发布时间 : 星期四 文章操作系统概念第七版习题答案（中文版）完整版更新完毕开始阅读9b5451d36f1aff00bed51e4b
12.6 假设对于同样均衡分发的请求，比较C-SCAN和SCAN调度的性能。考虑平均响应时间（从请求到达时刻到请求的服务完成之间的距离），响应时间的变化程度和有效带宽，问性能对于相关的寻道时间和旋转延迟的依赖如何?
【答】略
12.7 请求往往不是均衡分发的。例如，包含文件系统FAT或索引结点的柱面比仅包含文件内容的柱面的访问频率要高。假设你知道50%的请求都是对一小部分固定数目柱面的。 A:对这种情况，本章讨论的调度算法中有没有那些性能特别好?为什么？
B:设计一个磁盘调度算法，利用此磁盘上的“热点”，提供更好的性能。 C:文件系统一般是通过一个间接表找到数据块的，像DOS中的FAT或UNIX中的索引节点。描述一个或更多的利用此类间接表来提高磁盘性能的方法。
【答】a. SSTF将采取情况的最大的优势。如果提到的“高需求”扇区被散置到遥远的扇区，FCFS可能会引起不必要的磁头运动。
b. 以下是一些想法。将热数据放置于磁盘的中间附近。修改SSTF，以防止饥饿。如果磁盘成为闲置大概50毫秒以上，则增加新的政策，这样操作系统就会对热点地区产生防患未然的寻求，因为接下来的要求更有可能在那里。
c. 主要记忆体缓存数据，并找到一个与磁盘上物理文件密切接近的数据和元数据。 （ UNIX完成后者的目标分配数据和元数据的区域称为扇区组。 ）
12.8 一个RAID 1组织读取请求是否可以比RAID 0组织实现更好的性能（非冗余数据带）？如果是的话，如何操作？
【答】是的，一个RAID 1级组织在阅读要求方面可以取得更好的性能。当执行一个读操作，一个RAID 1级系统可以决定应访问哪两个副本，以满足要求。这种选择可能是基于磁盘头的当前位置，因此选择一个接近目标数据的磁盘头可以使性能得到优化。
12.9 试想一个RAID 5级的组织，包括五盘，以
平等套4次盖帽4个磁盘存储的第五盘。该会有多少区块被访问以履行下列？ a. 一个区块数据的写入
b.多个毗连区块数据的写入？
【答】 a) 写一个块的数据需要满足以下条件：奇偶块的读取，存储在目标块中旧的数据的读取，基于目标区块上新旧内容的不同的新的奇偶的计算，对奇偶块和目标块的写入。
b) 假设7毗连区块在4块体边界开始。一个7个毗连区块的数据的写入可以以7个毗连区块的写入形式进行，写奇偶块的首个4块，读取8块，为下一组4块计算奇偶以及在
磁盘上写入相应的奇偶区块。
12.10 对比达到一个RAID 5级的组织 与所取得的一个RAID 1级安排的吞吐量如下： a:在单一块上读取操作
b:在多个毗连区块读取操作
【答】
a)吞吐量的数额取决于在RAID系统里磁盘的数量。一个RAID 5由为每套的奇偶块的四张块延长的5个磁盘所组成，它可能同时支持四到五次操作。一个RAID 1级，包括两个磁盘可以支持两个同步行动。当然，考虑到磁盘头的位置，RAID级别1有更大的灵活性的副本块可查阅，并可以提供性能优势。
b)RAID 5为访问多个毗连区块提供更大的带宽，因为邻近的区块可以同时访问。这种带宽的改善在RAID级别1中是不可能的。
12.11 对比用一个RAID级别写入作业与用一个RAID 级别1写入作业取得的业绩。
【答】RAID级别1组织仅根据当前数据镜像便可完成写入， 另一方面，RAID 5需要在阅读之前读取基于目标快新内容更新的奇偶块的旧内容。这会导致RAID级别 5系统上更多间接的写操作。
12.12 假设您有一个混合组成的作为RAID级别1和RAID级别5的磁盘配置。假设该系统在决定该组织的磁盘用于存储特别是文件方面具有灵活性。哪个文件应存放在1级的RAID磁盘并在5级的RAID磁盘中用以优化性能？
【答】经常更新的数据需要存储在磁盘阵列1级的磁盘，而更经常被读取或写入的数据，应存放在RAID 5级的磁盘。
12.14 有没有一种方法可以实现真正的稳定存储？
答：真正的稳定存储永远不会丢失数据。最基本的稳定存储技术就是保存多个数据的副本，当一个副本失效时，可以用其它的副本。但是，对于任何一种策略，我们都可以想象一个足够大的灾难可能摧毁所有的副本。
