操作系统第5章设备管理课件

第五章设备管理5.1 I/O5.1 I/O硬件硬件5.2 I/O5.2 I/O控制技术控制技术5.3 5.3 缓冲管理缓冲管理5.4 I/O5.4 I/O软件软件5.5 5.5 设备分配和处理设备分配和处理5.6 5.6 磁盘管理磁盘管理主要内容主要内容目的和要求目的和要求 通通过本章的学本章的学习，全面了解，全面了解设备管理的主要特点，并从管理的主要特点，并从I/OI/O控控制方式、制方式、设备分配、分配、设备独立性独立性及及缓冲管理几方面掌握操作系冲管理几方面掌握操作系统中中设备管理的主要功能。管理的主要功能。重点和难点重点和难点 1 1、设备管理的任管理的任务和功能；和功能；2 2、常用的、常用的输入入/输出控制方式；出控制方式；3 3、中断的一般、中断的一般处理理过程；程；4 4、缓冲技冲技术的目的和的目的和实现；5 5、设备分配流程；分配流程；6 6、SpoolingSpooling系系统的功能和的功能和实现思想。思想。5.1.1 I/O5.1.1 I/O系统概述系统概述1.I/O1.I/O系统的特征系统的特征I/O性能成为系统性能的瓶颈CPUCPU性能不等于系统性能性能不等于系统性能 I/OI/O性能性能也是一个重要因素也是一个重要因素CPUCPU性能越高性能越高，与，与I/OI/O差距越大差距越大 引进更多的进程引进更多的进程进程切换多，系统开销大进程切换多，系统开销大5.1 I/O5.1 I/O系统系统I/O设备种种类繁多繁多导致致OS庞大复大复杂 外设种类繁多，结构各异外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同输入输出数据信号类型不同 速度差异很大速度差异很大 理解理解I/O的工作的工作过程与程与结构是理解构是理解OS的工作的工作过程与程与结构的关构的关键 与其他功能与其他功能联系密切，特系密切，特别是文件系是文件系统2.2.设备管理的目标设备管理的目标 提高方便性提高方便性 实现并行性并行性 满足均衡性足均衡性 设备独立性独立性3.3.设备管理的功能设备管理的功能 缓冲管理冲管理 设备分配分配 设备处理理 设备独立性独立性 虚虚拟设备1.1.按使用特性分按使用特性分 存储型设备存储型设备 输入输出型设备输入输出型设备2.2.按传输速率分按传输速率分 低速设备：键盘、鼠标等低速设备：键盘、鼠标等 中速设备：打印机中速设备：打印机 高速设备：磁带机、磁盘机等高速设备：磁带机、磁盘机等5.1.2 I/O5.1.2 I/O设备的分类设备的分类3.3.按信息交换单位分按信息交换单位分 块设备：块设备：以数据块为单位存储、传输信息以数据块为单位存储、传输信息的有结构设备，比如磁盘具有传输速率高、的有结构设备，比如磁盘具有传输速率高、可寻址、可寻址、DMADMA方式传输等方式传输等特点特点 字符字符设备：以字符为单位存储、传输信息以字符为单位存储、传输信息的无结构设备，比如打印机具有传输速率较的无结构设备，比如打印机具有传输速率较低、不可寻址、中断方式传输等特点低、不可寻址、中断方式传输等特点4.4.按设备共享属性分按设备共享属性分 独占设备独占设备 一段时间内只能一个进程使用的设备，即临一段时间内只能一个进程使用的设备，即临界资源界资源 独占设备的分配有可能引起进程死锁独占设备的分配有可能引起进程死锁 共享设备共享设备 在一段时间内允许多个进程交叉使用的设备在一段时间内允许多个进程交叉使用的设备 一般为可寻址或随机访问的设备一般为可寻址或随机访问的设备(如硬盘）如硬盘）虚拟设备虚拟设备 经虚拟技术处理后的设备经虚拟技术处理后的设备5.5.按从属关系分按从属关系分 系统设备：系统设备：指操作系统生成时，登记在系指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备（如终端、打印机、磁盘统中的标准设备（如终端、打印机、磁盘机等）机等）用用户设备：指在系统生成时，未登记在系指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备统中的非标准设备;处理程序由用户提供，处理程序由用户提供，由系统代替用户实施管理（如由系统代替用户实施管理（如A/DA/D，D/AD/A转转换器等）换器等）6.6.从程序使用角度分从程序使用角度分 逻辑设备逻辑设备 用户通过逻辑设备名使用设备用户通过逻辑设备名使用设备 用设备独立性软件实现用设备独立性软件实现 物理物理设备 系统通过物理设备名管理设备系统通过物理设备名管理设备 尽量将用户和硬件特性隔离尽量将用户和硬件特性隔离5.1.3 5.1.3 设备控制器设备控制器1.I/O1.I/O设备的组成设备的组成 I/OI/O设备由物理设备和电子部件组成设备由物理设备和电子部件组成 物理设备：泛指物理设备：泛指I/O设备中为执行所规定的设备中为执行所规定的 操作所必须有的物理装置操作所必须有的物理装置 电子部件：是指和计算机系统发生直接联电子部件：是指和计算机系统发生直接联 系的那部分电子部件，其中主要指接受和发系的那部分电子部件，其中主要指接受和发 送计算机与设备之间的控制命令及数据的电送计算机与设备之间的控制命令及数据的电 子部件子部件(也叫设备控制器或适配器也叫设备控制器或适配器)2.2.设备控制器简介设备控制器简介 状态寄存器状态寄存器控制寄存器控制寄存器控制控制逻辑逻辑电路电路数据寄存器数据寄存器接口接口1接口接口n 数据数据状态状态控制控制数据数据状态状态控制控制数据线数据线地址线地址线控制线控制线CPUCPU设备设备I/O请求请求 文件系统文件系统 I/O命命令令 字符设备：操作码字符设备：操作码 设备名设备名 块设备：操作码块设备：操作码 设备名设备名 字节数字节数 内存内存始址始址以输入操作为例以输入操作为例 设备设备 DR 内存内存相关知识点数据准备数据准备数据传送数据传送 3.