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6.1引言6.2外部存储设备6.3可靠性、可用性和可信性6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.5I/O设备与CPU和存储器的连接6.6I/O系统性能分析6.7I/O与操作系统6.1引言响应时间（ResponseTime）可靠性（Reliability）◆可切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，仍然会导致CPU处于空闲状态。例6.1假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什么变化？解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时间为：(1-10%)/10+10%=0.19即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的CPU性能浪费在I/O上。如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为：(1-10%)/100+10%=0.109而整机性能只能提高约10倍，表示有90％的性能浪费在没有改进的I/O上了。6.1.2I/O系统的可靠性6.2外部存储设备6.2.1磁盘设备1.磁盘占据着非挥发性存储器的主宰地位◆它是存储层次中主存的下一级存储层次，是虚拟存储器技术的物质基础；◆它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。2.分类◆软盘◆硬盘（主要介绍）3.磁盘的结构组成磁盘的盘片、磁道和扇区◆盘片盘片的数量：1～12片转速：3600～15000转盘径：1.0英寸(25.4厘米)～3.5英寸(8.9厘米)◆磁道和柱面：每面5000～30000道◆扇区：每道100～500个盘片4.磁盘的性能(1)访问时间磁盘的工作过程：磁头首先移动到目标磁道上使期望的扇区旋转到磁头下读取扇区中的数据工作均在磁盘控制器的控制下完成(2)磁盘容量磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。◆受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数目有限：3～4片◆提高单碟容量的途径有两个：提高道密度和提高位密度目前的单碟容量几乎都在20GB以上，主流3.5英寸硬盘的单碟容量已经达到了80GB。(3)数据传输率◆数据访问过程从盘面上读出的数据首先要送到磁盘缓冲存储器，再从缓冲存储器经过接口送到主机。◆外部传输率◆内部传输率硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出，交给硬盘上的缓冲存储器的速度；内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁盘位密度之积。◆提高内部传输率提高转速提高记录密度：局部响应最大似然PRML技术(4)磁盘Cache◆可以弥补磁盘和主存之间的速度差距◆利用被访问数据的局部性原理◆磁盘容量的提高通常用面密度来衡量面密度为单位面积可以记录的数据位数面密度＝磁盘面的道密度×磁道的位密度◆容量不断提升，每位价格不断下降。图6.1磁盘价格的变化◆“访问时间差距”问题磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要求差距太大。图6.2磁盘和半导体存储器之间的访问时间差距6.2.2Flash存储器◆工作原理同E2PROM，容量比E2PROM大。◆与磁盘相比的主要特点：6.2.3磁带设备磁盘和磁带在性能价格比上的差异主要取决于它们的机械构成。◆磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介质被封装在每个读部件内，提供ms级的随机访问；◆磁带绕在可转动轴上，一个读部件可以使用多盘磁带(没有长度限制)，但磁带需要顺序访问，每次访问都可能需要较长的反绕、退出和加载时间，等待时间较长(数秒)。采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和可靠性；采用自动管理磁带的大容量磁带库。可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易磨损等问题。6.2.4光盘设备◆使用激光作为读出数据手段的设备，无论使用磁记录介质还是使用光记录介质。◆分类：1.光盘塔◆光盘塔实际上是多个CD-ROM放在一起，再加上相应的控制器和网络连接设备，构成一个网络存储设备。◆许多光盘机通过标准接口(如SCSI)电缆连接起来，一根典型的SCSI接口电缆可以连接7台光盘机，用软件控制读写其中某一台◆优点：结构简单、造价低；读取光盘速度快。◆缺点：容量较小；手动换盘。2.光盘库◆光盘库是一种能自动把机框中存放的许多片光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。◆优点：存储量大，光盘自动更换。◆缺点：机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。只能同时支持几张光盘的在线访问。3.光盘阵列◆阵列技术：将数据分布到多个光盘机中，并对数据的冗余信息加以存储。◆光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题6.3可靠性、可用性和可信性1.故障、错误和失效之间的关系(1)一个故障可能会导致一个或者多个错误；(2)错误通常具有以下特性◆错误在潜在状态和有效状态间相互转换；◆潜在的错误可能通过激活而有效；◆有效错误的影响可以传递，引起新的错误。(3)如果错误影响到部件正常的服务时，部件就发生了失效；(4)系统中的所有部件的故障、错误和失效均存在这样的关系。2.故障的分类(1)按故障产生的原因分◆硬件故障