OpEratinG-SystEm-PrinCiplEs作业系统原理.ppt

Operating System Principles作業系統原理 Chapter 12 輔助儲存結構 著者 ABRAHAM SILBERSCHATZ Yale University PETER BAER GALVIN Corporate Technologies GREG GAGNE Westminster College 譯者 駱詩軒 駱詩富 鄧俊修 投影片編撰 鄧有光 CHAPTER 12 輔助儲存結構 12.1 大量儲存體結構的概觀 12.2 磁碟結構 12.3 磁碟連結 12.4 磁碟排班 12.5 磁碟管理 12.6 置換空間管理 12.7 RAID結構 12.8 穩定儲存體的製作 12.9 第三儲存體結構 12.1 大量儲存體結構的概觀 12.1.1磁碟 (magnetic disk) 每個磁盤像CD一樣，是一個平坦的圓形。一般磁盤直徑範圍由亞 吋到 5．25吋。磁盤兩面表面上覆蓋磁性物質，我們在磁盤上以磁性錄製方式來儲存訊息。 傳遞速率(transfer rate)為資料在磁碟機與電腦間流動速率。 定位時間(Positioning time)(或稱為隨機存取時間(random-access time)) 包含移動磁臂到所在磁柱所需的時間稱為搜尋時間(seek time)， 以及磁頭轉到所在磁區所需的時間稱為旋轉潛伏期 (rotational latency)。 磁碟機以一組稱為I/O匯流排(bus)的線連接到電腦上。常用幾種匯流排；包含: 加強整合型電子裝置(enhanced integrated drive electronics。EIDE)， 進階技術連接(advanced technology attachment, ATA)，串列進階技術連接 (serial ATA,SATA)， 萬用串列匯流排 (universal serial bus, USB)， 光纖通道(fiber channel, FC)， 和小型電腦系統介面 (SCSI)。 12.1.2 磁帶 (magnetic tape) 早期使用的輔助記憶體，雖然磁帶相對地一成不變而且能儲存大量的資料，但它的存取時間比主記憶體和磁碟來的慢。 除此之外，磁帶隨機存取較磁碟隨機存取慢上千倍，所以磁帶用來當輔助儲存體不是很好用。磁帶主要使用在備份 (儲存不常使用的訊息)以及系統間傳遞資料的媒體。 12.2 磁碟結構 現代的磁碟驅動器，定址成像是一個大型邏輯區段 (logical blocks)的一維陣列，其中的邏輯區段是傳送器的最小單元。雖然有些磁碟可以用低階格式化(low-level formatted)的方式來選擇不同的逞揖區段大小 (例如 1，024位元組)，但是一般的邏輯區段大小為 512位元組。 固定線性速度( linear velocity, CLV) ，每個磁軌的位元密度是相同的。從磁碟的中心來看，較遠的磁軌有較大的長度，所以可以擁有較多的磁區。在最外側區域的磁軌要比在最內側區域磁軌擁有多出40%的磁區數。當磁頭從外側區域移到內側區域時，磁碟會增加其旋轉速度以使得磁頭移過的資料速率保持固定。這種方法被用在CD-ROM和DVD-ROM磁碟機上。 固定角速度(constant angular velocity, CAV)磁碟標的旋轉速度可以保持固定，而從內側軌道到外側軌道時，位元的密度降低以保持資料速率為固定值 ，這種方法被用在硬碟上。 12.3 磁碟連結 12.3.1 主機連結儲存裝置(host-attached storage) 主機連結的儲存裝置是經由區域性I/O埠所存取的儲存裝置。典型的桌上型PC使用稱為IDE或ATA的I/O匯流排架構。最多支援兩台磁碟機。SATA是一種較新類似的協定以簡化的電路相接。高階工作站和伺服器通常使用更複雜的I/O架構，例如SCSI或光織通道(Fiber channel, FC)。 SCSI是一種匯流排架構。它在硬體上的媒體通常是一條有許多接線(一般是50或68)的帶狀電線。SCSI協定最多支援匯流排上有 16個裝置。通常這是由主標上的一片控制卡(SCSI initiator)，和多達15個儲存裝置(SCSI target)所組成。SCSI硬碟是一個典型的SCSI目標(SCSI target)，但是協定在每一個SCSI目標上提供了位址到8個逞輯單元(logic unit)的能力。 FC是一種高速的串列架構。這個架構可以在光纖上操作，或是在4-導體的銅纜。它有兩種變形。一種是有24位元位址空間的大型交換式結構。這種方法被視為未來的主導者，而且是儲存型區域網路(storage-area network, SANs)的基礎。 12