設備管理培訓教材-資料下載頁

　　

【正文】 副本并返給用戶進程； 否則，系統首先從磁盤上讀入該扇區并在 disk cache中為其建立一個副本，然后將該副本返給用戶進程。 ? 當用戶進程請求向磁盤上 寫出 一個扇區時，系統同樣首先在 disk cache中尋找該扇區的副本 如果能夠找到，那么系統將根據用戶進程的請求修改該扇區的副本； 否則，系統同樣首先從磁盤上讀入該扇區并在 disk cache中為其建立一 個副本，然后根據用戶進程的請求修改該副本。 122 磁盤高速緩存的數據安全性 ? Disk Cache中的數據寫出到磁盤： 1. 在系統空閑或需要淘汰被寫的緩存空間時進行寫。 2. 周期性地進行寫。 3. 立即寫回，稱為“寫穿透高速緩存”，相當于只有讀緩存而沒有寫緩存。 123 磁盤管理的另一個有效方法 ? 高性能的文件系統 —— 磁盤碎片整理，使磁盤文件盡量連續 124 磁盤容錯技術 ? 磁盤中常常存儲著非常重要的數據，例如交易數據、帳目數據、學生成績等。若這些數據出了問題，或者存儲這些數據的磁盤報廢，其后果是非常嚴重的。因此，要求保證磁盤數據的 可靠性 。 ? 磁盤容錯技術通過在系統中設置 冗余部件 來提高系統可靠性。冗余部件包括增加冗余的磁盤驅動器、磁盤控制器等，使得當磁盤系統某部分出現缺陷或故障時，磁盤仍能正常工作，且不至于造成數據的錯誤和丟失。 125 磁盤容錯技術級別 ? 也稱為系統容錯技術 (SFT, System Fault Tolerance)， 大體分為三個級別： 1. SFTI低級磁盤容錯技術 ， 主要防止磁盤表面介質缺陷所引起的數據丟失； 2. SFTII中級磁盤容錯技術 ， 主要防止磁盤驅動器和磁盤控制器故障所引起的數據丟失； 3. SFTIII高級系統容錯技術 ， 常使用雙服務器 ， 以保證在其中一臺服務器出現故障 ， 甚至停止工作時 ， 整個系統仍能照常運作 。 126 第一級容錯技術 ? 最早出現、最基本的容錯技術，包括： 1. 雙份目錄和雙份文件分配表 2. 熱修復重定向和寫后讀校驗 127 雙份目錄和雙份文件分配表 ? 文件目錄和文件分配表 FAT是文件管理所需的關鍵數據結構，可在不同的磁盤上或同一磁盤的不同區域中，分別建立維護兩份目錄和 FAT。 ? 當其中一個目錄或 FAT損壞時，系統便自動啟用另一個目錄和 FAT，同時在磁盤的其它區域再建立新的文件目錄和 FAT。 ? 每當系統重新啟動時，都要對這兩份目錄和 FAT進行檢查，以保證它們的一致性。 128 熱修復重定向和寫后讀校驗 ? 熱修復重定向 是指 ， 系統將一定的磁盤容量作為熱修復重定向區 ， 用于存放當發現磁盤塊有缺陷時的待寫數據 ， 并對寫入該區的所有數據進行登記 ， 以便于以后對此數據進行訪問 。 ? 寫后讀校驗 是指 ， 每次將數據寫到磁盤以后 ， 立即從磁盤上讀出該塊數據 ， 并進行對比 。 若寫入的數據與讀出的數據一致 ， 則表示寫入成功；否則 ， 重寫數據 。 若重寫后兩者仍不一致 ， 則認為該磁盤塊有缺陷 ， 便將該塊標識為壞塊 ， 相應數據寫入熱修復重定向區中 。 129 第二級容錯技術 SFTII ? 用于防止磁盤驅動器或磁盤控制器發生故障 。 包括： 1. 磁盤鏡像 2. 磁盤雙工 130 磁盤鏡像 ? 在同一磁盤控制器上 ， 連接兩個完全相同的磁盤驅動器 ， 如圖 。 同一數據被先后寫到兩個驅動器上 。 主 機 磁盤控制器 通道 磁盤驅動器 131 磁盤雙工 ? 