要功。该调用的主要功能是强制性地将所有在高速缓存中已修改的能是强制性地将所有在高速缓存中已修改的盘块数据写回磁盘盘块数据写回磁盘v在在MS-DOS中所采用的方法是：只要高速缓中所采用的方法是：只要高速缓存中的某盘块数据被修改，便立即将它写回存中的某盘块数据被修改，便立即将它写回磁盘，并将这种高速缓存称为磁盘，并将这种高速缓存称为“写穿透、高写穿透、高速缓存速缓存write-through cache4/18/202340磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列4/18/202341提高磁盘提高磁盘提高磁盘提高磁盘I/OI/O速度的其它方法速度的其它方法速度的其它方法速度的其它方法q提前读提前读Read-Aheadv在读当前块的同时，将下一盘块读入缓冲区在读当前块的同时，将下一盘块读入缓冲区q延迟写延迟写v缓冲区中的数据不立即写回磁盘，而挂在队尾缓冲区中的数据不立即写回磁盘，而挂在队尾q优化物理块分布优化物理块分布v使文件的物理块集中，减小磁头移动距离使文件的物理块集中，减小磁头移动距离v分配时以簇假设干个盘块分配时以簇假设干个盘块 为单位为单位v磁盘碎片整理磁盘碎片整理q虚拟盘虚拟盘v利用内存空间仿真磁盘，又称为利用内存空间仿真磁盘，又称为RAM盘盘4/18/202342磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理磁盘存储器管理q磁盘存储器管理的主要任务磁盘存储器管理的主要任务q磁盘性能简述磁盘性能简述q磁盘调度磁盘调度q磁盘高速缓存磁盘高速缓存Disk Cacheq提高磁盘提高磁盘I/O速度的其它方法速度的其它方法q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列4/18/202343廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列q廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列RAIDRedundant Array of Inexpensive Disk，1987年由年由 加州大学提加州大学提出出q过去过去RAID是由许多小的廉价磁盘组成的，可作是由许多小的廉价磁盘组成的，可作为大的昂贵磁盘的有效替代品为大的昂贵磁盘的有效替代品q现在现在RAID的使用主要是因为其高可靠性和高数的使用主要是因为其高可靠性和高数据传输率，而不是经济原因据传输率，而不是经济原因q利用一台磁盘阵列控制器统一管理和控制一组磁利用一台磁盘阵列控制器统一管理和控制一组磁盘驱动器，组成一个可靠的、快速的大容量磁盘盘驱动器，组成一个可靠的、快速的大容量磁盘系统系统4/18/202344廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列q磁盘冗余磁盘冗余改善可靠性改善可靠性v复制每个磁盘，这种技术称为镜像复制每个磁盘，这种技术称为镜像4/18/202345廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列q并行交叉存取并行交叉存取提高数据传输速度提高数据传输速度v将一个盘块中的数据分成假设干个子盘块数将一个盘块中的数据分成假设干个子盘块数据，分别存储在不同磁盘的相同位置上。数据，分别存储在不同磁盘的相同位置上。数据传送时采用并行传输方式据传送时采用并行传输方式v主要目的：通过负载平衡，增加了多个小访问主要目的：通过负载平衡，增加了多个小访问即页访问的吞吐量，降低大访问的响应时间即页访问的吞吐量，降低大访问的响应时间4/18/202346廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列q镜像提高可靠性，但很昂贵，分散提供了高数镜像提高可靠性，但很昂贵，分散提供了高数据传输率，但并未改善可靠性，通过磁盘分散据传输率，但并未改善可靠性，通过磁盘分散和和“奇偶位可以提供多种方案以在低代价下奇偶位可以提供多种方案以在低代价下提供冗余，这些方案有不同的性价折中，可分提供冗余，这些方案有不同的性价折中，可分成不同级别，称为成不同级别，称为RAID级别级别4/18/2023472.RAID的分级的分级Redundant Array of Inexpensive Disk(1)(1)RAID 0RAID 0级。级。级。级。(2)RAID 1级。(3)3 RAID 2级。(4)4 RAID 3级。(5)5 RAID 4级。(6)6 RAID 5级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202348RAID 0 RAID 0 不冗余不冗余4/18/202349RAID 0RAID 04/18/202350RAID 0RAID 0qq不冗余不冗余qq不校验不校验qq分布式存储分布式存储qq低可靠性低可靠性qq低价格低价格qq并行并行 I/O I/O 访问访问4/18/2023512.