12.15 硬盘驱动器的可靠性常常用平均无故障时间（MTBF）来描述。虽然称之为时间，但经常用设备小时来计算无故障时间。
a.如果一个大容量磁盘有1000个驱动器，每个的MTBF是750 000小时，一下哪个描述能最好地体现该大容量磁盘出错的概率？每千年一次，每百年一次，每十年一次，每年一次，每月一次，每周一次，每天一次，每小时一次，每分钟一次，还是每秒一次？ b.根据死亡统计资料，平均来说，20至21岁的美国人死亡的概率是千分之一。推断出MTBF是20年。把这个数据从小时换成年。用MTBF来解释这个20年的寿命，可以得到什么? c.如果一个厂商宣称某种型号的设备有100万小时的MTBF。这对设备预期的寿命有什么影响？
答：a.750000的平均无故障时间除以1000，得到故障间隔为750，所以是每月一次。
b.根据小时来计算，人的平均无故障时间是8760（一年中的小时数）除以0.001，得到
8760000的MTBF值。8760000小时约等于1000年。所以，对于一个与、预期寿命是20年的人来说，这并不能说明说明。
c.MTBF与设备的寿命无关。硬盘的一般设计寿命是5年。即使一个硬盘真的有100万年的MTBF，设备本身的寿命也达不到那么长时间。
12.16 讨论sparing扇区和slipping扇区的优点和缺点。
答：sparing扇区会增加额外的换道时间和旋转延迟，可能使响应时间增加8ms。sparing扇区对将来的读盘有较小的影响，但在重映射的时候，需要读写所有道上的数据来跳过坏块。
12.17 描述为什么操作系统要知道块存储到磁盘的详细信息。操作系统这样通过这些来提高文件系统的性能？
答：当为文件分配物理块的时候，如果几何相邻的块有更多关于块物理方位的信息，就把这些块分配给文件。并且，可以在同一柱面的不同光盘面连续分配两个块，这使下一次的访问时间减到了最小。
12.18操作系统常把移动磁盘当作共享文件系统，而一个磁盘上一次只能有一个应用。说出磁盘和磁带处理方式不同的3点原因。操作系统通过共享文件系统访问磁带，还需要什么特殊的支持。应用共享磁带，需要什么特殊的属性，能否把文件当作磁盘上的文件来使用？ 答：a.磁盘有更快的随机访问时间，所以对交叉存储的文件有更好的性能。而磁带需要更多的定位时间。所以，当两个用户访问一个磁带时，驱动器的大部分时间都用作转换磁带和定位，只有少量的时间用于数据传输。这种情况类似于虚拟内存没有足够的物理内存而发生thrashing。b.磁带的带盘是可以移动的。有时，可能需要把当前带盘的数据存放在拷贝中（远离电脑的地方），来防止电脑所在处发生火灾。c.磁带常常用于在生产者和消费者之间传送大量的数据，这些磁带不能作为不同的共享存储设备。
为了支持共享文件系统方式访问磁带，操作系统需要提供一般文件系统的功能，包括：管理所有磁带上的文件系统命名空间；空间回收；I/O调度。访问磁带文件系统的应用需要能承受长时间的延迟。为了提高性能，这些应用要大量减少I/O操作来换取磁带调度算法较高的效率。
12.19 如果磁带设备每英尺存储的比特数与磁盘相同，对性能和价格会产生什么影响？ 答：为了达到与磁盘相同的单位存储量，磁带的单位存储量会以2的指数级增长。这会使磁带比磁盘便宜。磁带的容量可能会大于1GB，所以一个磁带就可以代替现在的一个磁带机，因而减少了花费。单位存储量不会对数据传输造成压力，但是大容量会减慢磁盘的转换。
12.20 通过简单的计算，比较由磁盘和引入第三方存储设备的1兆节的操作系统在花费和性能上的不同。假设磁盘的容量是10GB，花费1000元，每秒传输5MB数据，平均访问延迟是15毫秒。假设磁带库每兆节花费10元，每秒传输10MB,平均等待延迟是20秒。计算纯磁盘系统的总花费，最高数据传输率和平均等待延迟。现在假设有5%的数据是经常读写的，把它们存放在磁盘中，其余95%存放在磁带库中。所以95%的请求由磁盘响应，5%的请求由磁带库响应。此时的总花费，最高数据传输率和平均等待延迟是多少？
