文章目錄

• • 第八章 磁盤存儲器管理
  • • 8.1 外存的組織方式
    • • 8.1.1 連續(xù)組織方式
      • 8.1.2 鏈接組織方式
      • 8.1.3 FAT技術(shù)
      • 8.1.4 NTFS的文件組織方式
      • 8.1.5 索引組織方式
    • 8.2 文件存儲空間的管理
    • • 8.2.1 空閑表法和空閑鏈表法
      • 8.2.2 位示圖法
      • 8.2.3 成組鏈接法
    • 8.3 提高I/O速度的途徑
    • • 8.3.1 磁盤高速緩存
      • 8.3.2 提高磁盤I/O速度的其他方法
      • 8.3.3 廉價磁盤冗余陣列(RAID)
    • 8.4 提高磁盤速度的可靠性技術(shù)
    • • 8.4.1 第一級容錯技術(shù) STF-I
      • 8.4.2 第二級容錯技術(shù) STF-II
      • 8.4.3 基于集群技術(shù)的容錯功能
      • 8.4.4 后備系統(tǒng)
    • 8.5 數(shù)據(jù)一致性控制
    • • 8.5.1 事務
      • 8.5.2 檢查點
      • 8.5.3 并發(fā)控制
      • 8.5.4 重復數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性問題

公司主營業(yè)務：做網(wǎng)站、網(wǎng)站建設、移動網(wǎng)站開發(fā)等業(yè)務。幫助企業(yè)客戶真正實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)宣傳，提高企業(yè)的競爭能力。成都創(chuàng)新互聯(lián)公司是一支青春激揚、勤奮敬業(yè)、活力青春激揚、勤奮敬業(yè)、活力澎湃、和諧高效的團隊。公司秉承以“開放、自由、嚴謹、自律”為核心的企業(yè)文化，感謝他們對我們的高要求，感謝他們從不同領(lǐng)域給我們帶來的挑戰(zhàn)，讓我們激情的團隊有機會用頭腦與智慧不斷的給客戶帶來驚喜。成都創(chuàng)新互聯(lián)公司推出鹿泉免費做網(wǎng)站回饋大家。第八章 磁盤存儲器管理

主要任務：

有效利用存儲空間，提高磁盤的I/O速度，提高磁盤系統(tǒng)的可靠性

8.1 外存的組織方式

如何為一個文件分配磁盤空間，磁盤最小空間是盤塊(扇區(qū))，即文件的盤塊是如何組織的

• 連續(xù)組織方式
• 鏈接組織方式
• 索引組織方式

8.1.1 連續(xù)組織方式

為每個文件分配一組相鄰的連續(xù)盤塊

目錄上：存放每個文件名，開始盤塊號，長度

優(yōu)點:順序訪問容易，訪問速度快；

缺點:

• 要求連續(xù)的分配空間
• 事先必須知道文件長度
• 不適合動態(tài)增長
• 不能靈活增加和刪除

8.1.2 鏈接組織方式

每個文件分配的盤塊是可以離散的

• 鏈接方式

  ①隱式鏈接

  目錄上:存放每個文件名，開始盤塊號，截至盤塊號

  隱式:盤塊上有指向下一盤塊的指針

  ②顯式鏈接

  目錄上:存放每個文件名，開始盤塊號

  顯式:用一個FAT文件分配表記錄記錄所有的物理塊號，以及每一個物理盤塊鏈接的下一個盤塊

8.1.3 FAT技術(shù)

利用顯式鏈接的組織方式組織文件系統(tǒng)

• FAT代數(shù)

  以簇為單位分配和回收的基本單位，一簇是一組鄰接的盤塊

  所支持的文件系統(tǒng)容量大小=一簇的大小 * 2的FAT位數(shù)的次方 * 分區(qū)數(shù)

