操作系统概念第七版10-12章课后题答案(中文版)

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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。

10.28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。

10.29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。

10.30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。

10.31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。

10.32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。

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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 60MB/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。

10.33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4291MB/s,远快于现在使用的硬盘(最快的硬盘 也只能达到40MB/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。

10.34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

11.8GB。

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。

10.35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

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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。

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