设备控制器的组成设备控制器的组成与与CPU接口（并行）接口（并行）数据总线数据总线 DR：内存：内存 DR C/S 控制总线：操作码控制总线：操作码 译码译码 CR 地址总线：设备名地址总线：设备名 译码译码 接接口口CPU：启动命令：启动命令设备：状态信息设备：状态信息 与设备接口（串行）与设备接口（串行）数据线：数据线：DR 设备设备 控制线：发向设备的控制信号控制线：发向设备的控制信号 状态线：来自设备的状态信息状态线：来自设备的状态信息 I/O逻辑逻辑 命令译码：命令译码：操作码操作码 译码译码 CR 地址译码：地址译码：设备名设备名 译码译码 接口接口 数据装配：并行数据数据装配：并行数据 串行数据串行数据 4.设备控制器的功能设备控制器的功能 设置设置I/O命令；命令；测试设备状态；测试设备状态；发出启动命令；发出启动命令；进行数据传输。进行数据传输。5.1.4 I/O5.1.4 I/O通道通道1.通道的定义通道的定义 通道又称通道又称I/OI/O处理机，是独立于处理机，是独立于CPUCPU的专门的专门负责数据负责数据I/OI/O传输的处理机，通过执行通道程序传输的处理机，通过执行通道程序控制设备与内存直接进行数据传输控制设备与内存直接进行数据传输2.引入通道的目的引入通道的目的 代替代替 CPUCPU对对I/OI/O操作进行控制操作进行控制 使使CPUCPU和外设、外设与外设之间并行工作和外设、外设与外设之间并行工作3.3.通道的分类通道的分类 字节多路通道字节多路通道 以字节为单位交叉传输数据以字节为单位交叉传输数据 可以分时地执行多个通道程序可以分时地执行多个通道程序 主要用来连接低速设备，如终端、打印机主要用来连接低速设备，如终端、打印机 数据数据选择通道通道 以成组方式工作的，即每次传送一批数据以成组方式工作的，即每次传送一批数据 一段时间内只能执行一台设备的通道程序一段时间内只能执行一台设备的通道程序 主要用于连接磁盘，磁带等高速块设备主要用于连接磁盘，磁带等高速块设备 数组多路通道数组多路通道 结合选择通道传送速度高和字节多路通道结合选择通道传送速度高和字节多路通道 能分时操作的优点能分时操作的优点 先为一台设备执行一条通道指令，然后先为一台设备执行一条通道指令，然后 自动转接，为另一台设备执行一条通道指令自动转接，为另一台设备执行一条通道指令 主要用于连接高速主要用于连接高速I/OI/O设备设备 数组多路通道实际上是对通道程序采用多数组多路通道实际上是对通道程序采用多 道程序设计的硬件实现道程序设计的硬件实现5.2 I/O5.2 I/O控制技术控制技术 I/OI/O技术发展的宗旨技术发展的宗旨 尽量减少主机对尽量减少主机对I/OI/O控制的干预，使主机更控制的干预，使主机更多地完成其他数据处理任务多地完成其他数据处理任务 有四种有四种I/OI/O控制技术控制技术 程序直接控制方式程序直接控制方式 中断驱动控制方式中断驱动控制方式 直接存储器存取直接存储器存取(DMA)(DMA)方式方式 通道控制方式通道控制方式 也称忙也称忙等待方式，控制者是用等待方式，控制者是用户进程程1.执行过程执行过程 CPU发启动命令发启动命令 CPU置设备状态标志为置设备状态标志为“忙忙”CPU进入测试等待状态进入测试等待状态 做好数据准备时，置设备状态标志为做好数据准备时，置设备状态标志为“闲闲”CPU发下一条指令，开始数据传送发下一条指令，开始数据传送5.2.1 程序直接控制方式程序直接控制方式程序直接控制方式程序直接控制方式发启动命令发启动命令设备标志设备标志为为done？测试等待测试等待执行下条指令执行下条指令开始数据传送开始数据传送CPU是是否否接收到启动命令接收到启动命令做接收或发送做接收或发送数据准备数据准备准备完毕？准备完毕？置设备标志置设备标志done等待下条指令等待下条指令设备设备是是否否2.2.存在的问题存在的问题(1)CPU和设备、设备之间只能串行工作；和设备、设备之间只能串行工作；(2)无法检测到其他硬件错误。无法检测到其他硬件错误。CPUAI/O请求请求设备设备A准备准备测试测试传送传送A1.1.硬件要求硬件要求 CPUCPU与设备控制器之间有中断请求线与设备控制器之间有中断请求线 设备控制器的设备控制器的CRCR中有中断允许位中有中断允许位2.2.执行过程执行过程 CPUCPU发启动命令，并置发启动命令，并置CRCR中的中断允许中的中断允许 位为位为“开开”当前进程阻塞，发生新的进程调度当前进程阻塞，发生新的进程调度5.2.2 中断驱动控制方式中断驱动控制方式 数据准数据准备完成后，控制器向完成后，控制器向CPU发中断信号中断信号 CPU转中断处理程序进行转中断处理程序进行 出错检查出错检查 数据传送数据传送 进程唤醒进程唤醒 CPU返回被中断进程继续执行返回被中断进程继续执行 随后调度到发出随后调度到发出I/O请求的进程，从约定请求的进程，从约定 内存单元取出数据继续执行内存单元取出数据继续执行中断驱动控制方式中断驱动控制方式CPU发启动命令发启动命令置中断允许位置中断允许位收到中断信号？收到中断信号？返回被中断进程返回被中断进程中断处理中断处理是是否否接收到启动命令接收到启动命令做接收或发送做接收或发送数据准备数据准备DR满否？满否？控制器控制器发中断信号发中断信号等待下条指令等待下条指令设备是是否否调度新的进程调度新的进程新进程执行新进程执行CPUAI/O请求请求设备设备A准备准备BA：传送：传送中断处理中断处理B中断请求中断请求CPUAI/O请求请求设备设备1A准备准备BA：传送：传送中断处理中断处理CI/O请求请求C中断请求中断请求设备设备2B准备准备中断请求中断请求3.存在的问题存在的问题 实现了实现了CPUCPU与设备、设备与设备之间的并行与设备、设备与设备之间的并行 工作，但当来自设备的中断次数急剧增加工作，但当来自设备的中断次数急剧增加 时，可能因时，可能因CPUCPU无法响应而造成数据丢失无法响应而造成数据丢失 只能实现和低速设备以字符为单位的数据只能实现和低速设备以字符为单位的数据 交换交换1.