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)(2)RAID 1RAID 1级。级。级。级。(3)3 RAID 2级。(4)4 RAID 3级。(5)5 RAID 4级。(6)6 RAID 5级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202352RAID 1 RAID 1 镜像镜像qq分布存放分布存放qq镜像冗余镜像冗余qq不校验不校验4/18/202353RAID 1RAID 1qq读性能比读性能比 RAID 0 RAID 0好好 选择寻道时间小的磁盘访问选择寻道时间小的磁盘访问qq写性能比写性能比 RAID 0 RAID 0差差qq存储开销大存储开销大qq可靠性高可靠性高4/18/2023542.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)RAID 1级。(3)(3)3 3 RAID 2 RAID 2级。级。级。级。(4)4 RAID 3级。(5)5 RAID 4级。(6)6 RAID 5级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202355RAID 2 RAID 2 汉明码校验冗余汉明码校验冗余4/18/2023562.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)RAID 1级。(3)3 RAID 2级。(4)(4)4 4 RAID 3 RAID 3级。级。级。级。(5)5 RAID 4级。(6)6 RAID 5级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202357RAID 3RAID 3q用一个校验盘用一个校验盘4/18/2023582.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)RAID 1级。(3)3 RAID 2级。(4)4 RAID 3级。(5)(5)5 5 RAID 4 RAID 4级。级。级。级。(6)6 RAID 5级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202359RAID 4 RAID 4 Block-Level ParityBlock-Level Parity4/18/202360RAID 4RAID 4qq和和RADI3RADI3相比较，相比较，RAID4RAID4基于大的块校验基于大的块校验4/18/2023612.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)RAID 1级。(3)3 RAID 2级。(4)4 RAID 3级。(5)5 RAID 4级。(6)(6)6 6 RAID 5 RAID 5级。级。级。级。(7)7 RAID 6级和RAID 7级。4/18/202362RAID 5RAID 54/18/202363RAID 5RAID 5q解决了解决了RAID4RAID4校验盘不可靠性问题校验盘不可靠性问题4/18/2023642.RAID的分级的分级(1)RAID 0级。(2)RAID 1级。(3)3 RAID 2级。(4)4 RAID 3级。(5)5 RAID 4级。(6)6 RAID 5级。(7)(7)7 7 RAID 6 RAID 6级和级和级和级和RAID 7RAID 7级。级。级。级。4/18/202365廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列qRAID的分级的分级vRAID5将数据和奇偶校验信息分布在所有将数据和奇偶校验信息分布在所有N+1块盘上，块盘上，而不是将数据存在而不是将数据存在N个盘上个盘上具有独立传送功能的磁盘阵列，每个驱动器有各具有独立传送功能的磁盘阵列，每个驱动器有各自独立的数据通路，独立地进行读写自独立的数据通路，独立地进行读写无专门校验盘无专门校验盘vRAID6和和RAID7RAID ，设置了一个专用的、可快速访问的异步，设置了一个专用的、可快速访问的异步校验盘，具有独立的数据访问通路校验盘，具有独立的数据访问通路RAID7是对是对RAID6改进，具有较高的传输速率改进，具有较高的传输速率和优异的性能和优异的性能4/18/202366廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列qRAID的优点的优点v可靠性高可靠性高采用容错技术采用容错技术可实现镜像、双工等冗余方式可实现镜像、双工等冗余方式v磁盘磁盘I/O速度高速度高采用并行交叉存取，提高速度采用并行交叉存取，提高速度v性能性能/价格比高价格比高与其他高性能磁盘系统相比，容量、速度、与其他高性能磁盘系统相比，容量、速度、可靠性高，但价格低可靠性高，但价格低4/18/2023674/18/202368