答：首先计算纯磁盘系统。1TB=1024GB，大概地计算出需要100个磁盘，花费是100000元，加上20%的电缆，电源，其他开销，总花费再120000元左右。总的数据访问速度是500
MB/s，平均等待时间与工作量有关。如果要求传输的大小是8KB，请求的数据随机分布在
磁盘上。如果系统是轻负荷，请求会到达一个空闲的磁盘，所以响应时间是15ms的访问时间加上2ms的传输时间。如果系统是重负荷，延迟会随着队列长度的增加而增加。
再考虑分层存储系统。总共需要的磁盘空间是50GB，所以需要5个磁盘，花费是5000元（增加20%的其他费用就是6000元）。950GB的磁带库花费是9500元，总开销15500元。最大是数据传输率以来与磁带库中驱动器的数量。假设只有一个驱动器，总的速率就是60 MB/s。对于轻负荷系统来说，95%的请求由磁盘响应，延迟是17ms，其余5%的请求由磁带库响应，延迟20秒。所以平均延迟是 (95×0.017+5×20)/100，约等于1秒。即使磁带库的请求队列是空的，磁带库的延迟也是造成系统延迟的主要原因，因为有1/20的工作都在延时为20秒的设备上完成。如果系统重负荷，延迟会随磁带库等待队列的增长而增长。 层次存储系统更便宜。由于95%的请求由磁盘响应，所以性能与纯磁盘系统差不多。但是层次存储系统的最大数据传输率和平均等待时间不如纯磁盘系统。
12.21 假设现在发明了一种全息照相存储器，它花费10000元，平均访问速度是40毫秒。如果它用100美元的CD大小的胶卷，胶卷可以保存40000张图片，每张图片都是黑白正方形的，分辨率是6000 × 6000像素（每像素1bit）。假设驱动器1毫秒可以读写1张图片。 a.这个设备有什么作用？
b.这个设备会对操作系统的I/O操作产生什么影响？ c.其他存储设备会不会因为这种设备的发明而被淘汰？
答：先计算这种设备的性能。传输速率是4291 MB/s，远快于现在使用的硬盘（最快的硬盘也只能达到40 MB/s）。以下的回答说明了这个设备不能储存小于4MB的块。 a.这一设备在存储图片，视频文件和数字媒体文件时会有大量需求。
b.假设与这种设备通信的时间与它的吞吐量匹配，大量的数字文件的读写就会优化。但是管理数字对象的时间不会改变。所以性能上会有很大的提高。
c.现在，图片大小的对象都存放在光存储设备上，如磁带，磁盘。如果层次存储系统可行的话，将会大量需要这种设备。在层次系统中，任何一种媒体设备是有用的，所以没有一种会被替代。磁带仍是用于小文件的随机访问，磁带用于定点存档和备份。光盘用于方便计算机之间的交流和大量的低价存储。
由于全息照相存储器的大小和省电，它可能会代替数码相机MP3和掌上电脑的存储芯片。
12.22 设单面5.25英尺的光盘单位存储量是每英尺1GB。假设某种磁带的单位存储量是每英尺20GB，0.5英尺宽，1800英尺长。如有一种光磁带有磁带的容量和磁盘的存储密度，这种光磁带可以储存多少数据？如果磁带的价格是25元，这种设备多少钱比较合理？ 答：5.25英尺光盘的面积大约是19.625平方英尺。假设核心hub的直径是1.5英尺，hub占用的面积是1.77平方英尺，留下17.86平方英尺用作存放数据。所以光盘的存储量大约是2.2 GB。
磁带的表面积是10800平方英尺，所以存储能力是26GB。
如果10800平方英尺的存储密度是每英尺1GB，总的存储量能达到1350GB，即1.3TB。如果单位存储量的价格与磁带相同，它的价格将是磁带的50倍，即1250元。
12.23 基于磁带的操作系统如何获得空闲列表？假只使用磁带存储技术，用磁带结束符来定位，隔离和读取位置指令。
答：由于只使用磁带存储技术，所以所有的看空闲空间都在磁带的后面部分。不需要存储这些空间的位置，因为可以用结束符来定位。结束符后的空闲空间大小可以用一个数值来记录。同时需要另一个数值来记录分配给文件但是已经在逻辑上被删除的空间的大小（由于只能用磁带存储技术，这些空间并没有被重新声明）。所以，当有需要时，可以把没有删除的文件一道另一张磁带上来时这些空间可以被重复使用。可以在磁盘上存储空闲和删除的空间大小
来方便访问。这些数据还会作为最后一个数据块存放在磁带上。当新分配存储区是就要重写这个数据块。