硬件要求硬件要求 CPUCPU与设备控制器之间有中断请求线与设备控制器之间有中断请求线 设备控制器的设备控制器的CRCR中有中断允许位中有中断允许位 DMADMA设备控制器中多两个寄存器设备控制器中多两个寄存器 DC：传送字节计数器传送字节计数器 MAR：内存始址寄存器内存始址寄存器5.2.3 直接存储器存取方式直接存储器存取方式2.执行过程执行过程 CPUCPU发启动命令，打开发启动命令，打开CRCR中的中断允许位中的中断允许位 CPUCPU设置控制器的设置控制器的MARMAR和和DCDC 当前进程阻塞，发生新的进程调度当前进程阻塞，发生新的进程调度 不断挪用不断挪用CPUCPU周期，将周期，将DRDR中的数据写入内存中的数据写入内存指定单元，直至指定单元，直至DC=0DC=0 控制器向控制器向CPUCPU发中断信号，发中断信号，CPUCPU转中断处理子转中断处理子程序，完成后返回被中断进程继续执行程序，完成后返回被中断进程继续执行 随后调度到发出随后调度到发出I/OI/O请求的进程，从指定单请求的进程，从指定单元取出数据继续执行元取出数据继续执行DMADMA方式方式CPU发启动命令，开中发启动命令，开中断，置断，置MAR和和DC收到中断信号？收到中断信号？返回被中断进程返回被中断进程中断处理中断处理是是否否接收到启动命令接收到启动命令DC=0？设备否否调度新的进程调度新的进程新进程执行新进程执行外设数据入外设数据入DRDR数据入内存数据入内存修改修改DC和和MAR发中断信号发中断信号是是CPU发启动命令，开中发启动命令，开中断，置断，置MAR和和DC收到中断信号？收到中断信号？返回被中断进程返回被中断进程中断处理中断处理是是否否接收到启动命令接收到启动命令DC=0？设备设备否否调度新的进程调度新的进程新进程执行新进程执行外设数据入外设数据入DRDR数据入内存数据入内存修改修改DC和和MAR发中断信号发中断信号是是CPUAI/O请求请求设备设备A准备准备+传送传送B中断处理中断处理B中断请求中断请求关于挪用关于挪用CPU周期的几点说明：周期的几点说明：（1）CPU的控制权没有转移，仍归进程的控制权没有转移，仍归进程B；（2）CPU和控制器交替使用总线控制权；和控制器交替使用总线控制权；（3）交替使用总线的方式有三种，周期挪用不用建）交替使用总线的方式有三种，周期挪用不用建立总线控制权、使用方式灵活。立总线控制权、使用方式灵活。停止停止CPU访问内存：当外内存：当外设要求要求传送一批数送一批数据据时，由，由DMA控制器控制器发一个信号一个信号给CPU。DMA控制器控制器获得得总线控制控制权后，开始后，开始进行数据行数据传送。送。一批数据一批数据传送完送完毕后，后，DMA控制器通知控制器通知CPU可可以使用内存，并把以使用内存，并把总线控制控制权交交还给CPU。周期挪用：当周期挪用：当I/O设备没有没有 DMA请求求时，CPU按程序要求按程序要求访问内存；一旦内存；一旦 I/O设备有有DMA请求，求，则I/O设备挪用一个或几个周期挪用一个或几个周期 DMA与与CPU分时使用内存分时使用内存DMA与与CPU交替交替访内：一个内：一个CPU周期可周期可分分为2个周期，一个个周期，一个专供供DMA控制器控制器访内，内，另一个另一个专供供CPU访内。不需要内。不需要总线使用使用权的的申申请、建立和、建立和归还过程。程。DMA控制器与控制器与CPU分时使用内存分时使用内存http:/ 中断方式是以中断方式是以字符字符为单位传送数据，为单位传送数据，而而DMA方式是以方式是以块为单位位传送数据送数据 中断方式是在中断方式是在DR满满后发中断信号，后发中断信号，而而DMA方式是在数据方式是在数据块传送完块传送完后发中断信号后发中断信号 中断方式的数据传送是在中断方式的数据传送是在CPU的控制的控制下由下由 中断处理程序完成的，中断处理程序完成的，而而DMA方式的数据传送是在方式的数据传送是在控制器的控制控制器的控制下下 盗用盗用CPU周期完成的周期完成的5.2.4 5.2.4 通道控制方式通道控制方式1.通道的引入通道的引入 DMA方式方式传送多送多块数据要数据要产生多次中断生多次中断 数据数据传送方向、存放数据的内存地址以及送方向、存放数据的内存地址以及 传送的数据送的数据块长度等都由度等都由CPU控制控制 多个多个DMA控制器的使用会引起内存地址冲控制器的使用会引起内存地址冲 突，并使得控制复突，并使得控制复杂化化 2.通道程序通道程序 用于用于I/OI/O操作的命令主要有两种操作的命令主要有两种 控制命令：启动通道程序控制命令：启动通道程序 通道命令：对通道命令：对I/O操作进行控制操作进行控制 CPU 驱动程序驱动程序 通道程序通道程序 CPU启动通道程序启动通道程序(内存地址内存地址)CPU执行新的进程执行新的进程I/O请求请求解释解释CPU 通道设置通道设置I/O命令到控制器命令到控制器 通道测试设备状态通道测试设备状态 通道发启动命令通道发启动命令 通道以通道以DMA方式控制设备工作方式控制设备工作 传完多块数据发中断请求信号传完多块数据发中断请求信号 通道和通道和CPU共用内存，通过周期窃取共用内存，通过周期窃取 方式取得通道程序方式取得通道程序通道通道窃取周期窃取周期通道通道 通道指令通道指令通道通道 控制器控制器 传送数据传送数据通道指令的构成通道指令的构成 操作码：规定指令所执行的操作操作码：规定指令所执行的操作 内存地址：标明数据送入内存和从内存取出内存地址：标明数据送入内存和从内存取出 的起始地址的起始地址 计数：表示本条指令读计数：表示本条指令读/写数据的字节数写数据的字节数 通道程序结束标志通道程序结束标志P P=0：通道程序尚未结束通道程序尚未结束 P=1：本指令是通道程序的最后一条指令本指令是通道程序的最后一条指令 记录结束标志记录结束标志R R=0：本通道指令与下一条同属一条记录本通道指令与下一条同属一条记录 R=1：处理某记录的最后一条指令处理某记录的最后一条指令 操作操作 P R 计数计数 内存地址内存地址 WRITE 0 0 80 813WRITE 0 0 80 813 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 300 2000 WRITE 0 1 300 2000 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 1 1 250 520 WRITE 1 1 250 520通道程序举例通道程序举例通道控制方式示意通道控制方式示意CPUCPU发启动命令，启动发启动命令，启动通道执行，开中断通道执行，开中断收到中断信号？