增量式索引組織方式

第八章磁盤存儲器的管理目標(biāo)：掌握文件存儲的基本概念和實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配連續(xù)分配：連續(xù)分配是何種為文件分配存儲塊的方式？如何對連續(xù)分配的文件進(jìn)行順序訪問或隨機(jī)訪問？這種分配方式有何優(yōu)缺點(diǎn)？鏈接分配：鏈接分配是何種為文件分配存儲塊的方式？隱式鏈接分配方式是為了解決什么問題而引入的，它有何不足之處？顯式鏈表結(jié)構(gòu)是如何解決上述不足的，它較適合用哪種場合？這兩種分配方式是如何將多個(gè)離散的盤塊鏈成一個(gè)鏈表的。索引分配：索引分配是何種為文件分配存儲塊的方式？為什么要引入索引分配方式，采用索引分配方式時(shí)應(yīng)如何對文件進(jìn)行訪問？當(dāng)文件很大時(shí)又應(yīng)如何處理？混合索引分配方式是為了解決什么問題而引入的？此時(shí)，應(yīng)如何將文件的邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址？本章要點(diǎn)（1/5）位示圖法和成組鏈接法位示圖法：位示圖法的概念。使用位示圖如何來進(jìn)行磁盤塊的分配或回收，這種管理方式有何優(yōu)點(diǎn)？成組鏈接法：成組鏈接法的概念。它是如何將盤塊進(jìn)行分組并將各個(gè)盤塊組鏈成一個(gè)成組鏈的？它應(yīng)如何進(jìn)行盤塊的分配和回收，這種管理方式有什么優(yōu)點(diǎn)？本章要點(diǎn)（2/5）磁盤容錯(cuò)技術(shù)SFT-I：引入SFT-I的目的是什么？雙份目錄和雙份文件分配表措施主要是用來解決什么問題？熱修復(fù)重定向和寫后讀校驗(yàn)措施又是用來解決什么問題，它們分別是如何解決上述問題？SFT-II：引入SFT-II的目的是什么？磁盤鏡像可用來解決什么問題？它對磁盤I/O的速度有什么影響？而磁盤雙工是為了解決什么問題而引入的，它對磁盤I/O的速度又有哪些影響？本章要點(diǎn)（3/5）文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性事務(wù)：事務(wù)的概念。事務(wù)是如何保證數(shù)據(jù)的一致性的？事務(wù)操作和原語操作之間存在著什么區(qū)別？在事物操作中引入檢查點(diǎn)主要是為了解決什么問題？為什么多個(gè)事務(wù)的執(zhí)行具有順序性？如何實(shí)現(xiàn)事務(wù)的順序性？盤塊號的一致性檢查：盤塊一致性檢查的目的是什么？盤塊號一致性檢查軟件應(yīng)如何設(shè)置每個(gè)盤塊的空閑盤塊號計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)盤塊號計(jì)數(shù)器的值，為什么這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值必須互補(bǔ)？在檢查過程中可能出現(xiàn)哪些異常現(xiàn)象，分別應(yīng)如何解決？本章要點(diǎn)（4/5）文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性鏈接計(jì)數(shù)的一致性檢查：為什么要引入鏈接計(jì)數(shù)的一致性檢查？一致性檢查軟件是通過什么和文件索引結(jié)點(diǎn)中的鏈接計(jì)數(shù)字段的比較來進(jìn)行一致性檢查的？在檢查過程中可能會出現(xiàn)哪些異?，F(xiàn)象，分別應(yīng)如何解決？本章要點(diǎn)（5/5）8.1外存的組織方式8.2文件存儲空間的管理

8.3提高磁盤I/O速度的途徑8.4提高磁盤可靠性的技術(shù)8.5數(shù)據(jù)一致性控制本章內(nèi)容對磁盤存儲器管理的主要任務(wù)和要求是：有效地利用存儲空間；采用合理的文件分配方式提高磁盤的I/O速度；采用磁盤調(diào)整緩存等提高磁盤系統(tǒng)的可靠性。冗余措施后備系統(tǒng)8磁盤存儲器的管理8.1外存的組織方式8.1外存的組織方式