將兩臺完全相同的磁盤驅動器連接到兩個磁盤控制器上，如圖。數據被同時寫到兩個磁盤上。 主 機 通道 磁盤驅動器 磁盤控制器 磁盤控制器 通道 132 磁盤雙工 vs. 磁盤鏡像 ? 磁盤雙工的成本較高 。 ? 可靠性更高 。 ? 對兩個磁盤的寫入是 并行 進行，速度較快 。 ? 在某些實現中讀數據時，還可使用分離查找技術，從響應快的通道上取得數據，加快讀取速度。 133 RAID技術 ? RAID(Redundant Array of Independent/ Inexpensive Disks)：獨立或廉價磁盤冗余陣列，其中， ? “獨立”是目前通用的一個行業術語，強調RAID陣列的重要性和可靠性； ? “廉價”是較早使用的一個術語，重在強調RAID磁盤陣列中采用的相對較小的、價格較便宜的磁盤。 134 RAID技術 ? RAID磁盤陣列技術能以較低的成本，提供大容量、快速、安全可靠的磁盤存儲系統。 ? 從容錯的角度講， RAID技術應屬第二級容錯技術，但其內涵遠遠不止容錯。 135 RAID的構成 ? 一組可以并行工作的磁盤所構成的磁盤陣列 ? 在磁盤子系統中執行的或者在主機系統中執行的磁盤陣列管理軟件 。 — 磁盤陣列管理軟件把邏輯上連續的一組數據交叉分布存儲在磁盤陣列中的各個磁盤上 ，如圖 136 物理磁盤0 條帶 15 條帶 14 條帶 13 條帶 12 條帶 11 條帶 10 條帶 9 條帶 8 條帶 7 條帶 6 條帶 5 條帶 4 條帶 3 條帶 2 條帶 1 條帶 0 條帶 12 條帶 8 條帶 4 條帶 0 條帶 13 條帶 9 條帶 5 條帶 1 條帶 14 條帶 10 條帶 6 條帶 2 條帶 15 條帶 11 條帶 7 條帶 3 物理磁盤1 物理磁盤2 物理磁盤3 邏輯磁盤 磁盤陣列 管理軟件 137 ? 這種技術通常被稱為磁盤條帶化 (Disk Striping) ? 其好處是數據可以被并行讀出 ， 給主機的感覺是磁盤快了許多倍 。 138 條帶 Strip的粒度 ? 條帶可以是細粒度的（如一個字節或字）， 也可以是粗粒度的（如一個扇區或多個扇區）。 ? 若采用細粒度條帶，幾乎每個存取請求都會導致同時存取 RAID中的所有磁盤，使得無法同時響應多個存取請求。 因此，細粒度的條帶只利于對單個存取請求進行并行處理 ? 若采用粗粒度條帶，不會使每個存取請求都同時存取 RAID中的所有磁盤；但，多個獨立的存取請求通常會導致同時存取 RAID中的所有磁盤。 顯然，粗粒度的條帶只利于對多個獨立的存取請求進行并行處理 139 ? 磁盤陣列管理軟件在存儲數據的同時還將存儲相關的校驗信息； ? 使得當磁盤陣列中的某個磁盤發生故障時 ，磁盤陣列管理軟件可以恢復存儲在該磁盤上的數據 。 140 ? 如果磁盤陣列管理軟件在主機系統中執行 ， 則屬 軟件 實現的 RAID；如果磁盤陣列管理軟件在磁盤子系統中執行 ， 則屬 硬件 實現的 RAID， 相應的硬件稱為RAID控制器或 RAID卡 。 ? 采用 RAID控制器方案的成本較高 ， 但其效率高 ， 不增加主機負擔 。 此類 RAID技術對主機完全透明 ， 在主機看來 ， RAID就是一個容量大 、 速度快 、 可靠性高的磁盤 。 141 RAID的常見組織形式（ 6種） ? RAID Level 0 ? RAID Level 1 ? RAID Level 2 ? RAID Level 3 ? RAID Level 4 ? RAID Level 5 ? 