收到中断信号？返回被中断进程返回被中断进程中断处理中断处理是是否否调度新的进程调度新的进程新进程执行新进程执行接收到启动命令接收到启动命令准备数据准备数据 通道程序完通道程序完？设备设备否否读通道指令读通道指令设置控制器设置控制器执行通道指令执行通道指令发中断信号发中断信号是是3.与与DMA方式的区别方式的区别 DMA方式一次传送方式一次传送一块一块数据，数据，而通道方式一次传送而通道方式一次传送多块多块数据数据 DMA方式中某些控制由方式中某些控制由CPU完成，完成，而通道方式中而通道方式中I/O控制由控制由通道通道完成完成 DMA方式在方式在一块一块数据传送完后发中断信号，数据传送完后发中断信号，而通道方式在而通道方式在全部全部数据传送完后发中断信号数据传送完后发中断信号 CPUAI/O请求请求通道通道A执行通道程序执行通道程序B中断处理中断处理B中断请求中断请求5.3.1 缓冲的引入缓冲的引入1 1）缓和和CPUCPU与与I/OI/O设备间速度不匹配的矛盾速度不匹配的矛盾2 2）减少）减少对CPUCPU的中断的中断频率，放率，放宽对中断响中断响应 时间的限制的限制3 3）提高）提高CPUCPU和和I/OI/O设备之之间的并行性的并行性5.3 5.3 缓冲管理缓冲管理5.3.2 5.3.2 缓冲的分类缓冲的分类1.1.单缓冲单缓冲输入TI/OI/O设备设备传送M用户区用户区缓冲区缓冲区处理CT=Max(C,T)+MT1M1C1T2M2C2T2M2C2T2M2C3T3M32.2.双缓冲双缓冲T Max(C,T)输入TI/OI/O设备设备传送M用户区用户区缓冲区缓冲区处理CT1M1C1C2C3T3M3M2T2T4M4C4T5M5C53.3.循环缓冲循环缓冲输入I/OI/O设备设备传送用户进程操作系统(1)三类缓冲区：空缓冲区三类缓冲区：空缓冲区R、输入缓冲区输入缓冲区G、工作缓冲工作缓冲区区C(2)三个指针：三个指针：NextgG，NextiR，Current C(3)两个过程：两个过程：Getbuf、Putbuf(4)多用于有合作关系的进程间多用于有合作关系的进程间5.3.3 5.3.3 缓冲池缓冲池1.1.缓冲池的组成缓冲池的组成 三个缓冲队列三个缓冲队列 空闲空闲 emq 输入输入 inq 输出输出 outq 四种工作缓冲区四种工作缓冲区 输入收容输入收容hin 输入提取输入提取sin 输出收容输出收容hout 输出提取输出提取 sout 两个过程两个过程 getbuf：对出队操作的封装：对出队操作的封装 putbuf：对入队操作的封装：对入队操作的封装5.3.3 5.3.3 缓冲池缓冲池1.1.缓冲池的组成缓冲池的组成 三个缓冲队列三个缓冲队列 空闲空闲 emq 输入输入 inq 输出输出 outq2.2.缓冲池的工作方式缓冲池的工作方式hinsoutsinhout用用户户进进程程提取输入提取输入收容输出收容输出收容输入收容输入提取输出提取输出输出输入输入输入缓冲区缓冲区计算计算hinsinemqinqemq计算计算缓冲区缓冲区输出输出houtsoutemqoutqemq3.Getbuf 过程和过程和 Putbuf 过程过程1）入队）入队 Addbuf(type,number)2）出队）出队 Takebuf(type)缓冲队列是临界资源，必须互斥使用。缓冲队列是临界资源，必须互斥使用。为每个缓冲队列设置信号量为每个缓冲队列设置信号量 互斥信号量互斥信号量 MS(type)资源信号量资源信号量 RS(type)GetbufGetbuf过程过程 Procedure Getbuf(type)P(RS(type);P(MS(type);B(number)=Takebuf(type);V(MS(type);/GetbufPutbufPutbuf过程过程 Procedure Putbuf(type,number)P(MS(type);Addbuf(type,number);V(MS(type);V(RS(type);/Putbuf 收容输入工作方式收容输入工作方式 输入进程输入进程 hin=Getbuf(emq);Putbuf(inq，hin);提取输入工作方式提取输入工作方式 计算进程计算进程 sin=Getbuf(inq);Putbuf(emq，sin);收容输出工作方式收容输出工作方式 计算进程计算进程 hout=Getbuf(emq);Putbuf(outq，hout);提取输出工作方式提取输出工作方式 输出进程输出进程 sout=Getbuf(outq);Putbuf(emq，sout);5.4.1 5.4.1 设计目标和原则设计目标和原则1.1.设计目标设计目标1 1）设备独立性独立性：除直接与设备打交道的低层除直接与设备打交道的低层软件外，其它软件不依赖于硬件软件外，其它软件不依赖于硬件2 2）统一命名一命名：系统中采取预先设计的、统一系统中采取预先设计的、统一的逻辑名称对各类设备进行命名，并应用于的逻辑名称对各类设备进行命名，并应用于和设备有关的全部软件模块中和设备有关的全部软件模块中5.4 I/O5.4 I/O软件软件3 3）出错处理出错处理：一般，数据传输中的错误应尽一般，数据传输中的错误应尽可能在接近硬件层上处理可能在接近硬件层上处理4 4）缓冲技术：缓冲技术：屏蔽不同设备的差异，提供统屏蔽不同设备的差异，提供统一大小的数据块一大小的数据块5 5）设备的分配和释放：）设备的分配和释放：对共享设备和独占设对共享设备和独占设备进行妥善管理备进行妥善管理6 6）I/OI/O控制方式：控制方式：选择合理的选择合理的I/OI/O控制方式控制方式2.2.