連續(xù)組織方式需要連續(xù)的磁盤空間文件物理結(jié)構(gòu)是順序式的文件結(jié)構(gòu)鏈接組織方式可以為文件分配不連續(xù)的磁盤空間，用鏈接指針鏈接文件物理結(jié)構(gòu)是鏈接式文件結(jié)構(gòu)索引組織方式可以為文件分配不連續(xù)的磁盤空間，采用索引組織方式文件物理結(jié)構(gòu)是索引式文件結(jié)構(gòu)常用的外存組織方式有：8.1.1連續(xù)組織方式

連續(xù)分配方式（磁帶，磁盤都可采用）每個(gè)文件分配一組相鄰盤塊，通常位于一條磁道上。文件結(jié)構(gòu)：順序文件結(jié)構(gòu)物理文件：順序文件文件對應(yīng)目錄項(xiàng)（屬性）中包含：始址、總塊數(shù)、最后一塊字節(jié)數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：順序訪問容易；訪問速度快缺點(diǎn)：要求連續(xù)空間，一段時(shí)間后需利用緊湊消除磁盤碎片必須事先知道文件長度，文件不易動態(tài)增長；為保持有序性，文件不能靈活地刪除和插入記錄。圖8-1磁盤空間的連續(xù)組織方式連續(xù)分配方式

圖8-1磁盤空間的連續(xù)組織方式（緊湊之后）連續(xù)分配方式

8.1.2鏈接組織方式鏈接組織方式將一個(gè)文件放在不連續(xù)的物理塊中，每個(gè)物理塊通過指針鏈接起來。優(yōu)點(diǎn)：消除了外部碎片，提高了外存利用率；方便對文件進(jìn)行插入、刪除和修改記錄操作。無須事先知道文件長度，根據(jù)文件當(dāng)前需要分配必須的盤塊；動態(tài)增長時(shí)可再分配盤塊；缺點(diǎn)：不能支持高效地直接存取鏈接方式又可分為以下兩種：隱式鏈接顯式鏈接文件目錄的每個(gè)目錄項(xiàng)中，都含有指向鏈接文件第一個(gè)盤塊和最后一個(gè)盤塊的指針。特點(diǎn)：只適合順序訪問，對隨機(jī)訪問效率極低；只通過鏈接指針來將一大批離散的盤塊鏈接起來，可靠性較差。1、隱式鏈接

1、隱式鏈接

圖8-2磁盤空間的鏈接式分配塊號下一頁下一頁的指針（塊號）9116162113101042525無-10123頁4把用于鏈接的指針顯式存放在內(nèi)存的一張表(FAT)中，查找在內(nèi)存中進(jìn)行。利用文件分配表FAT，記錄文件的盤塊號。2、顯式鏈接