以簇為單位的好處

能適應磁盤容量不斷增大的情況，還可以減少FAT表中的項數(shù)，使FAT表占用更少的存儲空間，并減少訪問FAT表的存取開銷

從FAT12->FAT16->FAT32

FAT表項有限制，最多允許4096個，隨著磁盤容量的增加，必然會引起簇內(nèi)碎片和簇的大小增加

FAT16表的長度只有65356項，隨著磁盤容量的增加，簇的大小也必然會隨之增加，為了減少簇內(nèi)碎片，也就應當增加FAT表的長度，為此需要再增加FAT表的寬度，這樣也就由FAT16演變?yōu)镕AT32。

FAT32 是FAT系列文件系統(tǒng)最后產(chǎn)物，F(xiàn)AT32每個簇固定4KB，每簇8個盤塊，F(xiàn)AT32可以管理大磁盤空間大到2TB。

FAT32不向下兼容，運行速度比FAT16慢，有最小管理空間限制，F(xiàn)AT32卷至少有65537個簇

8.1.4 NTFS的文件組織方式

NTFS(New Technology File System)是一個專門為Windows NT開發(fā)的、全新的文件系統(tǒng)，并適用于Windows 2000/XP及后續(xù)的Windows OS。

• 磁盤組織

  NTFS是以簇作為磁盤空間分配和回收的基本單位的。

  一個文件占用若干個簇，一個簇只屬于一個文件

  這樣，在為文件分配磁盤空間時，就無須知道盤塊的大小，只要根據(jù)不同的磁盤容量，選擇相應大小的簇，即使NTFS具有了與磁盤物理塊大小無關(guān)的獨立性。

• 文件組織

  在NTFS中，以卷為單位，將一個卷中的所有文件信息、目錄信息以及可用的未分配空間信息，都以文件記錄的方式記錄在一張主控文件表MFT(Master File Table)中。

  該表是NTFS卷結(jié)構(gòu)的中心，從邏輯上講，卷中的每個文件作為一條記錄，在MFT表中占有一行，其中還包括MFT自己的這一行。每行大小固定為1 B，每行稱為該行所對應文件的元數(shù)據(jù)(metadata)，也稱為文件控制字。

特征:64位磁盤地址，具有數(shù)據(jù)一致性檢查等功能

8.1.5 索引組織方式

鏈接組織方式解決了連續(xù)組織的問題(不便于隨機訪問)，出現(xiàn)新問題:

• 不支持高效直接存取
• FAT需占用較大的內(nèi)存空間，盤塊號隨機分布在FAT中，查找一個文件所有盤塊號，需將整個FAT放入內(nèi)存空間

• 所以我們只需將打開文件的盤塊號調(diào)入內(nèi)存，沒必要將整個FAT調(diào)入內(nèi)存

  為每個文件分配一個索引表

  索引表都分配在一個盤塊中，稱為索引盤塊

  目錄上:保存每個文件的文件名和索引盤塊號

優(yōu)點:大大加快了大型文件的查找速度

缺點:小型文件多,那個索引盤塊就多，且索引盤塊利用率不高

單級索引組織方式

圖1 單級索引組織方式

多級索引組織方式

在為一個大文件分配磁盤空間時，如果所分配出去的盤塊的盤塊號已經(jīng)裝滿一個索引塊時，OS須再為該文件分配另一個索引塊，用于將以后繼續(xù)為之分配的盤塊號記錄于其中。依此類推，再通過鏈指針將各索引塊按序鏈接起來。

圖2 二級索引分配

增量式索引方式

混合式的，大，中，小文件都能照顧到

8.2 文件存儲空間的管理

對文件存儲空間的管理：主要是哪些盤塊已被使用，哪些未被使用，其次還要提供分配和回收操作

8.2.1 空閑表法和空閑鏈表法

空閑表法(連續(xù))

記錄連續(xù)的空閑盤塊的第一盤塊號與空閑盤塊數(shù)