层次结构层次结构用户层软件用户层软件设备独立性软件设备独立性软件设备驱动程序设备驱动程序中断处理中断处理硬件硬件层次层次各层的功能各层的功能I/O请求请求I/O响应响应发出发出I/OI/O请求、格式化请求、格式化I/OI/O、SpoolingSpooling映射、保护、分块、缓冲、映射、保护、分块、缓冲、分配分配设置寄存器、检查设备状态设置寄存器、检查设备状态I/OI/O处理、唤醒驱动程序、处理、唤醒驱动程序、恢复进程执行恢复进程执行执行执行I/OI/O操作操作5.4.2 5.4.2 中断处理程序中断处理程序1.1.中断处理的支持技术中断处理的支持技术1 1）硬件支持）硬件支持 CPUCPU与设备之间：中断请求线与设备之间：中断请求线 控制控制/状态寄存器：中断允许位状态寄存器：中断允许位2 2）如何确定中断源）如何确定中断源 每个中断源的中断处理子程序的入口地址每个中断源的中断处理子程序的入口地址 以及以及 PSW构成中断向量表构成中断向量表 中断源向中断源向 CPU 发送该设备的表目地址指针，发送该设备的表目地址指针，即可确定中断处理子程序的入口地址即可确定中断处理子程序的入口地址指令执行周期指令执行周期开始开始取下一条取下一条指令指令执行指令执行指令检查指令检查指令处理中断处理中断停止停止取指周期取指周期执行周期执行周期中断周期中断周期不允许中断不允许中断允许允许中断中断3 3）何时响应中断）何时响应中断 指令周期间隔接受中断请求或扫描中断向量指令周期间隔接受中断请求或扫描中断向量2.2.中断的实现步骤中断的实现步骤 唤醒阻塞的驱动唤醒阻塞的驱动(程序程序)进程进程 保护被中断进程的现场保护被中断进程的现场 转相应的中断处理子程序转相应的中断处理子程序 执行中断处理子程序执行中断处理子程序 恢复被中断进程的现场恢复被中断进程的现场 陷阱由陷阱由处理机正在理机正在执行的指令引起，行的指令引起，而中断由与而中断由与现行指令无关的中断源引起行指令无关的中断源引起 陷阱陷阱处理程序提供的服理程序提供的服务为当前当前进程所用，程所用，而中断而中断处理程序提供的服理程序提供的服务不是不是为当前当前进程程 CPUCPU可以在指令可以在指令执行中响行中响应陷阱，陷阱，而必而必须在指令在指令执行后响行后响应中断中断3.3.中断和陷阱的区别中断和陷阱的区别5.4.3 设备驱动程序设备驱动程序1.设备驱动程序的功能设备驱动程序的功能1）接收由设备独立性软件发来的命令和参数，）接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象请求转换为具体操作并将命令中的抽象请求转换为具体操作2）检查用户）检查用户I/O请求的合法性，了解设备状态，请求的合法性，了解设备状态，传递有关参数，设置设备工作方式传递有关参数，设置设备工作方式3）发出）发出I/O命令：设备空闲，立即启动设备；否命令：设备空闲，立即启动设备；否则，进程阻塞等待则，进程阻塞等待4）及时响应设备的中断请求并进行中断处理）及时响应设备的中断请求并进行中断处理5）根据）根据I/O请求，为通道组织通道程序请求，为通道组织通道程序2.驱动程序的处理过程驱动程序的处理过程1）将抽象请求转换为具体操作；）将抽象请求转换为具体操作；2）检查）检查I/O请求的合法性；请求的合法性；3）读出和检查设备的状态；）读出和检查设备的状态；4）传送必要的参数；）传送必要的参数；5）工作方式的设置；）工作方式的设置；6）启动）启动I/O设备。设备。3.驱动程序的特点驱动程序的特点1）驱动程序是在请求）驱动程序是在请求I/O的进程与设备控制器的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序；之间的一个通信和转换程序；2）驱动程序与控制器和设备的硬件特性密切）驱动程序与控制器和设备的硬件特性密切相关，对不同类型设备配置不同驱动程序；相关，对不同类型设备配置不同驱动程序；3）驱动程序与采用的）驱动程序与采用的I/O控制方式紧密相关；控制方式紧密相关；4）部分驱动程序需用汇编语言开发；）部分驱动程序需用汇编语言开发；5）驱动程序应允许可重入；）驱动程序应允许可重入；6）驱动程序不允许系统调用。）驱动程序不允许系统调用。4.I/O进程控制进程控制1）I/O控制的引入控制的引入 从用户进程从用户进程的的I/O请求开始，给用户进程分请求开始，给用户进程分配设备和启动有关设备进行配设备和启动有关设备进行I/O操作；以及操作；以及在在I/O操作完成后响应中断，进行善后处理操作完成后响应中断，进行善后处理为止的整个系统控制过程称为为止的整个系统控制过程称为I/O控制控制 2 2）I/OI/O控制的功能控制的功能 I/O请求处理请求处理设备分配程序设备分配程序缓冲区管理缓冲区管理中断原因分析中断原因分析唤醒唤醒中断处理程序中断处理程序外设中断请求外设中断请求用户进程用户进程I/O请求请求中断响应中断响应启动设备驱动程序启动设备驱动程序或通道程序或通道程序I I/O O控控制制首先分析调用首先分析调用I/O进程控制的原因：进程控制的原因：来自进来自进程的程的I/O请求，还是来自外设的中断请求请求，还是来自外设的中断请求 I/O请求处理：请求处理：把用户进程的把用户进程的I/O请求变换为请求变换为设备管理程序能够接受的操作设备管理程序能够接受的操作 设备分配程序：设备分配程序：根据分配策略和分配算法为根据分配策略和分配算法为进程分配设备进程分配设备 缓冲区管理：缓冲区管理：为为I/O传送分配和管理缓冲区传送分配和管理缓冲区 中断处理：分析中断原因，调用中断程序中断处理：分析中断原因，调用中断程序3）I/O控制的控制的实现方式方式为每一类设备设置一个为每一类设备设置一个I/O进程，专门执行该进程，专门执行该类设备的类设备的I/O操作；操作；整个系统设置一个整个系统设置一个I/O进程，执行所有各类设进程，执行所有各类设备的备的I/O操作，或设置一个输入进程和一个输操作，或设置一个输入进程和一个输出进程；出进程；不设置专门的设备处理进程，只为各类设备不设置专门的设备处理进程，只为各类设备设置相应的设备处理模块供调用。