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I/O

6.1 Introduction

  • 输入输出设计需要考虑可扩展性，可恢复性，表现...
  • 评价表现很困难（很多种情况
  • Performance depends on: 设备之间的连接、存储层级、操作系统

典型的 I/O 设计alt text

三个特征：

  • Behavior - input (read once), output (write only, cannot read) ,or storage (can be reread and usually rewritten)
  • Partner - human or machine (input or get output data)
  • Data rate - I/O 设备和主内存传递数据的速率峰值

衡量表现

  • throughput
    • 带宽（I/O bandwidth）- 单位时间内可以传输的最大数据量
    • 单位时间可以进行多少次 I/O 操作
  • 等待时间

6.2 Disk Storage and Dependability

  • 两种主要的磁盘
    • floppy disks
    • hard disks - 更大、密度更高、速率更高、多个盘片（Platter）

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计算从磁盘拿数据的时间 alt text

Dependability

  • MTTF - mean time to failure（平均无故障时间）
  • MTTR - 平均修复时间

  • MTBF - 平均故障间隔时间

  • Availability - 可用性

    \[ Availability = \frac{MTTF}{MTTF+MTTR} \]

Three way to improve MTTF - Fault avoidance、Fault tolerance、Fault forecasting

Array Reliability

  • Reliability of N disks = Reliability of 1 Disk ÷ N

  • Redundant Arrays of (Inexpensive) Disks (RAID, 同数据库)

    • RAID0 - 正常无冗余，数据条带化，大磁盘分为小磁盘，可以改善性能（多个读写磁头）
    • RAID1 - 将数据复制一份存在另一组磁盘里（镜像）
    • RAID2 - 算校验码（现在不用
    • RAID3 - 按位交叉，所有的磁盘按位算校验码（需要同时读所有盘）
    • RAID4 - 按块交叉（不能同时写不同盘）
    • RAID5 - 块交叉，将冗余信息放在不同的盘上，这样可以同时写入
    • RAID6 - P+Q，每行、每列都算一个校验位

Buses and Other Connections between Processors Memory, and I/O Devices

bus 包含两种 line - control line（表明信息类型）data line

bus 事务：发送地址/接收或发送信息

bus 操作：input/output alt text alt text

  • 总线类型

    • 处理器-内存总线
    • 背板总线
    • I/O 总线

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    • 分离总线 alt text

  • 握手协议

6.3 Networks (Skim) 6.4 Buses and Other Connections between Processors Memory, and I/O Devices 6.5 Interfacing I/O Devices to the Memory, Processor, and Operating System 6.6 I/O Performance Measures: Examples from Disk and File Systems 6.7 Designing an I/O system 6.8 Real Stuff: A Typical Desktop I/O System