• 分配與回收:每次分配都可以采用FCFS等分配一個連續(xù)的空閑盤塊

優(yōu)點:較高分配速度，減少磁盤I/O頻率

缺點:分配空間必須是連續(xù)的

空閑鏈表法(離散)

空閑盤塊拉成一個空閑盤塊鏈

• 分配與回收:離散分配盤塊

優(yōu)點:分配和回收過程非常簡單

缺點:分配盤塊，可能要重復操作多次，分配和回收效率低

8.2.2 位示圖法

利用二進制1或0表示是否使用，所有盤塊對應的位構(gòu)成一個集合

• 分配與回收:查找狀態(tài)位空閑的未分配盤塊，轉(zhuǎn)換出對應盤塊的物理地址，修改位示圖

8.2.3 成組鏈接法

UNIX采用將空閑表和空閑鏈表法結(jié)合起來的方式

8.3 提高I/O速度的途徑

高速緩存，提前讀，延遲寫，優(yōu)化物理塊分布，虛擬盤，廉價磁盤冗余陣列

8.3.1 磁盤高速緩存

在內(nèi)存中為磁盤盤塊，指定一個緩沖區(qū)，緩沖區(qū)里保存的是某些盤塊副本

1. 如何將磁盤高速緩存的數(shù)據(jù)傳輸給請求進程？

   ① 數(shù)據(jù)交付:把數(shù)據(jù)交付給該請求進程的內(nèi)存工作區(qū)中

   ②指針交付:將指向該緩沖數(shù)據(jù)的指針交付給請求進程

2. 采取什么置換策略？

   使用置換算法考慮因素:訪問頻率，可預見性，數(shù)據(jù)的一致性

3. 已修改的數(shù)據(jù)如何從緩沖重新寫入磁盤？

   周期性寫回磁盤

8.3.2 提高磁盤I/O速度的其他方法

• 提前讀 適合順序文件，提前將下一個盤塊的數(shù)據(jù)存到內(nèi)存中
• 延遲寫 數(shù)據(jù)并不立即寫入磁盤，而是掛在緩沖區(qū)，減少磁頭的移動
• 優(yōu)化物理塊的分布 盤塊分配盡量在一起，減少磁頭移動
• 虛擬盤 利用內(nèi)存區(qū)仿真磁盤

8.3.3 廉價磁盤冗余陣列(RAID)

• RAID0 (并行交叉存取)

  每個盤塊數(shù)據(jù)分為若干子盤塊，把每個子盤塊數(shù)據(jù)存儲到不同磁盤的相同位置，將整個盤塊數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存時，采用并行傳輸方式，將各個子盤塊數(shù)據(jù)同時向內(nèi)存?zhèn)鬏?/p>

  RAID1(磁盤鏡像功能)

  RAID2(并行傳輸功能)

  RAID5(具有獨立傳送功能)

• 優(yōu)點: 并行傳輸提高I/O速度，(除RAID0)有備份可靠性高，利用小磁盤組成價格優(yōu)惠

8.4 提高磁盤速度的可靠性技術(shù) 8.4.1 第一級容錯技術(shù) STF-I

低級磁盤

作用:

防止磁盤因表面缺陷而造成數(shù)據(jù)丟失

措施:

雙份目錄和雙份文件分配表(備份)

熱修復重定向和寫后讀校驗

8.4.2 第二級容錯技術(shù) STF-II

中級磁盤

作用

防止磁盤驅(qū)動器和磁盤控制器故障所導致系統(tǒng)不能正常工作

措施:

磁盤鏡像:在同一個磁盤控制器下再建立一個完全相同的磁盤驅(qū)動器(備份)

磁盤雙工:在主機下再增設一個相同磁盤控制器(備份)

8.4.3 基于集群技術(shù)的容錯功能

集群:多主機組成的一個統(tǒng)一的計算機系統(tǒng)

措施

雙機熱設備模式:一臺主機工作，一臺主機備份

雙機互為備份模式:雙機同時工作，各自工作各自任務，每個服務器都配有兩個磁盤，一個用于使用，一個用于接受對方備份數(shù)據(jù)

