张工应邀为一炼钢厂的中心机房设计设备方案。其现状是：机房处于车间附近，车间具有很..

2010年下半年上午试卷综合知识

第 40 题


知识点	RAID 基本功能交换机路由器软件系统监控数据分析数据库网络设备温度信号
关键词	RAID UPS 机房计算机网络交换机路由器容量软件系统数据传输数据分析数据库服务器网络设备文件服务器信号需求硬盘传输服务器路由数据数据库网络
章/节	网络储存系统

张工应邀为一炼钢厂的中心机房设计设备方案。其现状是：机房处于车间附近，车间具有很高的温度，所用设备具有很强的交流电流；控制系统基于计算机网络实现数据传输、存储；约有2000个监测点(通过多台PLC设备实现)，每个监测点每2ms取样一次4字节的监测数据，通过网络发送到网络中心，并以文件形式被保存到文件服务器上，所有监测数据需在服务器上保存半年以上；对各种设备的控制信号通过同一网络传输到各监控点上；各种监测数据可在异地通过公用网络同步查看并进行实时分析。张工的方案中，将设备分为三类：一是服务器类，设计了文件服务器、数据库服务器、控制服务器、监控服务器等4个主要服务器；二是网络设备类，设计了一个路由器、5台千兆交换机等主要设备；三是辅助类，包括UPS、机房监控系统、空调等主要设备，另外计划配置有关软件系统。
文件服务器采用RAID5冗余模式、容量为1TB的硬盘构建，则应配置的硬盘数至少为(40)，优先采用的结构是(41)。
监控服务器负责接收、处理监测数据，其恰当的机型是(42)。
所配置的监测数据分析软件应具备的最基本功能是(43) 。
交换机最必要的配置是(44)。
根据上述需求，至少应增加的一台设备是(45)。

A. 65

B. 78

C. 86

D. 96

相关试题网络储存系统

第11题

2024年下半年

以下关于数据备份策略的说法中，错误的是（48）。

第48题

2016年下半年

自然灾害严重威胁数据的安全，存储灾备是网络规划与设计中非常重要的环节。
传统的数据中心存储灾备一般采用主备模式，存在资源利用效率低、可用性差、出现..

第54题

2021年下半年

8块300G的硬盘做RAID5后的容量是(53)，RAID5最多可以损坏(54)块硬盘而不丢失数据。

知识点讲解

· RAID

· 基本功能

· 交换机

· 路由器

· 软件系统

· 监控

· 数据分析

· 数据库

· 网络设备

· 温度

· 信号

RAID

RAID技术旨在缩小日益扩大的CPU速度和磁盘存储器速度之间的差距。其策略是用多个较小的磁盘驱动器替换单一的大容量磁盘驱动器，同时合理地在多个磁盘上分布存放数据以支持同时从多个磁盘进行读写，从而改善了系统的I/O性能。小容量驱动器阵列与大容量驱动器相比，具有成本低、功耗小、性能好等优势。低代价的编码容错方案在保持阵列的速度与容量优势的同时保证了极高的可靠性，同时也较容易扩展容量。但是由于允许多个磁头同时进行操作以提高I/O数据传输速度，因此不可避免地提高了出错的概率。

为了补偿可靠性方面的损失，RAID使用存储的校验信息（Stored Parity Information）来从错误中恢复数据。最初，Inexpensive一词主要针对当时另一种技术（Single Large Expensive Disk，SLED）而言，但随着技术的发展，SLED已经过时，RAID和non-RAID皆采用了类似的磁盘技术。因此，RAID现在代表独立磁盘冗余阵列，用Independent来强调RAID技术所带来的性能改善和更高的可靠性。

RAID机制中共分8个级别，工业界公认的标准分别为RAID0～RAID7。RAID应用的主要技术有分块技术、交叉技术和重聚技术。

（1）RAID0级（无冗余和无校验的数据分块）：具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率，易管理，但系统的故障率高，属于非冗余系统，主要应用于那些关注性能、容量和价格而不是可靠性的应用程序。