還可對基本 RAID級別進行組合 142 RAID0 ? 僅使用了條帶化技術 ? 不存儲數據的校驗信息 ? 能提供大容量 、 快速的磁盤存儲能力 ， ? 具備最好的讀 /寫性能和最低的成本 ? 磁盤容量的利用率為 100% ? 但其安全性最低 ， 其中任何一個磁盤損壞便會導致整個系統不可使用 。 143 RAID1 ? 僅使用了磁盤鏡像或磁盤雙工技術 ? 能提供最好的安全性 ， 其中任何一個磁盤損壞都不會導致數據丟失 ? 但磁盤容量的利用率只有 50%， 成本較高； ? 對磁盤的讀 /寫性能沒有提高 。 144 RAID3 ? 同時使用了磁盤條帶化技術 (細粒度 ， 條帶大小為一個字節或一個字 )和奇偶校驗容錯技術 ， 如圖所示 。 145 P(03) 字節 0 字節 1 字節 2 字節 3 146 RAID3 ? 假定磁盤陣列中有 N個磁盤 ， 則 RAID3將數據條帶化到其中 N1個磁盤上 ， 使用一個磁盤專門存儲 N1個磁盤的奇偶校驗數據 。 ? 因此 ， N個磁盤中任意損壞一個 ， 都不會導致數據的丟失 。 ? RAID3的優點是有較快的速度和較高的安全性 ， 磁盤空間的利用率為 (N1)/N， 成本相對 RAID1較低 。 147 RAID5 ? 與 RAID3類似 ， 主要區別是： 1. RAID3使用一個磁盤專門存儲奇偶校驗數據 ， 對于每一個寫操作 (可能僅是一個條帶 )， 均要寫奇偶校驗磁盤 。 不但奇偶校驗磁盤的負擔較重 、 容易損壞 ， 而且多個獨立的寫操作不能并行進行 。 2. RAID5使用粗粒度的條帶 ， 將奇偶校驗數據分布到每一個磁盤中 ， 沒有專門的奇偶校驗盤 ， 因而克服了 RAID3的缺點 。 當然 ， RAID5比 RAID3稍復雜 。如圖： 148 P(1619) 塊 12 塊 8 塊 4 塊 0 塊 16 P(1215) 塊 9 塊 5 塊 1 塊 17 塊 13 P(811) 塊 6 塊 2 塊 18 塊 14 塊 10 P(47) 塊 3 塊 19 塊 15 塊 11 塊 7 P(03) 149 小結 ? 設備管理功能 ? 常用設備分配技術 ? I/O緩沖技術 ? 磁盤工作原理 ? 磁盤調度算法 ? 磁盤陣列 RAID技術 150 小結 （續） ? 設備 、 通道 、 控制器與主機間的連接方式通常是多對多的關系； ? 在主機的角度看 ， 所有設備都連接在 I/O總線上 ，它們通過 I/O指令和某個 I/O端口地址 、 中斷 、 通道 、控制器等與主機交流 ， 主機看不到這些設備具體細節 。 即插即用技術解決了設備間 I/O端口地址 、 中斷等的沖突 ， 方便了用戶在計算機系統中安裝外部設備； ? 對設備的具體操作都由設備驅動程序完成 。 151 小結 （續） ? 為了便于使用 ， 設備管理程序為用戶提供的是邏輯設備 ， 而邏輯設備到物理設備的映射和轉換由設備管理程序完成； ? 為了實現對設備的管理 ， 操作系統需要設立多種表格 ， 詳細記錄設備的分配和使用情況； ? 從資源管理的角度講 ， 設備可以分為獨占型設備和共享型設備兩大類 。 152 小結 （續） ? 緩沖區技術 、 虛擬設備技術 、 磁盤調度策略等等 。 ? 操作系統中與磁盤管理相關的技術包括磁盤三維地址到一維地址的轉換 、 磁盤碎片的整理 、 磁盤高速緩存 、 磁盤調度策略 、 磁盤系統容錯 、 RAID技術等 。 153 演講完畢，謝謝觀看！