Раздел 4. Управление внешней памятью
4.1. Общие принципы управления внешней памятью
4.1.1. Причины необходимости управления внешней памятью
Управление внешней памятью, под которой понимаются дисковые устройства, относится к шестому уровню иерархической модели операционной среды, следующему за уровнем управления процессами.
Такое соотношение уровней имеет место потому, что управление дисковыми устройствами осуществляется процессами, выполняющимися и взаимодействующими между собой в полном соответствие с принципами, рассмотренными в разделе 3.
Мы не будем подробно останавливаться на управлении дисковыми устройствами, полагая, что этот материал больше относится к специалистам по вычислительной техники.
Кратко же остановимся на нем по двум причинам.
Чтобы не игнорировать уровень модели операционной среды и сохранить системность ее описания;
Чтобы дать общее представление о проблемах, возникающих при управлении дисковыми устройствами, и методах их решения.
Отметим также, что в многозадачных системах, где достаточно вероятны одновременные запросы нескольких процессов к одному дисковому устройству, выбор рациональных алгоритмов управления дисковыми устройствами может благоприятно повлиять на эффективность функционирования всей системы.
Мы проведем обзор двух классов дисковых устройств:
диски с фиксированными головками чтения/записи;
диски с подвижными головками чтения/записи.
Качество устройств первого класса выше, но и стоимость их также выше.
Далее мы рассмотрим особенности организации каждого из устройств.
4.1.2. Диски с фиксированными головками чтения/записи
Диск всегда организован в виде дорожек и секторов.
В диске с фиксированными головками на каждую дорожку приходится одна головка чтения/записи.
В таком диске отсутствует радиальное перемещение головок, что хорошо, поскольку радиальное перемещение является наиболее технологически трудоемким видом перемещения.
Работой диска управляет программа, называемая драйвером диска.
Прикладные процессы обмениваются данными с диском, делая запросы к драйверу.
Запрос включает в себя:
направление передачи;
адрес на диске;
адрес в оперативной памяти.
В многозадачной системе запросов может быть много, поэтому они устанавливаются в очереди запросов.
Существует два способа формирования очередей запросов к диску.
Одна очередь, когда все запросы обрабатываются в порядке их поступления.
Своя очередь для каждого сектора диска. Запросы переупорядочиваются и обслуживаются с учетом текущего состояния диска.
При этом возможно уменьшение среднего времени обслуживания запросов.
Диск, использующий второй способ управления, называется страничным диском, потому что широко используется для управления страничной памятью.
Если обозначить:
N - количество секторов на дорожке;
R - время одного оборота диска; (R/N – время прохождения сектора над головкой)
- интенсивность поступления запросов;
W - среднее время обслуживания запроса,
то для двух указанных алгоритмов управления запросами приводятся следующие зависимости W от :
Т.е. для страничного диска резкое ухудшение качества обслуживания с ростом интенсивности запросов наступает существенно позднее, чем для диска с одной очередью.
Коэффициент (N+1)/2 является мерой выигрыша при переходе от одной очереди к организации очередей по секторам.