（2）RAID1级（磁盘镜像阵列）：由磁盘对组成，每一个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据拷贝，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。RAID1主要用于存放系统软件、数据及其他重要文件。它提供了数据的实时备份，一旦发生故障，所有的关键数据即刻就可使用。

（3）RAID2级（采用纠错海明码的磁盘阵列）：采用了海明码纠错技术，用户需增加校验盘来提供单纠错和双验错功能。对数据的访问涉及阵列中的每一个盘。大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输。实际应用中很少使用。

（4）RAID3和RAID4级（采用奇偶校验码的磁盘阵列）：把奇偶校验码存放在一个独立的校验盘上，如果有一个盘失效，其上的数据可以通过对其他盘上的数据进行异或运算得到。读数据很快，但因为写入数据时要计算校验位，速度较慢。

（5）RAID5级（无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列）：与RAID4类似，但没有独立的校验盘，校验信息分布在组内所有盘上，对于大、小批量数据读写性能都很好。RAID4和RAID5使用了独立存取（Independent Access）技术，阵列中每一个磁盘都相互独立地操作，所以I/O请求可以并行处理。该技术非常适合于I/O请求率高的应用而不太适应于要求高数据传输率的应用。与其他方案类似，RAID4、RAID5也应用了数据分块技术，但块的尺寸相对大一点。

（6）RAID6级：这是一个强化的RAID产品结构。阵列中设置一个专用校验盘，它具有独立的数据存取和控制路径，可经由独立的异步校验总线、高速缓存总线或扩展总线来完成快速存取的传输操作。值得注意的是，RAID6在校验盘上使用异步技术读写，这种异步仅限于校验盘，而阵列中的数据盘和面向主机的I/O传输仍与以前的RAID结构雷同，即采用的是同步操作技术。仅此校验异步存取，加上Cache存取传输，RAID6的性能就比RAID5要好。

（7）RAID7级：RAID7等级是至今为止理论上性能最高的RAID模式，因为它从组建方式上就已经和以往的方式有了重大的不同。以往一个硬盘是一个组成阵列的“柱子”，而在RAID 7中，多个硬盘组成一个“柱子”，它们都有各自的通道。这样做的好处就是在读写某一区域的数据时，可以迅速定位，而不会因为以往因单个硬盘的限制同一时间只能访问该数据区的一部分，在RAID7中，以前的单个硬盘相当于分割成多个独立的硬盘，有自己的读写通道，效率也就不言自明了。然而，RAID7的设计与相应的组成规模注定了它是一揽子承包计划。

总体上说，RAID7是一个整体的系统，有自己的操作系统，有自己的处理器，有自己的总线，而不是通过简单的插卡就可以实现的。RAID7所有的I/O传输都是异步的，因为它有自己独立的控制器和带有Cache的接口，与系统时钟并不同步。所有的读写操作都将通过一个带有中心Cache的高速系统总线进行传输，称为X-Bus。专用的校验硬盘可以用于任何通道。带有完整功能的即时操作系统内嵌于阵列控制微处理器，这是RAID7的心脏，负责各通道的通信及Cache的管理，这也是它与其他等级最大不同点之一。归纳起来，RAID7的主要特点如下。

.连通性：可增至12个主机接口。

.扩展性：线性容量可增至48个硬盘。

.开放式系统：运用标准的SCSI硬盘、标准的PC总线、主板及SIMM内存，集成Cache的数据总线（就是上文提到的X-Bus），在Cache内部完成校验生成工作，多重的附加驱动可以随时热机待命，提高冗余率和灵活性。