圖8-3顯式鏈接結(jié)構(gòu)8.1.3FAT技術(shù)微軟公司早、中期推出的操作系統(tǒng)都是采用FAT技術(shù)MSDOS：FAT12、FAT16Windows95、Windows98：FAT32WindowsNT/2000/XP：NTFSFAT引入了卷；支持將一個(gè)物理磁盤分成四個(gè)邏輯磁盤，每個(gè)邏輯磁盤就是一個(gè)卷（也稱分區(qū)）；一個(gè)卷中包含了文件信息、一組文件以及空閑空間；每個(gè)卷專門有一個(gè)單獨(dú)的區(qū)存放目錄、FAT表和邏輯驅(qū)動器字母。圖8-4MS-DOS的文件物理結(jié)構(gòu)1、FAT12早期的FAT12文件系統(tǒng)以盤塊為基本分配單位每個(gè)分區(qū)都配有兩張相同的文件分配表FAT1和FAT2FAT的每個(gè)表項(xiàng)中存放下一個(gè)盤塊號文件的第一個(gè)盤塊號放在文件的FCB中每個(gè)FAT表項(xiàng)為12位，最多允許有4096個(gè)表項(xiàng)，假定每個(gè)盤塊為512B，每個(gè)磁盤分區(qū)的容量為2MB，一個(gè)物理磁盤最大的容量為8MB1、FAT12以簇為單位的FAT12文件系統(tǒng)簇(cluster)是一組相鄰的扇區(qū)，為一個(gè)虛擬扇區(qū)；以簇作為盤塊分配的基本單位；簇的大小一般是2n個(gè)盤塊MS-DOS中簇的容量：1、2、4、8個(gè)扇區(qū)優(yōu)點(diǎn)：FAT表占用的存儲空間減少；減少訪問FAT表的存取開銷。缺點(diǎn)：簇內(nèi)碎片增大；磁盤容量受限，通常只能為數(shù)十MB只支持短文件名（8+3）。如果簇的容量為8個(gè)扇區(qū)，則一個(gè)物理磁盤最大的容量為?答案為：最大分區(qū)空間為212*8*512B=16MB；物理磁盤最大容量為64MB2、FAT16每個(gè)FAT表項(xiàng)為16位，最多允許有65536(64K)個(gè)表項(xiàng)簇的容量：4、8、…、64個(gè)扇區(qū)可以管理的最大分區(qū)空間：64KB*64*512B=2GB3、FAT32每個(gè)FAT表項(xiàng)為32位，每一簇在表項(xiàng)中占4字節(jié)簇的容量：4KB~32KB（即8~64個(gè)扇區(qū)）可以管理的最大分區(qū)空間：232-4*4KB=1TB（設(shè)簇的容量為4KB）缺點(diǎn)：文件分配表的擴(kuò)大，使得運(yùn)行速度慢于FAT32；FAT32有最小管理空間的限制(4KB)，不支持容量小于512MB的分區(qū)；單個(gè)文件的長度不能大于4GB；不能保持向下兼容。扇區(qū)容量扇區(qū)數(shù)（盤塊數(shù)）FAT12FAT16FAT320.5KB12MB1KB24MB2KB48MB128MB4KB816MB256MB1TB8KB16512MB2TB16KB321024MB（1GB）2TB32KB642048MB（2GB）2TB圖8-5FAT中簇的大小與最大分區(qū)的對應(yīng)關(guān)系8.1.4NTFS的文件組織方式使用64位磁盤地址；支持長文件名：單個(gè)文件名255個(gè)字符以內(nèi)；全路徑名為32767個(gè)字符。具有系統(tǒng)容錯(cuò)功能；能保證系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性；提供了對文件加密、壓縮等功能。1、NTFS新特征以簇作為磁盤空間分配和回收的基本單位卷上簇的大小也稱為“卷因子”，由格式化命令指定；簇的大小可以為：512B、1KB、…、64KB；≤512MB的小磁盤，默認(rèn)簇大小為512字節(jié)；1GB的磁盤，默認(rèn)簇大小為1KB2GB的磁盤，默認(rèn)簇大小為4KB簇的定位采用邏輯簇號(LCN)或虛擬簇號(VCN)LCN以卷為單位，整個(gè)卷中所有的簇按順序編號VCN以文件為單位，屬于某個(gè)文件的簇按順序編號2、磁盤組織以卷為單位，卷中所有文件信息、目錄信息及可用的未分配空間信息，均以記錄的形式存儲在MFT中。主控文件表(MFT)每個(gè)文件一條記錄；MFT本身占有一條記錄；每條記錄固定為1KB；每條記錄稱為一個(gè)文件的元數(shù)據(jù)，也稱文件控制字；每個(gè)元數(shù)據(jù)都將其對應(yīng)文件的所有信息（包括文件的內(nèi)容等）組織在所對應(yīng)文件的一組屬性中：文件小，屬性直接記錄在元數(shù)據(jù)中；文件大，元數(shù)據(jù)中只記錄文件的一部分屬性，其余的保存在其他簇中，將鏈接指針存在元數(shù)據(jù)中。3、文件組織8.1.5索引組織方式

