第8章__磁盘存储器管理-1new分析

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显示链接特点
优点：显著提高检索速度 缺点：
不支持大文件随机存取 FAT需要占用较大的内存空间
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思 考

如果硬盘是16G空间，盘块大小为4K，一个 FAT表项占多少位？FAT表需占用多少空间？ 如果文件A占用硬盘的第11，12，16，14四 个盘块，试画出文件A中各盘块间的连接及 FAT的情况。
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…
…
7 80 1
…
7 90 1
…
8.3 提高磁盘IO速度

高速缓存。 提前读，延迟写。 优化物理块分布 虚拟盘。
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思考题 2

1.
2.
假设磁盘转速为20ms/圈，磁盘格式化时每个磁 道被划分成10个扇区，今有10个逻辑记录（每 个记录大小刚好与扇区大小相等）存放在同一 条磁道上，处理程序每次从磁道读出一个记录 要花费4ms进行处理，先要求顺序处理这10个 记录，若磁头现在处于首个逻辑记录的起始位 置。 按逆时针安排10个逻辑记录（磁盘顺时针方向 旋转）处理程序处理完这10条记录花费的时间 是多少？ 按优化分布重新安排这10条记录，计算所需要 的时间
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某个链接文件示意
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磁盘空间的链接式组织方式
文件目录 文件名 始址 9 末址 25 jeep
0
1 10 2
3
4
8 12
5
6
7
9 16 10 25 11 13 14 15
16 1 17
20 24 21
18
22
19
23 27
25 -1 26
28
8
29
30
31
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8.2.1 空闲表法和空闲链表法
1.
空闲表法：属于连续组织方式方式，为每个文 件组织方式一块连续空间。系统为外存上的所 有区建立一张空闲表，每个空闲区对应一个空 闲表项，每个表项包括表项序号、空闲区的第 一个盘块号和空闲区的盘块数。
优点：空闲区组织方式与回收容易。 缺点：空闲表也会浪费很大存储空间。
20 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 31 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 4 5 …
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2. 盘块的组织方式


(1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为 “0”的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位，转换成与之 相应的盘块号。假定找到的其值为“0”的二进制 位，位于位示图的第i行、第j列，则其相应的盘块 号应按下式计算： b=n(i-1)+j 式中， n代表每行的位数。 (3) 修改位示图， 令map［i,j］=1。
8.2.2 位示图法

位示图法：利用二进制的一位来表示文 件存储空间中的一个盘块的使用情况。 其值为0表示空闲，为1表示组织方式， 这样由所有盘块所对应的位构成一个集 合，称为位示图。
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1. 位示图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 11 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0
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8.1.3 索引组织方式

也属于离散组织方式方式，它在存放文件 同时，为每个文件建立一个索引表（盘 块），以登记物理块号，并在文件目录项 的地址字段中填上指向该索引表的指针。
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索引组织方式方式
文件名 Jeep
文件目录 索引表地址 19
0 4 8
1 5 9
第8章 磁盘存储器管理


外存组织方式方法 空闲存储空间的管理 磁盘容错技术 文件系统性能的改善 数据一致性控制
8.1 外存的组织方式
常用的三种外存组织方式方式： 连续组织方式 链接(串联)组织方式 索引组织方式
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8.1.1 连续组织方式


连续组织方式：为每个文件组织方式相邻的 物理块（数据块/盘块/扇区）。 组织方式给文件的首物理块的地址被登记在 它的目录项内。 由连续组织方式方式形成的文件物理结构被 称为顺序文件结构，相应的物理文件则称为 顺序文件(Sequential File)。

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空闲盘块号 栈
1 00 4 00 3 99
1 00
99 0 7 99 9 …
3 01 S.free 0 1 1 00 3 00 2 99
7 90 1
3 00
4 00
7 90 0
… 2 99 3 99 7 89 9 7 99 9
…
98 99 2 02 2 01 2 01
…
3 01
8.1.2 链接组织方式
(Linked Allocation)


一种离散组织方式方式。 通过每个盘块上的链接指针，将同一个文 件的多个离散的盘块链接成一个链表。 可分为隐式链接和显示链接两种方式。
1. 隐式链接：将一文件离散地存放在外存上， 并将下一个物理块的地址登记在组织方式 给它的前一个物理块中。
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隐式链接优缺点
优点： 消除了外部碎片，提高利用率 允许作业动态增长。 缺点： 可靠性差：一个指针出现问题，导致整个链 断开 只适合于顺序访问，不适合随机访问。
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2. 显示链接
将文件离散地存放，并将链接各个物理块的 指针显式地登记在内存的一张文件组织方式 表FAT(File Allocation Table)中。
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序号
第一空闲盘块号
空闲盘块数
1
2 3 …
2
9 15 … 图6-21空闲盘快表
4
3 5 …
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2 空闲链表法：将文件存储空间中的所 有空闲区拉成一条空闲链表。 根据构成链的基本元素是空闲盘块或 空闲盘区，再分为空闲盘块链或空闲 盘区链。
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2 6
3 7
9 16 1 19 10 25 -1 -1 -1
10 11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
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8.1.3 索引组织方式优缺点
(Strongpoint and Disadvantage)