设置相应的设备处理模块供调用。5.4.4 5.4.4 设备独立性软件设备独立性软件1.1.设备独立性的概念独立性的概念 应用程序独立于具体使用的物理设备。应用程序独立于具体使用的物理设备。1 1）增强设备分配时的灵活性；）增强设备分配时的灵活性；2 2）易于实现）易于实现I/OI/O重定向；重定向；2.2.设备独立性软件设备独立性软件1 1）执行所有设备的公有操作（见下页图）；执行所有设备的公有操作（见下页图）；2 2）向用户层软件提供统一接口。）向用户层软件提供统一接口。设备驱动程序的接口设备驱动程序的接口*设备名映射设备名映射*设备保护设备保护提供与设备无关的逻辑块提供与设备无关的逻辑块*缓冲管理缓冲管理*存储设备的块分配存储设备的块分配*独占设备的分配和释放独占设备的分配和释放*差错控制差错控制与设备无关的软件的功能与设备无关的软件的功能3.设备名的映射设备名的映射1）逻辑设备表）逻辑设备表 记录逻辑设备名、物理设备名及驱程入口地址。记录逻辑设备名、物理设备名及驱程入口地址。2）两种设置方式两种设置方式a）整个系统一张整个系统一张LUT（如图（如图a）b）每个进程一张每个进程一张LUT（如图如图b）逻辑逻辑设备名设备名物理物理设备名设备名驱程入驱程入口地址口地址/dev/tty31024/dev/printer52046逻辑逻辑设备名设备名SDT指针指针/dev/tty/dev/printer53ab5.4.5 用户层的用户层的I/O软件软件 尽管大部分尽管大部分I IO O软件包含在件包含在OSOS中，但仍有中，但仍有 一小部分是由与用一小部分是由与用户程序程序连接在一起的接在一起的库 过程，甚至完全由运行于核外的程序构成程，甚至完全由运行于核外的程序构成 系系统调用，包括用，包括I IO O系系统调用，通常由用，通常由库 过程程实现 这些些过程所做的工作只是将系程所做的工作只是将系统调用用时所所 用的参数放在合适的位置，由其它的用的参数放在合适的位置，由其它的I IO O 过程程实现真正的操作真正的操作5.5 5.5 设备分配设备分配5.5.1 设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构1.设备控制表设备控制表(DCT)每个设备一张每个设备一张DCT，记录设备使用情况记录设备使用情况 DCT在系统生成或该设备和系统连接时生成在系统生成或该设备和系统连接时生成 包括内容：包括内容：设备标识符：用来区别设备设备标识符：用来区别设备 设备类型：反映设备的特性，如块设备或设备类型：反映设备的特性，如块设备或 字符设备等字符设备等 设备地址或设备号：物理设备名设备地址或设备号：物理设备名 设备状态：指明设备处于工作、空闲或出设备状态：指明设备处于工作、空闲或出 错等状态错等状态 重复执行次数：预定的数据传送次数重复执行次数：预定的数据传送次数 等待队列指针：该设备的等待队列的等待队列指针：该设备的等待队列的队首队首 和和队尾队尾指针指针 I/OI/O控制器表指针：指向与该设备相连的控控制器表指针：指向与该设备相连的控 制器控制表的指针制器控制表的指针2.2.控制器控制表和通道控制表控制器控制表和通道控制表1）控制器控制表）控制器控制表(COCT)：每个控制器一张每个控制器一张COCT，记录控制器使用情况记录控制器使用情况2）通道控制表）通道控制表(CHCT)：每个通道一张每个通道一张CHCT，记录通道使用情况记录通道使用情况控制器标识符控制器标识符控制器状态控制器状态通道表指针通道表指针队首指针队首指针队尾指针队尾指针通道标识符通道标识符通道状态通道状态控制器表指针控制器表指针队首指针队首指针队尾指针队尾指针3.3.系统设备表系统设备表1）整个系统一张）整个系统一张SDT，每个物理设备占用一每个物理设备占用一个表项，记录系统中所有设备的情况个表项，记录系统中所有设备的情况2）SDT的主要意义在于反映系统中设备资的主要意义在于反映系统中设备资源的状态源的状态表目表目1表目表目i设备类设备类设备标识符设备标识符DCT驱动程序入口驱动程序入口5.5.2 设备分配时应考虑的因素设备分配时应考虑的因素1.1.设备的固有属性设备的固有属性(1)(1)独占设备独占设备(2)(2)共享设备共享设备(3)(3)虚拟设备虚拟设备 2.设备分配算法设备分配算法(1)先来先服务先来先服务 (2)优先权最高者优先优先权最高者优先 3.3.设备分配中的安全性设备分配中的安全性（1）安全分配方式：进程发出）安全分配方式：进程发出I/O请求便阻塞，请求便阻塞，直至直至I/O操作完成被唤醒操作完成被唤醒（2）不不安安全全分分配配方方式式：进进程程发发出出第第1个个I/O请请求求后后继继续续运运行行，可可能能发发出出第第2、3个个I/O请请求求，直至请求的设备被占用时进程阻塞直至请求的设备被占用时进程阻塞5.5.3 独占设备的分配程序独占设备的分配程序1.1.基本的设备分配程序基本的设备分配程序1 1）分配设备）分配设备 根根据据物物理理设备名名查找找SDT，找找到到该设备所所连接的接的DCT，可知可知设备的的状状态：设备忙，则进程挂入设备等待队列；设备忙，则进程挂入设备等待队列；否则，计算本次分配的安全性，安全则否则，计算本次分配的安全性，安全则 分配设备，否则进程阻塞分配设备，否则进程阻塞2 2）分配控制器）分配控制器3 3）分配通道）分配通道逻辑设备名逻辑设备名LUT物理设备名物理设备名LUTSDTDCT忙？忙？T：等待：等待F：安全？：安全？F：等待：等待T：分配：分配COCT忙？忙？