鏈接組織方式存在的問題：不能高效直接存??；FAT需占較大的內(nèi)存。解決方案：為每個(gè)文件分配一個(gè)索引塊，記錄文件的所有盤塊號。特點(diǎn)：支持直接訪問：文件較大時(shí)有利；文件較小時(shí)浪費(fèi)外存空間（還需為小文件建索引塊）1、單級索引組織方式圖8-6索引分配方式1、單級索引組織方式單級索引組織方式存在的問題：當(dāng)文件較大時(shí)，索引塊太多，查找速度減慢解決方案：當(dāng)索引太大時(shí)，則需建立多級索引設(shè)一個(gè)盤塊大小為1KB，每個(gè)盤塊號占4byte。則2級索引存放的文件的盤塊號總數(shù)為：256×256=64K，故文件的最大長度為64K×1KB=64MB設(shè)一個(gè)盤塊大小為4KB，每個(gè)盤塊號占4byte。則2級索引存放的文件的盤塊號總數(shù)為：1KB×1KB=1MB，故文件的最大長度為1M×4KB=4GB2、多級索引組織方式2、多級索引組織方式圖8-7兩級索引分配增量式索引組織式的基本思想直接尋址：對于小文件（最多占10個(gè)盤塊），將文件的每一個(gè)盤塊地址都直接放到FCB（或索引結(jié)點(diǎn)）中；一次間址：對中等文件，采用單級索引組織方式，F(xiàn)CB中存放的是文件的索引表；二次/三次間址：對大型和特大型文件，采用兩級和三級索引組織方式。增量式索引組織方式：又稱為混合組織方式，既采用了直接尋址方式，又采用了單級和多級索引組織方式（間接尋址）。UNIX系統(tǒng)中采用了這種組織方式。3、增量式索引組織方式UNIXSystemV的組織方式索引結(jié)點(diǎn)設(shè)有13個(gè)地址項(xiàng)，iaddr(0)~iaddr(12)；設(shè)每個(gè)盤塊大小為4KB，一索引項(xiàng)占4字節(jié)；直接地址：用iaddr(0)~iaddr(9)來存放直接地址，稱為直接盤塊號，小文件（<40K)可直接從索引結(jié)點(diǎn)讀出文件的全部盤塊。一次間接地址：利用索引結(jié)點(diǎn)中的地址項(xiàng)iaddr(10)來提供一次間址，一次間址塊可存放1K個(gè)盤塊號，允許文件長達(dá)4MB。多次間接地址：當(dāng)文件長度大于4MB+40KB時(shí)，用地址項(xiàng)iaddr(11)提供二次間址，文件最大長度可達(dá)4GB。地址項(xiàng)iaddr(12)作為三次間接地址，其所允許的文件最大長度可達(dá)4TB。3、增量式索引組織方式圖8-8混合索引方式8.2文件存儲空間的管理8.2文件存儲空間的管理為文件分配磁盤時(shí)，需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：文件分配表（FAT）磁盤分配表（DAT）磁盤空間的基本分配單位：磁盤塊文件存儲空間的管理方法：空閑表法和空閑鏈表法位示圖法成組鏈接法8.2.1空閑表法和空閑鏈表法

1、空閑表法（屬于連續(xù)分配方式）分配：首次/循環(huán)首次/最佳/最壞回收：判斷是否合并。由于連續(xù)分配比較快，因此對對換空間及小文件的管理適用。圖8-9空閑盤塊表序號第一空閑盤塊號空閑盤塊數(shù)12429331554——2、空閑鏈表法空閑盤塊鏈將磁盤上的所有空閑空間以盤塊為單位串成一條鏈，每一個(gè)盤塊都有指向后繼盤塊的指針。優(yōu)點(diǎn)：用于分配和回收一個(gè)盤塊的過程非常簡單缺點(diǎn)：可能該鏈很長，在為一個(gè)文件分配盤塊時(shí)，可能要重復(fù)操作多次，分配和回收效率很低。空閑盤區(qū)鏈將磁盤上的所有空閑盤區(qū)串成一條鏈，每個(gè)盤區(qū)含有：用于指示下一個(gè)空閑盤區(qū)的指針、指明本盤區(qū)大小的信息一個(gè)盤區(qū)含多個(gè)盤塊，類似于內(nèi)存分區(qū)分配與回收(合并)分配通常采用首次適應(yīng)算法，為了提高對空閑盤區(qū)的檢索速度，可采用顯式鏈接方法。8.2.2位示圖法位示圖是利用二進(jìn)制的一位來表示磁盤中的一個(gè)盤塊的使用情況，0表示盤塊空閑，1表示已分配。1、位示圖圖8-10位示圖2、盤塊的分配：順序掃描，找一個(gè)或一組=0的塊；根據(jù)找到的行/列得以盤塊號。b=n(i-1)+j；(n代表每行的位數(shù))修改位圖，令map[i,j]=1。3、盤塊的回收：由磁塊號得(i,j)i=(b-1)div(n+1)j=(b-1)mod(n+1)修改位圖：令map[i,j]=0特點(diǎn)：易于訪問；占空間少，可放入內(nèi)存，查找速度快。8.2.3成組鏈接法