.易管理性：SNMP可以让管理员远程监视并实现系统控制。

按照RAID7设计者的说法，这种阵列将比其他RAID等级提高150%～600%写入时的I/O性能，但这引起了不小的争议。

基本功能

路由器在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联。因此，路由器应具有以下基本功能。

（1）协议转换。能对网络层及其以下各层的协议进行转换。

（2）路由选择。当分组从互联的网络到达路由器时，路由器能根据分组的目的地址按某种路由策略选择最佳路由，将分组转发出去，并能随网络拓扑的变化，自动调整路由表。

（3）能支持多种协议的路由选择。路由器与协议有关，不同的路由器有不同的路由器协议，支持不同的网络层协议。如果互联的局域网采用了两种不同的协议，一种是TCP/IP协议；另一种是SPX/IPX协议（即Netware的运输层／网络层协议），由于这两种协议有许多不同之处，分布在互联网中的TCP/IP（或SPX/IPX）主机上，只能通过TCP/IP（或SPX/IPX）路由器与其他互联网中的TCP/IP（或SPX/IPX）主机通信，但不能与同一个局域网或其他局域网中的SPX/IPX（或TCP/IP）主机通信。问题产生的原因在于互联网主机之间的通信受到路由器协议的限制。因此，近年来推出了一种多协议路由器，它能支持多种协议，如IP，IPX，X.25及DEC Net协议等，能为不同类型的协议建立和维护不同的路由表。这样利用路由器不仅能连接同构型局域网，还能用它连接局域网和广域网。例如，利用一个多协议路由器来连接以太网、令牌环网、FDDI网、X.25网及DEC Net等，从而使大、中型网络的组建更加方便，并获得较高的性能价格比。但是，由于目前多协议路由器尚未标准化，不同厂家的多协议路由器不一定能协同工作，在选购时应加以注意。

（4）流量控制。路由器不仅具有缓冲区，而且还能控制收发双方数据流量，使两者更加匹配。

（5）分段和组装功能。当多个网络通过路由器互联时，各网络传输的数据分组的大小可能不相同，这就需要路由器对分组进行分段或组装。即路由器能将接收的大分组分段并封装成小分组后转发，或将接收的小分组组装成大分组后转发。如果路由器没有分段组装功能，那么整个互联网就只能按照所允许的某个最短分组进行传输，大大降低了网络的效能。

（6）网络管理功能。路由器是连接多种网络的汇集点，网间信息都要通过它，在这里对网络中的信息流、设备进行监视和管理是比较方便的。因此，高档路由器都配置了网络管理功能，以便提高网络的运行效率、可靠性和可维护性。

交换机

机架式交换机是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆位以太网、ATM、令牌环及FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）等，但价格较贵。固定配置式带扩展槽交换机是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还可以支持其他类型的网络，价格居中。固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，但价格最便宜。

交换机的性能指标主要有机架插槽数、扩展槽数、最大可堆叠数、最小／最大端口数、支持的网络类型、背板吞吐量、缓冲区大小、最大物理地址表大小、最大电源数、支持协议和标准、支持第3层交换、支持多层（4～7层）交换、支持多协议路由、支持路由缓存、支持网管类型、支持端口镜像、服务质量（Quality of Service，QoS）、支持基于策略的第2层交换、每端口最大优先级队列数、支持最小／最大带宽分配、冗余、热交换组件、负载均衡等。

路由器

路由器是计算机网络中重要的一个环节，分为模块化和非模块化两种类型。模块化结构的路由器的扩展性好，支持多种端口类型（如以太网接口、快速以太网接口、高速串行口等），并且各种端口的数量一般是可选的，但价格通常比较昂贵。固定配置的路由器扩展性差，只能用于固定类型和数量的端口，但价格低廉。

在选择路由器产品时，应多从技术角度来考虑，如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外，选择路由器还应遵循标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则等。特别是对于高端路由器，还应该更多地考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。从技术性能上考察路由器产品，一般要考察路由器的容量、每秒钟能处理多少数据包、能否被集群等性能问题，还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务。另外，在安装、调试、检修、维护或扩展网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，也是路由器产品应该考察的一个重要性能指标。

总的来说，路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、虚拟专用网支持能力、内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、资源预留、区分服务、CIR、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、基于Web的管理、网管类型、带外网管支持、网管粒度、计费能力、分组语音支持方式、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持等。

软件系统

网络系统软件包括网络操作系统和网络协议等。网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件，是由多个系统软件组成，在基本系统上有多种配置和选项可供选择，使得用户可根据不同的需要和设备构成最佳组合的互联网络操作系统。网络协议是保证网络中两台设备之间正确传送数据的约定。