T：等待：等待F：分配：分配CHCT忙？忙？T：等待：等待F：分配：分配分配成功分配成功2.设备分配程序的改进设备分配程序的改进1）增加设备的独立性）增加设备的独立性 用逻辑名请求用逻辑名请求I/O，查，查LUT得物理名；得物理名；查查SDT找第找第1 个设备，忙则找第个设备，忙则找第2个个所所有该类设备均忙时，进程等待；有该类设备均忙时，进程等待；只要有设备空闲，计算安全性后实施分配。只要有设备空闲，计算安全性后实施分配。2）考虑多通路情况）考虑多通路情况 对控制器和通道也采用多通路分配，以免对控制器和通道也采用多通路分配，以免出现出现“瓶颈瓶颈”现象。现象。1.什么是什么是SPOOLing SPOOLing 技术是对脱机技术是对脱机I/O的模拟的模拟 把这种在把这种在联机联机情况下实现的同时外围操作情况下实现的同时外围操作 称为称为 SPOOLing，或或假脱机假脱机操作操作 目的：将独占设备改造成共享设备目的：将独占设备改造成共享设备 5.5.4 5.5.4 SPOOLingSPOOLing 技术技术2.SPOOLing 2.SPOOLing 系统的组成系统的组成 输入井和输出井输入井和输出井 硬盘空间硬盘空间 输入井输入井 输入磁盘输入磁盘 输出井输出井 输出磁盘输出磁盘 输入入缓冲区和冲区和输出出缓冲区冲区 内存空内存空间 输入缓冲区输入缓冲区 外围机内存外围机内存 输出缓冲区输出缓冲区 外围机内存外围机内存 输入进程输入进程SPi和输出进程和输出进程SPo 并发进程并发进程 输入进程输入进程SPi 输入外围机输入外围机 输出进程输出进程SPo 输出外围机输出外围机SPOOLingSPOOLing 系统组成示意系统组成示意所有的打印请求表构成打印请求队所有的打印请求表构成打印请求队列！列！SPiSPo输入缓冲区输入缓冲区 Bi输出缓冲区输出缓冲区Bo输出井输出井输入井输入井磁盘磁盘输入设备输入设备输出设备输出设备CPUCPU3.3.共享打印机共享打印机(1)(1)进程发出打印请求时进程发出打印请求时 SPo 将待打印的数据送入输出井将待打印的数据送入输出井 SPo 将打印请求挂入请求打印队列将打印请求挂入请求打印队列(2)(2)打印机空打印机空闲时 SPo 从打印请求队列摘取队首打印请求表从打印请求队列摘取队首打印请求表 将待打印数据由输出井传送到输出缓冲区将待打印数据由输出井传送到输出缓冲区 由打印机实现打印由打印机实现打印(3)(3)直至打印直至打印队列列为空空时，输出出进程阻塞程阻塞4.SPOOLing 系统的特点系统的特点 提高了提高了I/O速度，但并未提高速度，但并未提高CPU速度速度 将独占设备改造为共享设备将独占设备改造为共享设备 实现了虚拟设备功能实现了虚拟设备功能5.6.1 5.6.1 磁盘性能简述磁盘性能简述1.1.磁盘的格式磁盘的格式 磁盘由若干磁盘片组成磁盘由若干磁盘片组成 每个磁盘片划分为磁道和扇区每个磁盘片划分为磁道和扇区 信息存储在各个磁道的不同扇区上信息存储在各个磁道的不同扇区上 磁盘片的不同盘面有一个读写磁头磁盘片的不同盘面有一个读写磁头 所有磁盘片的同一磁道组成一个柱面所有磁盘片的同一磁道组成一个柱面 磁盘的物理地址格式：磁盘的物理地址格式：磁头号磁头号(盘面号盘面号)、磁道号、磁道号(柱面号柱面号)、扇区号、扇区号5.6 5.6 磁盘存储器的管理磁盘存储器的管理磁道磁道扇区扇区磁盘面结构磁盘面结构柱面柱面扇区扇区磁臂磁臂磁头磁头磁盘结构磁盘结构2.2.磁盘的类型和访问磁盘的类型和访问1 1）磁盘类型）磁盘类型 固定头磁盘固定头磁盘 移动头磁盘移动头磁盘2 2）磁盘访问）磁盘访问 磁头定位：磁头移动到指定磁道磁头定位：磁头移动到指定磁道 旋转延迟：磁头位于指定磁道后，等待指旋转延迟：磁头位于指定磁道后，等待指 定扇区从磁头下旋转经过定扇区从磁头下旋转经过 数据传送：指定扇区经过磁头下时，数据数据传送：指定扇区经过磁头下时，数据 在磁盘和内存之间传送在磁盘和内存之间传送 3.磁盘访问时间磁盘访问时间1）寻道时间）寻道时间 Ts=m*n+s2）旋转延迟时间旋转延迟时间Tr3）传输时间传输时间Tt=b/rN5.6.2 磁盘调度磁盘调度1.先来先服务先来先服务(FCFS)根据进程请求访问根据进程请求访问磁盘的先后次序进行磁盘的先后次序进行调度。调度。表面公平，未优化表面公平，未优化寻道时间。寻道时间。（从（从100号磁道开始）号磁道开始）移动距离移动距离（磁道数）（磁道数）被被访问的下一访问的下一个磁道号个磁道号555839189016015038184平均寻道长度：平均寻道长度：55.345319217270101121462.最短寻道时间最短寻道时间优先优先(SSTF)选择要求访问的选择要求访问的磁道与当前磁头所磁道与当前磁头所在磁道距离最近的在磁道距离最近的进程调度，使每次进程调度，使每次的寻道时间最短。的寻道时间最短。不能保证平均寻不能保证平均寻道时间最短。道时间最短。（从（从100100号磁道开始）号磁道开始）移动距离移动距离（磁道数）（磁道数）被被访问的下一访问的下一个磁道号个磁道号905855393818150160184平均寻道长度：平均寻道长度：27.5103231612013210243.扫描算法扫描算法(SCAN)1）进程进程“饥饿饥饿”现象现象 SSTFSSTF算法选取所要访算法选取所要访问的磁道与磁头当前所问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近的新在磁道的距离较近的新进程调度，使老进程出进程调度，使老进程出现现“饥饿饥饿”现象现象2）SCAN算法算法 不但考虑磁头距离，不但考虑磁头距离，更优先考虑磁头方向更优先考虑磁头方向(从从100#100#磁道开始，向递增方向访问磁道开始，向递增方向访问)移动距离移动距离（磁道数）（磁道数）被被访问的下一访问的下一个磁道号个磁道号150160184905855393818平均寻道长度：平均寻道长度：27.850102494323161204.