空閑表法和空閑鏈表法都不適用于大型文件系統(tǒng)。UNIX系統(tǒng)中采用的是成組鏈接法，將上述兩種方法相結(jié)合形成一種空閑盤塊管理方法。s-nfree:空閑塊數(shù)s_free[100]：空閑塊塊號s_flock：鎖位空閑盤塊號棧文件區(qū)中的所有空閑盤塊，被分成若干個(gè)組將每一組含有的盤塊總數(shù)N和該組所有的盤塊號，記入其前一組的第一個(gè)盤塊的S.free(0)~S.free(99)中。將第一組的盤塊總數(shù)和所有的盤塊號，記入空閑盤塊號棧中，作為當(dāng)前可供分配的空閑盤塊號。最末一組只有99個(gè)盤塊，其盤塊號分別記入其前一組的S.free(1)~S.free(99)中。1、空閑盤塊的組織

1、空閑盤塊的組織圖8-11空閑盤塊的成組鏈接法2、空閑盤塊的分配與回收1）分配首先檢查空閑盤塊號棧是否上鎖，如未上鎖，便從棧頂取出一空閑盤塊號，將與之對應(yīng)的盤塊分配給用戶，然后將棧頂指針下移一格。若該盤塊號已是棧底，即S.free(0)，這是當(dāng)前棧中最后一個(gè)可分配的盤塊號。由于在該盤塊號所對應(yīng)的盤塊中記有下一組可用的盤塊號，因此，須調(diào)用磁盤讀過程，將棧底盤塊號所對應(yīng)盤塊的內(nèi)容讀入棧中，作為新的盤塊號棧的內(nèi)容，并把原棧底對應(yīng)的盤塊分配出去。然后，再分配一相應(yīng)的緩沖區(qū)(作為該盤塊的緩沖區(qū))。最后，把棧中的空閑盤塊數(shù)減1并返回。2、空閑盤塊的分配與回收

2）回收將回收盤塊的盤塊號記入空閑盤塊號棧的頂部，并執(zhí)行空閑盤塊數(shù)加1操作。當(dāng)棧中空閑盤塊號數(shù)目已達(dá)100時(shí)，表示棧已滿，便將現(xiàn)有棧中的100個(gè)盤塊號，記入新回收的盤塊中，再將其盤塊號作為新棧底。8.3提高磁盤I/O速度的途徑8.3提高磁盤I/O速度的途徑提高對文件的訪問速度，有三種途徑：改進(jìn)文件的目錄結(jié)構(gòu)以及檢索目錄的方法，以減少對目錄的查找時(shí)間；選取好的文件存儲結(jié)構(gòu)，以提高對文件的訪問速度；提高磁盤的I/O速度，能將文件中的數(shù)據(jù)快速地從磁盤傳送到內(nèi)存中。最主要的技術(shù)是采用磁盤高速緩存。8.3.1磁盤高速緩存(DiskCache)磁盤高速緩存是指在內(nèi)存中為磁盤盤塊設(shè)置的一個(gè)緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)中保存了某些盤塊的副本；邏輯上是磁盤、物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊；固定大小和可變大小。設(shè)計(jì)磁盤高速緩存時(shí)需要考慮的問題：如何將磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請求進(jìn)程；采用什么樣的置換策略；已修改的盤塊數(shù)據(jù)在何時(shí)被寫回磁盤。數(shù)據(jù)交付：指將磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請求者進(jìn)程數(shù)據(jù)交付方式：數(shù)據(jù)交付：直接將高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送到請求者進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)中。指針交付：只將指向高速緩存中某區(qū)域的指針交付給請求者進(jìn)程。常用算法：最近最久未使用算法LRU最近未使用算法NRU最少使用算法LFU1、數(shù)據(jù)交付方式2、置換算法置換時(shí)需考慮的因素：訪問頻率；可預(yù)見性；數(shù)據(jù)的一致性。置換的策略：對于會嚴(yán)重影響到數(shù)據(jù)一致性的盤塊數(shù)據(jù)和很久都可能不再使用的盤塊數(shù)據(jù)，都放在LRU鏈的頭部，使它們優(yōu)先寫回磁盤。經(jīng)常被訪問的盤塊一直保留在調(diào)整緩存中，會移至LRU的鏈尾；一直未被訪問的元素有可能移到鏈?zhǔn)?，會被寫回磁盤。在UNIX中用系統(tǒng)調(diào)用SYNC實(shí)現(xiàn)2、置換算法3、周期性地寫回磁盤

