11.12. Задачи

1. Проанализируйте программу, обращающуюся к устройству ввода-вывода, и сравните небуферизированный ввод-вывод с использованием буфера. Пока­жите, что использование буфера позволяет уменьшить время выполнения не более чем в два раза.

2. Обобщите результат задачи 11.1 на случай обращения программы к п устройствам.

3. Выполните такой же анализ, что и в табл. 11.2, для указанной последова­тельности запросов к дорожкам диска: 27, 129, 110, 186, 147, 41, 10, 64,120. Предположим, что головка диска изначально расположена над дорож­кой 100 и перемещение головки происходит в направлении уменьшения но­меров дорожек. Произведите тот же анализ, предполагая, что головка диска перемещается по направлению увеличения номеров дорожек.

4. Предположим, что N дорожек диска пронумерованы от 0 до N-1 и что за­прашиваемые сектора распределены по диску случайно и равномерно. Необходимо вычислить среднее количество дорожек, которые головка пересекает при поиске.

а. Сначала рассчитайте вероятность поиска длиной /, если головка находится над дорожкой t. Указание. Определите общее количество комбинаций с учетом предположения, что все целевые дорожки равновероятны.

б. Рассчитайте вероятность поиска длиной К. Указание. Сюда входит сумми­рование всех возможных комбинаций перемещений через К дорожек.

в. Рассчитайте среднее количество дорожек, пересеченных при поиске, ис­пользуя для ожидаемого значения формулу

г. Покажите, что для больших значений N среднее количество пересекаемых при поиске дорожек приблизительно равно N/3.

11.5. Приведенное ниже уравнение предложено как для кэш-памяти, так и для дискового кэша:

T_s =T_с/М*T_D

Обобщите это уравнение для иерархической памяти с N уровнями вместо двух.

11.6. Для алгоритма замещения, основанного на частоте обращений (рис. 11.11),определите F_HOB., Fсред., Fстар. как доли кэша, входящие в новый, средний и ста­рый разделы соответственно. Очевидно, что F_HOB.+Fсред.+ Fстар.=1. Опишите стратегию, если

а. Fстар. = 1-Fнов_.

б. Fстар_. = 1/(размер кэша)

7. Чему равна скорость передачи данных при использовании 9-дорожечного лентопротяжного устройства со скоростью 300 см/с, если плотность записи составляет 600 бит/см.

8. Предположим, что у нас имеется катушка с 720 м ленты, интервал между записями на которой составляет 1.5 см (лента останавливается посередине этого интервала между операциями считывания). Ускорение ленты при про­хождении интервала между записями постоянно; предположим, что и ос­тальные характеристики ленты такие же, как и в задаче 11.7. Данные на ленте организованы в виде физических записей, причем каждая физическая запись содержит фиксированное количество логических записей.

а. Сколько времени будет затрачено на считывание всей ленты, содержащей 120-байтовые логические записи (по 10 логических записей в одной физи­ческой)?

б. То же, но по 30 логических записей в одной физической.

в. Сколько логических записей может содержаться на ленте при каждом из рассмотренных количеств логических записей в одной физической?

г. Какая средняя скорость передачи данных при каждом из рассмотренных количеств логических записей в одной физической?

д. Чему равна емкость магнитной ленты?

9. Рассчитайте количество дискового пространства (в секторах, дорожках и поверхностях), необходимого для хранения логических записей, считанных в задаче 11.8,6, если диск разбит на секторы размером 512 байт, с 96 секторами на дорожке, 110 дорожками на поверхности и 8 используе­мыми поверхностями. Служебные записи о файле во внимание не принимайте; считайте также, что запись не может быть разбита и размещена на двух секторах,

10. Рассмотрим дисковую систему, описанную в задаче 11.9, и предположим, что диск вращается со скоростью 360 об/мин. Процессор производит чтение од­ного сектора диска с использованием ввода-вывода, управляемого прерыванием, причем на каждый байт приходится одно прерывание. Если для обработки каждого прерывания требуется 2.5 p.s, то какую часть времени процес­сор затратит на ввод-вывод (временем поиска пренебрегаем).

11. Повторите задание 11.10 при использовании DMA, при условии, что одно прерывание приходится на один сектор.

12. Должно быть очевидно, что разбивка диска на полосы может привести к повышению скорости передачи данных, если размер полосы мал по сравнению с размером запросов ввода-вывода. Должно быть ясно также, что RAID 0 обеспечивает повышенную производительность по сравнению с одним боль­шим диском, поскольку запросы могут обрабатываться параллельно. Однако есть ли необходимость в разбивке диска на полосы в последнем случае? Дей­ствительно ли разбивка диска повышает производительность по сравнению с таким же дисковым массивом, но без разбивки?