循环扫描循环扫描(CSCAN)磁头只能单向移动，磁头只能单向移动，按磁道号由小到大的按磁道号由小到大的次序循环扫描。次序循环扫描。(从从100#100#磁道开始，向递增方向访问磁道开始，向递增方向访问)移动距离移动距离（磁道数）（磁道数）被被访问的下一访问的下一个磁道号个磁道号150160184183839555890平均寻道长度：平均寻道长度：35.8501024166201163325.NStepSCAN和FSCAN调度算法1）NStepSCAN算法 将磁盘请求队列分为若干长度为N的子队列，按FCFS算法依次处理这些些子队列；对每个队列的请求按SCAN算法进行处理；出现新的磁盘请求时，将新进程放入其他队列，避免出现“磁臂粘着”现象。2）FSCAN算法 将磁盘请求队列分为当前队列和新进程队列；对当前队列的请求按SCAN算法进行处理；将新的磁盘请求推迟到下一次扫描时处理。假设把一个盘块的数据输入到单缓冲区的时假设把一个盘块的数据输入到单缓冲区的时间间T为为100s，将缓冲区的数据传到用户区，将缓冲区的数据传到用户区的时间的时间M为为50s，而，而CPU对这块数据进行计对这块数据进行计算的时间算的时间C为为50s。请问：。请问：（1）系统对每一块数据的处理时间为多少？）系统对每一块数据的处理时间为多少？（2）如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每）如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每一块数据的处理时间为多少？一块数据的处理时间为多少？综合举例综合举例-1 一个硬盘的转速是5400r/m，则平均旋转延迟时间是多少？解：5400r/m=5400/(60*1000)r/ms转一圈：(60*1000)/5400=100/9ms平均旋转延迟：100/(9*2)ms=5.56ms综合举例综合举例-2 假定磁盘转速为20ms/r，每个磁道被划分为10个扇区。现有10条记录存放在同一磁道上（一条记录正好与一个扇区的大小相等），处理程序从磁盘读出一条记录需要4ms，现要求按从1到10的顺序处理这10条记录。若磁头处于首条记录的起点位置，则：综合举例综合举例-3（1）按逆时针方向依次存放这10条记录（磁盘顺时针方向旋转），处理程序读取这10条记录需要多长时间？（2）按最优化分布重新安排这10条记录，写出记录的逆时针存放顺序，并计算处理这10条记录需要的时间。1234567891018529631074（1）（2）分析：分析：数据处理时间数据处理时间=磁盘访问磁盘访问+数据处理数据处理磁盘访问时间磁盘访问时间=磁头寻道磁头寻道+旋转延迟旋转延迟+数据传输数据传输（1 1）数据传输需要）数据传输需要20/10=2ms20/10=2ms，数据传送需要，数据传送需要4ms4ms，因此处理记录需要，因此处理记录需要6ms6ms。到下一条记录的旋转延迟需要到下一条记录的旋转延迟需要2ms*8=16ms2ms*8=16ms 故以此顺序处理这故以此顺序处理这1010条记录需要：条记录需要：6+9*(16+6)=204ms6+9*(16+6)=204ms(2)(2)通过优化数据分布，减少旋转延迟时间通过优化数据分布，减少旋转延迟时间 10*6ms=60ms10*6ms=60ms注意：当未指明磁头位于首条记录起始注意：当未指明磁头位于首条记录起始 位置时，首条记录的旋转延迟按照平均位置时，首条记录的旋转延迟按照平均 旋转延迟来计算！旋转延迟来计算！因此，原题的两个问题：因此，原题的两个问题：（1 1）（）（10+610+6）+9*(16+6)=214ms+9*(16+6)=214ms（2 2）10+10*6ms=70ms10+10*6ms=70ms5.6.3 5.6.3 磁盘高速缓存磁盘高速缓存1.1.磁盘高速缓存的形式磁盘高速缓存的形式 驻留在内存的盘块看做磁盘高速缓存。驻留在内存的盘块看做磁盘高速缓存。1 1）专用磁盘高速缓存）专用磁盘高速缓存2 2）共享内存缓冲池）共享内存缓冲池2.2.数据交付方式数据交付方式 将磁盘高速缓存中的数据传送给请求进程。将磁盘高速缓存中的数据传送给请求进程。1 1）数据交付）数据交付2 2）指针交付）指针交付3.置换算法置换算法 常用的有常用的有LRU、NRU和和LFU算法。还应算法。还应考虑以下因素：考虑以下因素：1）访问频率）访问频率2）可预见性）可预见性3）数据一致性）数据一致性4.周期性地回写磁盘周期性地回写磁盘 为避免数据丢失，强制性地将高速缓存中为避免数据丢失，强制性地将高速缓存中修改过的盘块数据回写磁盘。修改过的盘块数据回写磁盘。5.6.4 5.6.4 提高磁盘提高磁盘I/OI/O速度的其他方法速度的其他方法1.1.提前读提前读 将当前块和下一个盘块的数据一起读入缓存将当前块和下一个盘块的数据一起读入缓存2.2.延迟写延迟写 缓冲区被申请时，才回写磁盘并分配缓冲区缓冲区被申请时，才回写磁盘并分配缓冲区3.3.优化物理块的分布优化物理块的分布 优化盘块分布，使磁头的移动距离最小优化盘块分布，使磁头的移动距离最小4.4.虚拟盘虚拟盘 利用内存空间仿真磁盘，用于保存临时利用内存空间仿真磁盘，用于保存临时文件，可接受磁盘的标准操作文件，可接受磁盘的标准操作5.6.5 廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列1.并行交叉存取并行交叉存取1 1）将每一盘块数据分为若干子盘块数据，再）将每一盘块数据分为若干子盘块数据，再将每个子盘块数据分布存储到不同磁盘的相将每个子盘块数据分布存储到不同磁盘的相同位置上；同位置上；2 2）采取并行传输方式，将该盘块的各子盘块采取并行传输方式，将该盘块的各子盘块数据同时向内存传输，从而减少传输时间数据同时向内存传输，从而减少传输时间123N2.RAID的分级的分级1）RAID 0级：能够并行交叉存取；级：能够并行交叉存取；2）RAID 1级：具有