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8.5.3 并发控制

由信号量实现一个事务执行完再执行另一 个事务，实现了事务的顺序性。
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8.5.4 重复数据的数据一致性问 题
1. 重复文件的一致性
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2. 盘块号一致性的检查
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3. 链接数一致性检查
2) 热修复重定向和写后读校验
(1) 热修复重定向(Hot-Redirection)。
(2) 写后读校验(Read after write Verification)方式。
2. 第二级容错技术SFT-Ⅱ (1) 磁盘镜像(Disk Mirroring)。
主 机
通道
磁 盘 控 制 器
磁盘驱动器
图 6-26 磁盘镜像示意
2. 事务记录(Transaction Record)
事务名： 用于标识该事务的惟一名字； 数据项名： 它是被修改数据项的惟一名字； 旧值： 修改前数据项的值； 新值： 修改后数据项将具有的值。

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3. 恢复算法
恢复算法可利用以下两个过程： (1) undo〈Ti〉。该过程把所有被事务Ti修改 过的数据，恢复为修改前的值。 (2) redo〈Ti〉。该过程能把所有被事务Ti修 改过的数据，设置为新值。 如果系统发生故障， 系统应对以前所发生的 事务进行清理。


配置一张计数器表，为每个文件建立一个表项， 其中含有该索引结点号的计数值。 在进行检查时，从根目录开始查找，每当在目录 中遇到该索引结点号时，便在该计数器表中相应 文件的表项上加1。 当把所有目录都检查完后，便可将该计数器表中 每个表项中的索引结点号计数值与该文件索引结 点中的链接计数count值加以比较，如果两者一致， 表示是正确的；否则，便是发生了链接数据不一 致的错误。
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8.5.2 检查点
检查点：主要目的是使对事务记录 表中事务记录的清理工作经常化。
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首先是将驻留在易失性存储器(内存)中的当前 事务记录表中的所有记录，输出到稳定存储 器中； 其次是将驻留在易失性存储器中的所有已修 改数据，输出到稳定存储器中； 然后是将事务记录表中的〈检查点〉记录， 输出到稳定存储器中； 最后是每当出现一个〈检查点〉记录时，系 统便执行 上小节 所介绍 的恢复 操作 ， 利用 redo和undo过程实现恢复功能。
(2) 磁盘双工(Disk Duplexing)。
磁盘 通道 控制器 主 机 通道 磁盘 控制器
图 6-27 磁盘双工示意
磁盘驱动器
8.5 数据一致性

一个数据同时出现在多个不同的对象中时， 即可能会出现数据一致性问题。 事务 检查点 并发控制 硬件稳定存储器的支持
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磁盘空间的连续组织方式
文件目录
count
0 4 8 1 5 9
f
2 6
3 7
文件名 count
始址 0 14 19 28 6
块数 2 3 6 4 2
t 12 13 14 r 15 mai 16 17 18 19 l
20 21 22 23 24 25 26 27
f
10 11
tr mail list
8.5.1 事务
1)
2)
事务：它是一种原子性操作，是用于 访问和修改各种数据项的一个程序单 位，可被看作一系列的读和写操作。 事务的原子性操作须借助于存放在稳 定存储器中的事务记录表（log)来实 现，表中的每条记录描述了事务运行 中的重要操作，一旦出现错误，便立 即回滚。
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(1) 通过存取控制机制来防止由人为因素所造成的文件
不安全性。 (2) 通过磁盘容错技术， 来防止由磁盘部分的故障所造 成的文件不安全性。 (3) 通过“后备系统”来防止由自然因素所造成的不安 全性。
1. 第一级容错技术SFT-Ⅰ 1) 双份目录和双份文件组织方式表 在磁盘上存放的文件目录和文件组织方式表FAT， 是 文件管理所用的重要数据结构。如果这些表格被破坏， 将 导致磁盘上的部分或全部文件成为不可访问的，因而也就 等效于文件的丢失。为了防止这类情况发生，可在不同的 磁盘上或在磁盘的不同区域中，分别建立 ( 双份 ) 目录表和 FAT。 其中，一份被称为主目录及主FAT； 把另一份称为 备份目录及备份FAT。
优点： 支持高效的随机存取 消除了外部碎片 允许文件动态增长。 缺点： 索引表本身也要花费较多外存空间，造 成外存空间浪费。
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主索引 360 740
第二级索引 360 105 106 254 740 356 357
磁盘空间 0 1 2
105 106 254
1125 1125 985 985
lis 28 t 29 30 31
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连续组织方式优缺点
优点(Strongpoint) ：
顺序访问容易 顺序存取速度快

缺点(Disadvantage) ：
要求连续的存储空间。易产生外存碎片，空 间利用率降低 须事先知道文件长度。不利于文件动态增长

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思考题 3

假定磁盘的移动臂现在处于第8柱面，有如下6个 请求者等待访问磁盘，请你列出最省时间的响应 次序： 序号 柱面号 磁头号 扇区号 1 9 6 3 2 7 5 6 3 15 20 6 4 9 4 4 5 20 9 5 6 7 15 2
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8.4 磁盘容错技术
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356 357
总结三种外存组织方式
连续组织方式 链接组织方式 索引组织方式 思考题：各种组织方式方式的优缺点是什么？

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8.2文件存储空间的管理
1. 2. 3. 4.
为对文件存储空间进行管理，常用以下几 种方法进行： 空闲表法 空闲链表法 位示图法 成组链接法
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3. 盘块的回收
(1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的 行号和列号。 转换公式为： i=(b-1)DIV n+1 j=(b-1)MOD n+1 (2) 修改位示图。 令map［i,j］=0。

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8.2.3 成组链接法
UNIX系统中空闲盘块管理方法 将一个文件卷的所有空闲盘块分成固定大 小的组（如100个盘块），将每一组的盘块 号和盘块数记入前一组的最后一个盘块中， 第一组的盘块数和盘块号记入空闲盘块栈 中。