作業系統7-3常見儲存裝置管理範例

1. 7-3 常見儲存裝置管理範例
指導老師 : 林芳苓老師
學生 :D1024241002 游翔雯
D1024241026 陳 萱
D1024241053 廖健翔
D1024242003 鍾慧鈴

2. 大綱
 磁碟
 排程
 FCFS 先到先做
 優先模式
 SSTF 最短搜尋時間優先法
 SCAN 電梯演算法
 LOOK 演算法

3. 磁碟
磁 就好像是一個龐大的邏輯區塊陣列，每個邏輯區塊可能對碟
應一或多個磁區決定硬 存取效能的因素碟 :
1. 搜尋時間 (seek time)
2. 旋轉延遲 (rotational latency)
3. 傳輸時間 (transfer time)

4. 排程
磁 讀寫頭的移動，對資料的存取時間影響碟
很大，因此，當系統同時收到多個 I/O 請求
的時候，因進行適當的排程，減少讀寫頭的
移動距離。

5. FCFS 先到先做
依序將磁碟 I/O 請求佇列中的請求取出
優點：做法公平，不會發生飢餓現象。
缺點：因分屬不同的行程，會隨機分散在各
個磁軌，讀寫頭會經常需要移動，因此會得
到很差的存取效能。

6. 優先模式
排程的重點是要符合作業系統的其他目
標，例如提供互動式任務較短的回應時
間。比較長的批次工作通常就會分配到
較低的優先權。

7. SSTF 最短搜尋時間優先
法 以磁頭目前的位置為基礎，選取目標位於距離最近
之磁柱的 I/O 請求，以減少讀寫頭的搜尋時間，但
如果 I/O 請求所需的磁軌距離其他請求都很遠，且
系統中又不斷有比較近的磁軌需求產生，此時可能
會發生飢餓現象。

8. SCAN 電梯演算法
讀寫頭在磁 最內側與最外側磁柱間來回移動，並且在移動的過碟
程中，依序執行對所經磁軌的 I/O 請求。除非不斷發生對特定磁
軌的 I/O 請求，否則不會發生飢餓現象。
還有一種方式是在讀寫頭抵達一側之後，就立刻把它拉回另一側
，從新進行存取，這種做法就稱為 C-SCAN(Circular SCAN) 排程
法。

9. LOOK 演算法
完成目前掃描方向最遠的 I/O 請求之後就回頭
。
另外 C-LOOK 它會單向移動到最遠的磁軌請求
之後，就回到距離開頭最近的下一個磁軌請求
。

10. 課堂練習
假設磁 驅動器具有碟 4000 個磁住，編號從 0 到 3999 ，
現今磁頭正在服務磁柱 25 的要求，而前一次的要求是磁柱
105 。如果佇列中未服務的要求以 FCFS 的次序排列如下：
10 、 1500 、 950 、 175
由目前的讀寫頭位置開始，對於下列的每一種磁 排程演碟
算法，它的磁 臂的移動方式與總移動距離（以磁柱數為單碟
位）是多少？
SSTF
SCAN
C-SCAN
LOOK
C-LOOK

11. 練習解答
 SSTF ： 1505
25  10  175  950  1500
 SCAN ： 1525
25  10  0  175  950  1500
 C-SCAN ： 7848
25  10  0  3999  1500  950  175
 LOOK ： 1505
25  10  175  950  1500
 C-LOOK ： 2830
25  10  1500  950  175

12. RAID
是將數個磁 串接在一起，將並行處理的觀念應用在碟 I/O
上，以改善儲存裝置的效能與可靠度。
鏡像 : 是 RAID 技術的一種，是應用在確保整顆磁 的資碟
料都不要有遺失，好處是每次讀取動作能 存取到的資夠
料是原本的兩倍。
資料切條 : 是為了分散資料所使用的技術。
資料條 : 將大磁 的虛擬磁 資料加以切割，然後平均分碟 碟
配給多個實體磁 儲存，所切割出來的邏輯單位。碟

13. RAID 的 I/O 平行運算效能
 RAID 利用資料切條的技術，大幅提升 I/O 平行處理的能力
，其次，即使傳輸路徑的頻 大，寬夠 RAID 的資料傳輸效果
還受到 I/O 請求的資料分布影響。

14. RAID 架構比較
RAID 等級 資料條單位 描述 適合的應用
0 邏輯區塊 沒有資料重複，無復原能力。 資料重要性較低，但需要高
I/O 效能的應用1 邏輯區塊 鏡像，成本高，效率高，磁 故障碟
時可迅速切換並繼續運作。
非常重要的 案，如磁 系統檔 碟
區 或 需 要 暖 備 援 (warm
stand-by) 的場合。2 位元 平行存取，漢明碼檢 ，成本高。查 目前未使用
3 位元 平行存取，同位碼檢 。查 大量資料傳輸需求的應用，如
影像處理， CAD 。4 邏輯區塊 獨立存取，同位碼檢 ，同位磁查 碟
可能成為瓶頸。
目前未使用
5 邏輯區塊 獨立存取，同位碼檢 。查 I/O 請求大量的系統；可以
提高同時處理的 I/O 請求數
量。6 邏輯區塊 獨立存去， Reed-Solomon 碼檢查 比 RAID5 更高的可用性。

15. RAID 0+1
 RAID 0+1 又稱為 RAID 01( 但不可等於 RAID 1) ，它是相
對於 RAID 0 再做， RAID 1 的鏡像，它具有 RAID 0 的效
能與 RAID 1 的可靠度，整體表現比 RAID 5 更好。
 但是因為它需要雙倍的磁 數目，所以成本也比碟 RAID 5 更
高。

16. RAID 1+0
 RAID 1+0 又稱為 RAID 10 ，相當於對鏡像運算後的 RAID
1 做 RAID 0 資料切條動作。
 RAID 1+0 所需要的磁 數目和效能表現與碟 RAID 0+1 相當
，它的容錯能力比 RAID 0+1 要更強一些。

17. RAID 0+1 與 RAID 1+0
不論是 RAID 0+1 或 RAID 1+0 ，一旦有一
顆磁 故障之後沒有更換，如果另一顆鏡像碟
磁 有任何錯誤發生，資料就完全無法復原碟
。

18. 題目 1
 假設具有 150 個磁軌 ( 編號 0 到 149) 的磁 讀寫頭剛剛完碟
成磁軌 115 的請求，目前正在服務磁軌 120 的請求。佇列
中的請求是依照 FCFS 順序排列如下 :89,110,20,45,139
 請分別寫出下列各排程所需移動的總磁軌數
(1)FCFS
(2)SSTF
(3)SCAN
(4)LOOK

19.  (1 )FCFS:261
120  89  110  20  45 139
 (2)SSTF:138
120  139 110  89  45 20
 (3)SCAN:259
120  110  89  45  20  0  139
 (4)LOOK:239
120  110  89  45  20 139
題目 1 解答

20. 題目 2
 RAID 中 一個沒有資料重複及無復原能力哪 ?
 (A) RAID 1
 (B) RAID 2
 (C) RAID 3
 (D) RAID 4
 (E) 以上皆非

21. 題目 2 解答

22. 報告結束
謝謝大家