Chương 7 HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHẬP XUẤT
7.5 Hệ thống xuất/nhập đĩa
7.5.1 Phần cứng đĩa
Hầu như tất cả các máy tính đều cĩ đĩa để lưu trữ thơng tin. Đĩa cĩ ba ưu điểm chính hơn sử dụng bộ nhớ chính để lưu trữ:
- Dung lượng lưu trữ lớn hơn rất nhiều
- Giá trên mỗi bit rẻ hơn
- Thơng tin khơng bị mất khi khơng cịn cung cấp điện.
Mỗi đĩa bao gồm nhiều cylinder , mỗi cylinder chứa nhiều track trên các head. Mỗi track chia làm nhiều sector. Mỗi sector cĩ số byte như nhau.Dữ liệu trên đĩa được tổ chức thành các đường trịn đồng tâm .
Một đặc điểm thiết bị cài đặt quan trọng cho drive của đĩa là khả năng của bộ điều khiển thực hiện tìm kiếm trên hai hay nhiều driver cùng lúc gọi là tìm kiếm chồng, Trong khi bộ điều khiển và phần mềm đợi việc tìm kiếm hồn tất trên một đĩa,bộ điều khiển cĩ thể khởi động việc tìm kiếm trên đĩa khác. Các bộ điều khiển khơng thể cùng một lúc đọc hoặc ghi trên hai driver vì khả năng này cĩ thể giảm thời gian truy xuất trung bình.
7.5.2 Khái niệm lập lịch CPU cho đĩa cứng
Thời gian truy nhập đĩa phụ thuộc vào ba yếu tố : thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi đến track hay cylinder cần thiết (seek-time), thời gian định vị đầu từ đọc/ghi tại khối đĩa cần truy nhập và thời gian truy cập dữ liệu. Thời gian định vị đầu từ đọc/ghi và thời gian truy nhập dữ liệu thơng thường cố định và phụ thuộc vào cấu trúc kỹ thuật của ổ đĩa. Do đĩ, để tăng tốc độ truy nhập đĩa, hệ điều hành thường quan tâm tới thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi.
Như vậy lập lịch cho đĩa là xây dựng các thuật tốn dịch chuyển đầu từ đọc ghi sao cho thời gian truy nhập là tối ưu.
7.5.3 Một số phương pháp lập lịch cho đĩa a. First Come First Served (FCFS)
Để truy cập đến 1 file , hệ thống sẽ tổ chức một hàng đợi các yêu cầu phục vụ các track (lưu trữ dữ liệu của file cần truy nhập). Track nào cĩ yêu cầu phục vụ trước thì đầu từ đọc/ghi sẽ dịch chuyển đĩ trước.
Thí dụ: File F1 được phân bổ lần lượt tại các track cĩ số thứ tự sau đây:
98,183,37,122,14,124,65,67. Đầu từ định vị track cĩ số thứ tự 53. Sơ đồ di chuyển theo thuật tốn trên là :
14 37 53 65 67 98 122 124 183
Sơ đồ lập lịch FCFS
b. Shortest Seek Time (SSTF)
SSTF chọn track nào cĩ thời gian di chuyển đầu từ đọc/ghi ngắn nhất thì phục vụ trước.
Theo thí dụ trên, sơ đồ dịch chuyển đầu từ đọc/ghi được thể hiện như sau:
14 37 53 65 67 98 122 124 183
Sơ đồ lập lịch SSTF
c. Scan
Trong thuật tốn này, đầu từ đọc/ghi quét từ track nhỏ nhất đến track lơn nhất, sau đĩ quét ngược lại, track nào cĩ nhu cầu thì phục vụ.