8.3.2提高磁盤I/O速度的其它方法提前讀延遲寫訪問頻率高的磁盤塊放在替換隊(duì)列的尾部，減少回寫次數(shù)優(yōu)化物理塊的分布目的是減小磁頭移動距離簇分配方式：一個(gè)簇為多個(gè)連續(xù)的塊虛擬盤虛擬盤：利用內(nèi)存空間仿真磁盤，又稱為RAM盤虛擬盤可以接受所有標(biāo)準(zhǔn)的磁盤操作，常用于存放臨時(shí)文件和磁盤高速緩存區(qū)別：虛擬盤由用戶控制；磁盤高速緩存由系統(tǒng)控制。8.3.3廉價(jià)磁盤冗余陣列

廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisk）：是利用一臺磁盤陣列控制器，來統(tǒng)一管理和控制一組（幾臺到幾十臺）磁盤驅(qū)動器，組成一個(gè)高度可靠的、快速的大容量磁盤系統(tǒng)1、并行交叉存取

圖8-12磁盤并行交叉存取方式通過把多個(gè)磁盤組織在一起，作為一個(gè)邏輯卷提供磁盤跨越功能。通過把數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并行寫入/讀出多個(gè)磁盤，以提高訪問磁盤的速度。通過鏡像或校驗(yàn)操作，提供容錯(cuò)能力。2、RAID的分級RAID0僅提供并行交叉存取。具有并行讀寫功能，提高了磁盤的I/O速度，但無冗余校驗(yàn)功能。RAID1提供磁盤鏡像功能。具有并行讀寫功能，提高了磁盤的I/O速度，但磁盤的利用率僅50%。RAID3具有并行傳輸功能的磁盤陣列。用一臺奇偶校驗(yàn)盤容錯(cuò)。RAID5具有獨(dú)立傳輸功能的磁盤陣列。每個(gè)驅(qū)動區(qū)有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道。無專門的校驗(yàn)盤，校驗(yàn)信息以螺旋方式分布在每個(gè)盤上。RAID6RAID7RAID6設(shè)有一個(gè)專用的、快速訪問的異步校驗(yàn)盤。RAID7是對RAID6的改進(jìn)。所有盤都有較高的傳輸率及優(yōu)異的性能提供并行交叉存?。荒苡行岣叽疟PI/O速度；無冗余校驗(yàn)功能，磁盤系統(tǒng)的可靠性差。RAID0中邏輯磁盤與物理磁盤間的映射關(guān)系具有鏡像功能；具有并行讀寫功能，提高了磁盤的I/O速度，但磁盤的利用率僅50%。采用了早期的錯(cuò)誤檢測與修正技術(shù)----漢明碼（HammingCode）校驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行即時(shí)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，冗錯(cuò)性較好；一個(gè)硬盤在一個(gè)時(shí)間只存取一位的信息，但具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率；RAID2中的硬盤數(shù)量取決于所設(shè)定的數(shù)據(jù)存儲寬度；系統(tǒng)成本極高，對冗余的數(shù)據(jù)傳輸率要求較高。注：漢明碼的數(shù)量與數(shù)據(jù)位的數(shù)量之間比例公式為，2P≥P+D+1，P代表漢明碼的個(gè)數(shù)，D代表數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)具有并行傳輸功能的磁盤陣列；用一臺奇偶校驗(yàn)盤容錯(cuò)；磁盤利用率為（N-1）/N；常用于科學(xué)計(jì)算和圖像處理。獨(dú)立的數(shù)據(jù)硬盤與共享的校驗(yàn)硬盤；按數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行存儲；在不同硬盤上的同級數(shù)據(jù)塊也都通過XOR進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果保存在單獨(dú)的校驗(yàn)盤；相對較高的讀取傳輸率，極差的寫入傳輸率（在寫入時(shí)要等一個(gè)硬盤寫完后才能寫一下個(gè)，并且還要寫入校驗(yàn)數(shù)據(jù)）。具有獨(dú)立傳輸功能的磁盤陣列；每個(gè)驅(qū)動區(qū)有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道；無專門的校驗(yàn)盤，校驗(yàn)信息以螺旋方式分布在每個(gè)盤上；常用于I/O較頻繁的事務(wù)處理。設(shè)置了一個(gè)專用的、可快速訪問的異步校驗(yàn)盤；具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)訪問通道；具有比RAID3級及RAID5級更好的性能，但性能改進(jìn)很有限；價(jià)格昂貴。3、RAID的優(yōu)點(diǎn)