公用磁盤:雙機模式共有一個磁盤，一個磁盤分為兩個卷來使用

8.4.4 后備系統(tǒng)

防止自然因素破壞

• 磁盤帶
• 硬盤
• 光盤驅(qū)動器
  • 只讀光盤驅(qū)動器:CD-ROM和DVD-ROM
  • 可讀可寫光盤驅(qū)動器（刻錄機）:CD-RW,COMBO刻錄機，DVD刻錄機

8.5 數(shù)據(jù)一致性控制

數(shù)據(jù)一致性：數(shù)據(jù)在不同文件下，在任何時候都是相同的

8.5.1 事務

事務是用于訪問和修改各種數(shù)據(jù)項的一個程序單位。 可被看作一系列讀和寫的操作

• 操作

托付操作:指事務對所有文件的讀，寫操作全部完成

關(guān)系操作:指事務對多個文件的任何一個操作失敗都會導致夭折

• 屬性

對一批數(shù)據(jù)進行修改，要么全部完成，要么一個也不修改

• 借助:事務記錄

事務記錄是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠記錄事務運行時的數(shù)據(jù)項修改的全部信息

• 事務的恢復算法

①undo:事務記錄只有開始操作，沒有托付操作，就將所有數(shù)據(jù)還原

②redo:事務有開始和托付操作:就將所有數(shù)據(jù)更新

8.5.2 檢查點

記錄事務隨著時間的增加，記錄的數(shù)據(jù)會越來越多

完成事務表的清理工作

• 在發(fā)生故障后，并不需要對所有事務表中的索引記錄事務進行處理，只需要對最后一個檢查點之后的記錄事務進行處理

8.5.3 并發(fā)控制

各個事務執(zhí)行是順序的，只有一個事務執(zhí)行后，才允許另外一個事務開始執(zhí)行，如何保證順序性

并發(fā)控制:

• 利用互斥鎖:只有獲得對象的互斥鎖才能對對象進行操作(效率不高)
• 共享文件只允許一個事務去寫，卻允許多個文件去讀；引入共享鎖
• 區(qū)別:互斥鎖一個只允許一個事務讀寫，共享鎖允許多個事務讀，但不可寫

信號量機制

8.5.4 重復數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性問題

1. 重復文件一致性

   對于UNIX文件目錄，其每個目錄項中含有一個ASCII碼的文件名和一個索引結(jié)點號，后者指向一個索引結(jié)點。
   當有重復文件，一個目錄項由一個文件名和若干索引結(jié)點號組成，索引結(jié)點號對應各自索引結(jié)點

2. 鏈接數(shù)一致性

   在UNIX的文件目錄中，其每個目錄項內(nèi)都含有一個索引結(jié)點號，用于指向該文件的索引結(jié)點。

---

• 參考：計算機操作系統(tǒng)（第四版）（湯小丹)

你是否還在尋找穩(wěn)定的海外服務器提供商？創(chuàng)新互聯(lián)www.cdcxhl.cn海外機房具備T級流量清洗系統(tǒng)配攻擊溯源，準確流量調(diào)度確保服務器高可用性，企業(yè)級服務器適合批量采購，新人活動首月15元起，快前往官網(wǎng)查看詳情吧

當前標題：第八章磁盤存儲器管理(湯小丹版操作系統(tǒng)筆記)超全超詳細！?。?創(chuàng)新互聯(lián)
URL網(wǎng)址：http://jinyejixie.com/article44/dijoee.html

成都網(wǎng)站建設公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供App設計、品牌網(wǎng)站設計、網(wǎng)頁設計公司、網(wǎng)站改版、網(wǎng)站維護、標簽優(yōu)化

廣告

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請盡快告知，我們將會在第一時間刪除。文章觀點不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時需注明來源： 創(chuàng)新互聯(lián)