计算机系统结构第6讲输入输出系统.ppt

I/O性能评测 I/O子系统的设计 在设计I/O子系统时，必须综合考虑各种设计目标：性能、成本、可扩展性等。性能和成本是考虑的主要因素。测量性能的指标是每秒传送的兆字节数或每秒I/O操作数，取决于应用的要求。对于高性能的系统，主要是设法提高I/O设备的速度、数据传送的速度等。对于低成本系统，则着重考虑成本。 I/O性能评测 并行I/O基本原理 在串行I/O无法满足性能需求的情况，通过多个I/O通道并行访问多个磁盘的方法就成了很自然的想法，即并行I/O技术 I/O性能评测 排队论简介 基于I/O事件的可能性特征以及I/O资源的共享性，我们可以给出一系列 的简单法则来计算整个I/O系统的响应时间和吞吐率。这部分的研究称为排队论（queuing theory）。 把I/O系统视为黑盒 到达 离开 I/O性能评测 Little定律 系统平均任务数＝到达速率×平均响应时间 I/O性能评测 I/O性能评测 独立磁盘冗余阵列RAID RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列 冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出 RAID的采用为存储系统带来巨大利益，其中提高传输速率和提供容错功能是最大的优点 独立磁盘冗余阵列RAID RAID的关键技术是对多台磁盘机进行数据的同步控制 冗余纠错与容错能力对提高磁盘系统的平均无故障时间非常重要 RAID的一个主要措施是建立起热备份（hot spare）的冗余磁盘 从RAID 0到RAID 6这7种基本的RAID级别。不同RAID级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本 独立磁盘冗余阵列RAID RAID系统分级 RAID 0：非冗余的磁盘阵列 RAID 0 把数据经过条带化均布在多个磁盘上，允许并发读/写操作。 独立磁盘冗余阵列RAID RAID l：镜像磁盘冗余阵列 独立磁盘冗余阵列RAID RAID 2：采用汉明码纠错冗余的磁盘阵列 它将数据按位交叉，分别写入不同的磁盘中，成倍地提高了数据传输速率。阵列中专门设置了几个磁盘存放汉明码纠错信息，访问时进行按位的出错校验。它比镜像磁盘阵列的冗余度小，但增加了汉明码的编码和解码开销，一般适合大量顺序数据访问。 RAID 3：采用奇偶校验冗余的磁盘阵列 RAID 3 存在的最大一个不足是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈。对于那些经常需要执行大量写入操作的应用来说，校验盘的负载将会很大，无法满足程序的运行速度，从而导致整个RAID 系统性能的下降。因此，RAID 3 更适合于那些写操作较少、读操作较多的应用环境，例如数据库和Web 服务器等。 独立磁盘冗余阵列RAID 独立磁盘冗余阵列RAID RAID 4：独立传送磁盘阵列 与 RAID 3 不同之处是它将数据按块而不是按位交叉存储在多个磁盘上，且校验数据以块为单位存放在一个校验盘上。 RAID 5：另一种独立传送磁盘阵列 与RAID 4 不同的是，奇偶校验信息本身被拆分并依次存储在每个盘上，避免了把所有奇偶信息存储在一个独立的奇偶盘上而导致的瓶颈。 独立磁盘冗余阵列RAID 独立磁盘冗余阵列RAID RAID 6：高效容错的磁盘阵列 采用两级数据冗余和新的数据编码以解决数据恢复问题，其最大特点是能实现两个磁盘容错，即有两个磁盘出故障时仍能正常工作。 独立磁盘冗余阵列RAID 还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID l0、RAID 0l、RAID 50 RAID l0是先组织成镜像备份的RAID l，再将两个RAID l组织成扩展容量的RAID 0。RAID 01则先组织成RAID 0，再组成RAID l。 独立磁盘冗余阵列RAID 独立磁盘冗余阵列RAID RAID 各级别的比较 软件学院——王雁东 * 计算机系统结构-王雁东 计算机系统结构 第六章 输入输出系统 输入输出系统概述 输入/输出系统是计算机系统中最具多样性和复杂性的部分 。 输入/输出系统的复杂性一般隐藏在操作系统之中。 输入/输出系统的特点集中反映在异步性、实时性和与设备无关性上。 输入输出系统概述 异步性 数据缓冲 数据传输匹配 实时性 处理机必须实时地按照不同设备所要求的传送方式和传送速率为输入/输出设备服务 与设备无关性 为了能够适应各种外设的要求，需要制定统一的独立于具体设备的接口标准，包括物理接口和软件接口，使得应用程序可以依据这一接口访问或支持各种I/O设备。 输入输出系统概述 解决I/O 系统的异步性、实时性及与设