可靠性高。(2)

磁盤I/O速度高。(3)性能/價(jià)格比高。

8.4提高磁盤可靠性的技術(shù)8.4提高磁盤可靠性的技術(shù)確保文件系統(tǒng)安全性措施：存取控制機(jī)制：防止人為因素系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)：防止系統(tǒng)因素后備系統(tǒng)：防止自然因素容錯(cuò)技術(shù)：通過在系統(tǒng)中設(shè)置冗余部件的辦法，提高系統(tǒng)可靠性的一種技術(shù)。磁盤容錯(cuò)技術(shù)：通過增加冗余的磁盤驅(qū)動器、磁盤控制器等，來提高磁盤系統(tǒng)的可靠性的一種技術(shù)。磁盤容錯(cuò)技術(shù)分為三級：SFT-I是低級磁盤容錯(cuò)技術(shù)SFT-II是中級磁盤容錯(cuò)技術(shù)SFT-III是系統(tǒng)高級容錯(cuò)技術(shù)SFT-I是最基本的磁盤容錯(cuò)技術(shù)，主要用于防止磁盤表面發(fā)生缺陷所引起的數(shù)據(jù)丟失，包括：1、雙份目錄和雙份文件分配表2、熱修復(fù)重定向和寫后讀校驗(yàn)熱修復(fù)重定向：系統(tǒng)將磁盤容量的很小一部分（2%~3%）作為熱修復(fù)重定向，用于存放當(dāng)發(fā)現(xiàn)磁盤有缺陷時(shí)的待寫數(shù)據(jù)。寫后讀校驗(yàn)方式。8.4.1第一級容錯(cuò)技術(shù)SFT-ISFT-II主要用于防止磁盤驅(qū)動器和磁盤控制器故障所引起的系統(tǒng)不正常工作，包括：1、磁盤鏡像(DiskMirroring)圖8-13磁盤鏡像示意8.4.2第二級容錯(cuò)技術(shù)SFT-II2、磁盤雙工(DiskDuplexing)

圖8-14磁盤雙工示意集群：是一組相互獨(dú)立的、通過高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)，它們構(gòu)成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理。一個(gè)客戶與集群相互作用時(shí)，集群像是一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器。集群系統(tǒng)的工作模式有：熱備份模式互為備份模式公用磁盤模式8.4.4基于集群技術(shù)的容錯(cuò)功能兩臺完全相同的服務(wù)器，一主一從，各裝入一塊網(wǎng)卡，通過一條鏡像服務(wù)器鏈路MSL連接。平時(shí)主服務(wù)器運(yùn)行，備份服務(wù)器監(jiān)視。主服務(wù)器出現(xiàn)故障，備份服務(wù)器自動切換成主服務(wù)器。如果采用FDDI單模光纖，兩臺服務(wù)器間的距離可達(dá)20公里。系統(tǒng)中必須設(shè)置某種機(jī)制檢測主服務(wù)器中數(shù)據(jù)的改變。優(yōu)點(diǎn)：提高了可用性，易于實(shí)現(xiàn)，支持遠(yuǎn)程熱備。缺點(diǎn)：系統(tǒng)使用效率只有50%。1、雙機(jī)熱備份模式圖8-15雙機(jī)熱備份模式兩臺服務(wù)器均為在線服務(wù)器，各自完成自己的任務(wù)，它們之間通過某種專線連接；服務(wù)器上的兩臺硬盤，一個(gè)用于裝載系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序，另一個(gè)用于接收另一臺服務(wù)器發(fā)來的備份數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：兩臺服務(wù)器都可處理任務(wù)，系統(tǒng)效率高。2、雙機(jī)互為備份模式圖8-16雙機(jī)熱備份模式將多臺計(jì)算機(jī)連接到一臺公共的磁盤系統(tǒng)上，每臺計(jì)算機(jī)使用磁盤的一個(gè)卷。某臺計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，系統(tǒng)將重新進(jìn)行配置，根據(jù)某種策略選擇另一臺替代機(jī)器，替代機(jī)器對發(fā)生故障的機(jī)器的卷擁有所有權(quán)，可接替故障計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)。優(yōu)點(diǎn)：消除了信息復(fù)制的時(shí)間，減少了網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的開銷3、公用磁盤模式配備后備系統(tǒng)的原因：磁盤系統(tǒng)不夠大，無法容納系統(tǒng)運(yùn)行過程中所有的數(shù)據(jù)；措施：把暫時(shí)不需要但仍然有用的數(shù)據(jù)存放在后備系統(tǒng)中。防止系統(tǒng)發(fā)生故障或病毒。措施：將比較重要的數(shù)據(jù)存放在后備系統(tǒng)中。后備系統(tǒng)的常用設(shè)備：磁帶機(jī)硬盤光盤驅(qū)動器8.4.5后備系統(tǒng)8.5數(shù)據(jù)一致性控制8.5.1事務(wù)