Theo thí dụ trên, sơ đồ dịch chuyển đầu từ đọc/ghi được thể hiện như sau:
14 37 53 65 67 98 122 124 183
Sơ đồ lập lịch Scan
d. C- Scan
Thuật tốn này tương tự như thuật tốn Scan nhưng đầu từ đọc ghi khơng phục vụ đường về ( khơng qt ngược lại)
Theo thí dụ trên, sơ đồ dịch chuyển đầu từ đọc/ghi được thể hiện như sau:
14 37 53 65 67 98 122 124 183
e. Look
Tương tự như Scan nhưng trong thuật tốn này, đầu từ đọc/ghi chỉ quét trong phạm vi các track cĩ nhu cầu phục vụ, khơng qt tới track đầu tiên hoặc cuối cùng (nếu các track khơng cĩ u cầu phục vụ)
Theo thí dụ trên, sơ đồ dịch chuyển đầu từ đọc/ghi được thể hiện như sau:
14 37 53 65 67 98 122 124 183
Sơ đồ lập lịch Look
f. C- Look
Thuật tốn này tương tự như thuật tốn Look nhưng đầu từ đọc/ghi khơng phục vụ đường về ( khơng quét ngược lại)
Theo thí dụ trên, sơ đồ dịch chuyển đầu từ đọc/ghi được thể hiện như sau: 14 37 53 65 67 98 122 124 183
Sơ đồ lập lịch C-Look
Nhận xét:
Thuật tốn FCFS ,SSTF được áp dụng phổ biến , các thuật tốn kiểu Scan, Look
chỉ được áp dụng cho những đĩa chịu tải lớn.
7.5.4 Quản lý lỗi
Đĩa là đối tượng mà khi truy xuất cĩ thể gây nhiều lỗi thường gặp là: Lỗi lập trình: u cầu đọc các sector khơng tồn tại.
Lỗi lập trình xảy ra khi yêu cầu bộ điều khiển tìm kiếm cylinder, đọc sector khơng tồn tại, dùng đầu đọc khơng tồn tại , hoặc vận chuyển vào/ra bộ nhớ khơng tồn tại. Hầu hết các bộ điều khiển kiểm tra các tham số và sẽ báo lỗi nếu khơng thích hợp.
Lỗi checksum tạm thời: gây ra bụi trên đầu đọc.
Bụi tồn tại giữa đầu đọc và bề mặt đĩa sẽ gây ra báo lỗi đọc. Nếu lỗi tồn tại. Khối cĩ thể bị đanh dấu hỏng bằng phần mềm.
Lỗi checksum thường trực: đĩa bị hư vật lý trên các khối.
Lỗi tìm kiếm: ví dụ đầu đọc đến cylinder 7 trong khi phải đọc cylinder 6. Lỗi điều khiển: bộ điều khiển từ chối thi hành.
7.5.5 Ram Disk
Ram Disk là một phần khơng gian nhớ của bộ nhớ chính khi máy tính hoạt động. Ram Disk cũng cĩ tổ chức các khối giống như đĩa từ. Ram Disk cĩ ưu điểm cho phép truy xuất nhanh chĩng mà khơng phải chờ quay hay tìm kiếm. Như vậy
nĩ thích hợp cho việc lưu trữ những chương trình hay dữ liệu được truy xuất thường xuyên. Khi driver nhận được chỉ thị là đọc hay ghi một khối, nĩ sẽ tìm kiếm trong bộ nhớ Ram disk vị trí của khối, và thực hiện việc đọc hay ghi trong khối đĩ thay vì ghi lên đĩa cứng hay đĩa mềm.
7.5.6 Interleave
Bộ điều khiển đọc ghi đĩa phải thực hiện hai chức năng là đọc/ghi dữ liệu và chuyển dữ liệu vào hệ thống. Để thực hiện chức năng này, bộ điều khiển đọc đĩa cung cấp chức năng interleave. Trên đĩa các sector số hiệu liên tiếp nhau khơng nằm kế bên nhau, mà cĩ một khoảng cách nhất định, khoảng cách này được xác định bởi quá trình format đĩa. Thí dụ : giả sử hệ thống chỉ cĩ 17 sector và interleave được chọn là 4 thì các sector được bố trí theo thứ tự sau:
1,14,10,6,2,15,11,7,3,16,12,8,4,17,13,9,5 Cách đọc lần lượt như sau:
Lần 1: 1,14,10,6,2,15,11,7,3,16,12,8,4,17,13,9,5 Lần 2: 1,14,10,6,2,15,11,7,3,16,12,8,4,17,13,9,5 Lần 3: 1,14,10,6,2,15,11,7,3,16,12,8,4,17,13,9,5 Lần 4: 1,14,10,6,2,15,11,7,3,16,12,8,4,17,13,9,5