多输入 多输出 机器学习算法

文章目录

• 第8章 输入输出系统

• 8.1 I/O系统的性能
• 8.2 I/O系统的可靠性、可用性和可信性

• 8.2.1 系统的可靠性
• 8.2.2 系统的可用性
• 8.2.3 系统的可信性
• 8.2.4 提高系统组成部件可靠性的方法

第8章 输入输出系统

输入/输出系统简称I/O系统

I/O系统是计算机系统中的一个重要组成部分，它主要完成：

• 计算机与外界的信息交换
• 给计算机提供大容量的外部存储器。

8.1 I/O系统的性能

I/O系统的性能对CPU的性能有很大的影响，若两者的性能不匹配，I/O系统就有可能成为整个系统的瓶颈。

I/O系统包括：

• I/O设备
• I/O设备与处理机的连接

系统的响应时间(衡量计算机系统的一个更好的指标)

• 从用户输入命令开始，到得到结果所花费的时间。
• 由两部分构成：

• I/O系统的响应时间
• CPU的处理时间

多进程与I/O

• 分时操作系统可以提高资源利用率，它使得计算机内部可以同时存在多个进程。
• 当某个进程在等待I/O处理时，其他进程可以使用CPU，这样就不会造成资源的浪费。
• 但是多进程技术只能提高系统的吞吐率，并不能减少系统的响应时间。

评价I/O系统性能的参数主要有：

• 连接特性哪些I/O设备可以和计算机系统相连接
• I/O系统的容量I/O系统可以容纳的I/O设备数
• 响应时间
• 吞吐率
• $\cdots$

另一种衡量I/O系统性能的方法：

考虑I/O操作对CPU的打扰情况。

• 即考查某个进程在执行时，由于其他进程的I/O操作，使得该进程的执行时间增加了多少

8.2 I/O系统的可靠性、可用性和可信性

存储设备应该无条件保护好用户的数据！

反映外设可靠性能的参数有：

• 可靠性（Reliability）
• 可用性（Availability）
• 可信性（Dependability）

8.2.1 系统的可靠性

定义：

• 系统从某个初始参考点开始一直连续提供服务的能力

两个衡量：

• 系统的可靠性用平均无故障时间MTTF（Mean Time To Failure）来衡量。
• 系统中断服务的时间用平均修复时间MTTR（Mean Time To Repair）来衡量。

系统的失效率

• MTTF的倒数就是系统的失效率，即 $\frac{1}{MTTF}$。

系统整体失效率

• 如果系统中每个模块的生存期服从指数分布，则系统整体的失效率是各部件的失效率之和。

8.2.2 系统的可用性

定义：

• 系统正常工作的时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率

$\text{可用性} = \frac{MTTF}{MTTF + MTTR}$

平均失效间隔时间MTBF（Mean Time Between Failures）
$MTBF = MTTF + MTTR$

8.2.3 系统的可信性

定义：

• 服务的质量。即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的

实例：假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：

1. 磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘的MTTF为1000000小时；
2. 1个SCSI控制器，其MTTF为500000小时；
3. 1个不间断电源，其MTTF为200000小时；
4. 1个风扇，其MTTF为200000小时；
5. 1根SCSI连线，其MTTF为1000000小时。

假定每个部件的生存期服从指数分布，同时假定各部件的故障是相互独立的，求整个系统的MTTF。

整个系统的失效率为：
$\text{系统失效率} = 10 \times \frac{1}{1000000} + \frac{1}{500000} + \frac{1}{200000} + \frac{1}{200000} + \frac{1}{1000000} = \frac{23}{1000000}$

系统的MTTF为：
$MTTF = \frac{1000000}{23} = 43500 \text{小时}$

8.2.4 提高系统组成部件可靠性的方法

有效构建方法（valid construction）

• 在构建系统的过程中消除故障隐患，这样建立起来的系统就不会出现故障。

纠错方法（error correction）

• 在系统构建中采用容错的方法。这样即使出现故障，也可以通过容错信息保证系统正常工作。