1.事務(wù)的定義事務(wù)是用于訪問和修改各種數(shù)據(jù)項(xiàng)的一個(gè)程序單位。事務(wù)也可以被看作是一系列相關(guān)讀和寫操作。被訪問的數(shù)據(jù)可以分散地存放在同一文件的不同記錄中，也可放在多個(gè)文件中。只有對分布在不同位置的同一數(shù)據(jù)所進(jìn)行的讀和寫(含修改)操作全部完成時(shí)，才能再以托付操作(CommitOperation)來終止事務(wù)。只要有一個(gè)讀、寫或修改操作失敗，便須執(zhí)行夭折操作(AbortOperation)。讀或?qū)懖僮鞯氖】赡苁怯捎谶壿嬪e(cuò)誤，也可能是系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的。事務(wù)操作具有“原子性”。事務(wù)記錄存儲在穩(wěn)定存儲器中，用來記錄在事務(wù)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)項(xiàng)修改的全部信息，又稱為運(yùn)行記錄（log）。記錄包含下列字段：事務(wù)名：

用于標(biāo)識該事務(wù)的惟一名字；數(shù)據(jù)項(xiàng)名：

它是被修改數(shù)據(jù)項(xiàng)的惟一名字；舊值：

修改前數(shù)據(jù)項(xiàng)的值；新值：

修改后數(shù)據(jù)項(xiàng)將具有的值。事務(wù)記錄表中的每一記錄，描述了在事務(wù)運(yùn)行中的重要事務(wù)操作：修改操作、開始事務(wù)、托付事務(wù)、夭折事務(wù)等2、事務(wù)記錄(TransactionRecord)3、恢復(fù)算法

恢復(fù)算法可利用以下兩個(gè)過程：

(1)undo〈Ti〉。該過程把所有被事務(wù)Ti修改過的數(shù)據(jù)，恢復(fù)為修改前的值。

(2)redo〈Ti〉。該過程能把所有被事務(wù)Ti修改過的數(shù)據(jù)，設(shè)置為新值。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)應(yīng)對以前所發(fā)生的事務(wù)進(jìn)行清理。8.5.2檢查點(diǎn)

引入檢查點(diǎn)的主要目的，是使對事務(wù)記錄表中事務(wù)記錄的清理工作經(jīng)常化。事務(wù)記錄清理工作的步驟：首先是將駐留在易失性存儲器(內(nèi)存)中的當(dāng)前事務(wù)記錄表中的所有記錄，輸出到穩(wěn)定存儲器中；將駐留在易失性存儲器中的所有已修改數(shù)據(jù)，輸出到穩(wěn)定存儲器中；將事務(wù)記錄表中的〈檢查點(diǎn)〉記錄，輸出到穩(wěn)定存儲器中；每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)〈檢查點(diǎn)〉記錄時(shí)，系統(tǒng)便執(zhí)行恢復(fù)操作，利用redo和undo過程實(shí)現(xiàn)恢復(fù)功能。1、檢查點(diǎn)(CheckPoints)的作用

2、新的恢復(fù)算法

恢復(fù)例程首先查找事務(wù)記錄表，確定在最近檢查點(diǎn)以前開始執(zhí)行的最后的事務(wù)Ti。在找到這樣的事務(wù)后，再返回去搜索事務(wù)記錄表，便可找到第一個(gè)檢查點(diǎn)記錄，恢復(fù)例程便從該檢查點(diǎn)開始，返回搜索各個(gè)事務(wù)的記錄，并利用redo和undo過程對它們進(jìn)行處理。如果把所有在事務(wù)Ti以后開始執(zhí)行的事務(wù)表示為事務(wù)集T，則新的恢復(fù)操作要求是：對所有在T中的事務(wù)TK,如果在事務(wù)記錄表中出現(xiàn)了