Упреждающее чтение

По аналогии с системой виртуальной памяти, возможна реализация упреждающего чтения данных с диска в дисковый кэш. Так как на практике большинство файлов считываются с диска последовательно, то упреждающее чтение реализовать не очень сложно, и при этом может быть получен заметный выигрыш в производительности.

Реализация дискового кэша на основе виртуальной памяти

Работа системного дискового кэша во многом напоминает работу механизма подкачки страниц в системе виртуальной памяти. В этой связи, довольно очевидной выглядит идея поручить системе виртуальной памяти управление также и дисковым кэшем.

Системный дисковый кэш мог бы быть построен на основе механизма отображения файлов на виртуальное адресное пространство. Действительно, пользовательские процессы никогда не обращаются к данным на диске непосредственно по номерам дисковых блоков, они всегда используют для этого файлы. Всякий раз, при открытии файла, операционная система может автоматически отображать файл (фрагмент файла) на системное виртуальное адресное пространство. Затем, когда процессы формируют запросы на чтение или запись данных, операционная система может просто копировать данные из системного адресного пространства в пользовательское. При этом, для перемещения данных между дисковым накопителем и ОЗУ используются стандартные механизмы системы виртуальной памяти – выборка и замещение.

3.6 Надежность операционной системы при использовании системного дискового кэша

Системный дисковый кэш существенно повышает эффективность дисковых операций, но при этом снижает надежность работы операционной системы. Проблема связана с использованием в дисковом кэше концепции отложенной записи.

При использовании отложенной записи, многие данные, предназначенные для записи на диск, реально на диск еще не записаны и сохраняются в кэше. При корректном завершении работы операционной системы, все эти данные будут сохранены на диске перед остановкой системы. Однако в аварийной ситуации, например при внезапном прекращении подачи электропитания, данные дискового кэша будут потеряны.

При этом потеря файловых данных хоть и не желательна, но не фатальна. Возможны существенно более серьезные проблемы при потере служебных данных файловой системы, например данных, описывающих размещение файлов на диске. Это грозит крахом всей системы и потерей абсолютно всех данных на диске.

Необходимость удовлетворения противоречивых требований по производительности и надежности дисковой подсистемы, потребовало усложнения организации файловых систем. Обычным решением стало дублирование информации о размещении файлов и ведение журналов файловых систем, позволяющих выполнить откат к последнему корректному состоянию файловой системы, возможно, с потерей части данных.

Для минимизации ущерба от аварийного завершения работы системы, используется принудительная синхронизация дискового кэша с диском. Для этого, по истечению некоторого интервала времени (в современных системах 1 секунды), запускается запись на диск всех блоков дискового кэша, помеченных как модифицированные. При наличии такой синхронизации, аварийное завершение работы операционной системы не приводит к большой потере данных. В крайнем случае, будут потеряны данные последнего интервала , что в большинстве случаев некритично.

Кроме того, ряд критических дисковых операций, которые преимущественно связаны с управлением файловой системой, могут выполняться вообще без кэширования.