浙江工商大学-计算机体系结构-第6章存储系统

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1、第6章存储系统磁盘存储的高级话题实际故障的定义和实例I/O性能可靠性评测排队论简介相关问题I/O系统设计与评价6.1简介问题引出信息技术的关注点已从计算变为通信和存储,它强调可靠性、可测量性以及性价比。人们可以容忍程序出现失败,但丢失数据是人们绝对不能接受的。因此,相对于计算机其他部件,存储系统需要更高的可靠性标准。6.2磁盘存储的高级话题磁盘和DRAM的比较磁盘在二级存储器中的主导地位曾受到多次挑战,一个主要原因是图6.1所示的磁盘和DRAM在访问时间上的差距。DRAM比磁盘快十万倍,这种性能优势的代价是DRAM在每GB价格上比磁

2、盘贵30-150倍。二者带宽上的差距更加复杂,DRAM相对于磁盘来说,每GB的带宽高出500倍,每1美元带宽高出14倍。6.2磁盘存储的高级话题磁盘和DRAM的比较目前还没有能够挑战磁盘二级存储地位的产品在市场上出现,即使有新产品问世,到那时DRAM和磁盘已经会有长足的改进,价格也会相应降低。近期出现的闪存是一种具有竞争力的技术。这种半导体存储器是永久性存储器,它与磁盘有同样的带宽,但却比磁盘快100-1000倍。与磁盘和DRAM不同的是,闪存每位只能重复擦写100万次左右,这是其无法应用于桌面系统的原因。6.2磁盘存储的高级话题磁

3、盘功耗和处理器一样,磁盘的功耗也在不断增加,总体上磁盘直径越小就越节省功耗,较小的盘片、较慢的转速和较少的盘片数量都能降低磁盘电机的功耗,而电机的功耗占了所有功耗的大部分比例。6.2磁盘存储的高级话题磁盘阵列的高级话题磁盘阵列可以有效地提高存储系统的性能和可靠性。使用磁盘阵列的主要原因是可以使用多个磁盘驱动器,比一个大驱动器可以更大程度提高磁盘潜在的吞吐率。磁盘阵列的缺点是多个设备导致可靠性降低,但通过添加冗余磁盘可以提高可靠性6.2磁盘存储的高级话题磁盘阵列的高级话题廉价磁盘冗余阵列简称RAID,也称为独立磁盘冗余阵列,由于RAI

4、D具有恢复错误的能力和高吞吐量,所以更具吸引力;加上体积小和功耗低的优势,使得RAID在大规模存储系统中占统治地位。RAID的各种标准可参考图6.46.3实际故障的定义几个概念存储器最重要的任务是不论发生什么事情,都能保证存储的信息不会丢失。可靠性:用于表示提供服务的质量,“可靠性”可用“信任”代替。错误、差错、故障:程序中的错误称为错误,其结果是产生软件中的差错,当差错造成的错误数据影响到所提供的服务时,就发生了故障。6.3实际故障的定义错误差错故障错误、差错和故障三者之间的联系如下:1、一个错误产生一个或多个隐藏的差错。2、差错

5、的特点是:当服务器启动时才起作用;在隐藏和有效两个状态间循环;现行差错会在模块间传播造成新的差错。3、当差错影响到所提供的服务时,就产生故障4、这些特点是递归的,适用于系统中各个模块6.3实际故障的定义错误差错故障按照错误发生的原因,可分为4类:1、硬件错误设备发生故障2、设计错误多为软件错误3、操作错误操作和维护人员的失误4、环境错误地震、停电等故障根据其持续时间分为短暂故障、间歇故障和永久故障。6.4I/O性能可靠性评测I/O性能衡量方法衡量I/O性能的方法与设计时的衡量方法不同,衡量I/O性能,一个是它的多样性,另一个是它的能

6、力。另外,传统性能衡量指标也可以用到I/O上,如响应时间和吞吐率。另一个衡量性能的标准是I/O操作对处理器运行的干扰。传输数据会影响其他进程的运行,处理器处理I/O中断要花一定的代价。6.4I/O性能可靠性评测吞吐率与响应时间参照图6.9,吞吐率的少量提高会引起响应时间的快速增长。需要在相互冲突的需求中进行折中,可以进行人机交互,同计算机的一次交互分三部分:进入时间:用户输入命令所需的时间系统响应时间:从输入命令到显示结果所需时间用户反应时间:从接收响应结果到用户输入下一条命令的时间6.4I/O性能可靠性评测吞吐率与响应时间研究表明

7、,用户工作效率与交互时间成反比,快速响应减少了人的反应时间。直到今天,尽管处理器的速度已经提高1000倍,但响应时间通常长于1s,例如启动桌面计算机应用程序,这是由大量磁盘I/O或点击Web链接的网络延迟造成了长时间延迟。6.4I/O性能可靠性评测事务处理基准测试程序为反映响应时间对用户生产率的重要性,I/O基准测试程序提供了对于响应时间与吞吐率相互影响的新视角。事务处理主要关心I/O频率,事务处理通常包括对大量共享信息的改动,且系统保证发生故障时可以做出正确的动作,比如客户在ATM机上取钱等。6.4I/O性能可靠性评测事务处理基准

8、测试程序通过TPC-C测试程序来了解基准测试程序的特点。TPC-C使用数据库来模拟一个批发商的订单入口环境,包括登记和发送订单、支付记录、检查订单状态和监控仓库存货水平。它同时运行5个具有可变复杂度的并发事务,数据库中包含9张表。TP

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