第八章 磁盘存储器的管理
外存的组织方式
文件存储空间的管理
提高磁盘I/O速度的途径
提高磁盘可靠性的技术
数据一致性控制
连续组织方式
索引组织方式
链接组织方式
外存的组织方式：指如何为一个文件分配磁盘空间，磁盘的最小空间是盘块（扇区），即文件的盘块是如何组织的
空闲表法和空闲链表法
位示图法
成组链接法
磁盘高速缓存
提高磁盘I/O速度的其他方法
廉价磁盘冗余阵列RAID
第一级容错技术SFT-1（低级磁盘）
第二季容错技术SFT-II（中级磁盘）
第三级容错技术(系统）：基于集群技术的容错技能
后备系统
防止系统因素造成的破坏
防止自然因素的破坏
事务：保证数据一致性的手段
检查点
并发控制
重复的一致性问题
主要任务：有效地利用存储空间、提高磁盘的IO速度、提高磁盘系统的可靠性
概念：为每一个文件分配一组相邻接的盘块
目录上：存放每个文件的文件名、开始盘块号、长度
优点：顺序访问容易、顺序访问速度快
缺点：要求分配连续空间、事先必须知道文件长度、不适合动态增长、不能灵活的删除和增加
概念：为每个文件分配的盘块可以是离散的
链接方式
1、隐式链接
目录上：存放每个文件的文件名、开始盘块号、截止盘块号
隐式：盘块上有指向下一个盘块的指针
2、显示链接
目录上：存放每个文件的文件名、开始盘块号
显式：用一个FAT文件分配表记录所有的物理块号，以及每一个物理盘块链接的下一个盘块
显示链接的支持的文件系统
1、FAT
2、NFS
概念：利用显示链接的组织方式组织文件系统
FAT的代数
FAT12
以簇作为分配和回收的基本单位，一簇是一组邻接的盘块
所支持的文件系统的容量大小=一族的大小*2的FAT位数的次方*分区数
FAT16、FAT32
特征：64位磁盘地址，具有数据一致性检查等等功能
优点：
概念
解决问题
1、解决前两种组织方式不支持高效的直接存取
2、解决FAT的表项较大时，调入内存占用内存空间的问题
思想：只需要将打开的文件的盘块号调入到内存即可，完全没必要把所有的FAT调入内存
为每一个文件分配一个索引表
索引表都分配在一个盘块中，称为索引盘块
目录上：保存每个文件的文件名和索引盘块号
优缺点
优点：大大加快了大型文件的查找速度
缺点：小型文件多，那么索引盘块就多，且索引盘块的利用率不高
增量式索引组织方式：混合式的
引言 对文件存储空间的管理：主要是明确知道哪些盘块已经使用、哪些未被使用，其次还要提供分配和回收的操作
1、空闲表法（连续）
概念：记录连续的空闲的盘块的第一个盘块号与空闲盘块数
分配与回收：每次分配都可以采用FCFS等分配一个连续的空闲盘块
2、空闲链表（离散）
概念：空闲盘块拉成一条空闲链
分配与回收：离散分配盘块
概念：是利用二进制的1和0表示盘块是否使用，所有盘块对应的位构成一个的集合
分配与回收：查找状态为未分配的盘块，转换出对应的盘块号的物理地址，然后修改位示图
缺点：分配必须是连续空间的
概念：在内存中为磁盘盘块是指一个缓冲区，而缓冲区保存某些盘块的副本
考虑的问题
1、如何将磁盘高速缓存的数据传输给请求进程
2、采取什么置换策略
3、已修改的盘块数据如何从缓存写回磁盘中
1、数据交付：把数据交付到该请求进程的内存工作区中
2、指针交付：将指向该缓存数据的指针交付给请求进程
使用置换算法，考虑因素：访问频率、可预见性、数据的一致性
周期性的写回磁盘
原因：缓存区中的数据可能满，该如何进行置换
常见的有
1、预先读：适合顺序文件，提前将下一个盘块的数据读取到内存中
2、延迟写：数据并不立即写到磁盘，而是挂在缓存区，因为考虑到局部性
3、优化物理块的分布：盘块分配尽量在一起，减少磁头的移动
4、虚拟盘：利用内存区仿真磁盘
RAID0（并行交叉存取）、RAID1（磁盘镜像功能）、RAID2（并行传输功能）、RAID5（具有独立传送功能)
优点：并行传输提高IO速度、有备份可靠性高、利用小磁盘组成价格优惠
作用：防止磁盘因表面缺陷而造成数据丢失
措施
1、双份目录和双份文件分配表（备份）
2、热修复重定向和写后叫校验
作用：防止磁盘驱动器和磁盘控制器故障所导致的系统不能正常工作
措施（将两者都备份）
磁盘镜像：在同一个磁盘控制器下再增设一个完全相同的磁盘驱动器
磁盘双工：在主机下在增设一个相同的磁盘控制器
集群：指多个主机组成一个统一的计算机系统
1、双机热备份模式：一台主机工作，一台主机备份数据
2、双机互为备份模式：双机同时工作，各自工作各自的任务，每个服务
器都配有两个磁盘，一个使用，一个用于接受对方发来的备份数据
3、公用磁盘：指双机模式下公用一个磁盘，一个磁盘分为两个卷来使用
数据的一致性：指的是数据在不同的文件，在任何时刻都是相同的
概念：事务可以被看作一系列相关的读和写操作
事务的属性 事务在对一批数据进行修改，要么全部完成，要么就一个也不修改
操作
托付操作：指事务对所有文件的读、写操作全部成功完成
夭折操作：指事务对多个文件的任何一个操作失败就会导致夭折
借助：事务记录 事务记录是一种数据结构，能够记录事务运行时的数据项修改的全部信息
事务的恢复算法
1、undo：事务记录表中只有开始操作，没有托付操作时，就将所有数据还原
2、redo：事务记录表中有开始操作和托付操作，就将所有数据更新
目的：完成事务表的清理工作
问题：记录事务表随着时间的推移，记录的数据会越来越多
问题：各个事务的执行是顺序的，只有一个事务执行后，才允许另一个事务执行，如何保证顺序性
当然，事务还有很多问题需要解决，如下面的问题和解决方法
可通过事务来保证
方法：并发控制
1、互斥锁：只有获得对象的互斥锁才能对对象进行操作
2、信号量机制
数据的一致性得到保证了，那如何保证数据的安全性了？