监控

主要包括故障监控和性能、流量、负载等状态监控，这些监控关系到集群的健康运行及潜在问题的及时发现与干预。

（1）服务故障、状态监控：主要是对服务器自身、上层应用、关联服务数据交互监控；例如针对前端Web Server，就可以有很多种类型的监控，包括应用端口状态监控，便于及时发现服务器或应用本身是否崩溃、通过ICMP包探测服务器健康状态，更上层可能还包括应用各频道业务的监控，这些只是一部分，还有多种监控方式，依应用特点而定。还有一些问题需解决，如集群过大，如何高性能地进行监控也是一个现实问题。

（2）集群状态类的监控或统计，为合理管理调优集群提供数据参考，包括服务瓶颈、性能问题、异常流量、攻击等问题。

数据分析

数据分析是大数据处理过程中的重要组成部分，是大数据价值体现的核心环节。经典的机器学习方法是最常见的数据智能分析方法，近年来迅速发展的深度学习在某些领域取得了惊人的效果。在应用开发上，也形成了几种主流的大数据处理框架。

机器学习中算法很多，也有很多不同种类的分类方法，一般分为监督学习和非监督学习（或无监督学习）。其中，监督学习是指利用一组已知类别的样本调整分类器的参数，使其达到所要求性能的过程，也称为监督训练，是从标记的训练数据来推断一个功能的机器学习任务。根据训练集中的标识是连续的还是离散的，可以将监督学习分为两类：回归和分类。

回归是研究一个或一组随机变量对一个或一组属性变量的相依关系的统计分析方法。线性回归模型是假设自变量和因变量满足线性关系。Logistic回归一般用于分类问题，而其本质是线性回归模型，只是在回归的连续值结果上加了一层函数映射。

分类是机器学习中的一个重要问题，其过程也是从训练集中建立因变量和自变量的映射过程，与回归问题不同的是，分类问题中因变量的取值是离散的，根据因变量的取值范围，可将分类问题分为二分类问题、三分类问题和多分类问题。根据分类采用的策略和思路的不同，分类算法大致包括：基于示例的分类方法，如K最近邻（K-Nearest Neighbor，KNN）方法；基于概率模型的分类方法，如朴素贝叶斯、最大期望算法EM等；基于线性模型的分类方法，如SVM；基于决策模型的分类方法，如C4.5、AdaBoost、随机森林等。

在实际应用中，缺乏足够的先验知识，因此难以人工标注类别或进行人工类别标注的成本太高，学习模型是为了推断出数据的一些内在结构。因此，根据类别未知（没有被标记）的训练样本解决模式识别中的各种问题，称为无监督学习。常见的算法有：关联规则挖掘，是从数据背后发现事物之间可能存在的关联或联系。比如数据挖掘领域著名的“啤酒-尿不湿”的故事。K-means算法，基本思想是两个对象的距离越近，其相似度越大；相似度接近的若干对象组成一个簇；算法的目标是从给定数据集中找到紧凑且独立的簇。

近年来发展起来的深度学习算法是基于原有的神经网络算法发展起来的，包括BP神经网络、深度神经网络。

BP神经网络是一种反向传播的前馈神经网络，所谓前馈神经网络就是指各神经元分层排列，每个神经元只与前一层的神经元相连，接收前一层的输出，并输出给下一层。所谓反向传播是指从输出层开始沿着相反的方向来逐层调整参数的过程。BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成。

深度神经网络主要包括卷积神经网络、循环神经网络等，也包括它们的各种改进模型。

（1）卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）是一种前馈神经网络，其结构包括输入层、卷积层、池化层、全连接层以及输出层等。该算法在图像处理、模式识别等领域取得了非常好的效果。在CNN的发展过程中，最经典的模型是AlexNet，针对不同的应用需要，又产生了全卷积模型（FCN）、残差神经网络模型（ResNet）、DeepFace等模型结构。

（2）循环神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）是一种人工神经网络，在该网络中，除了层间的连接以外，同层各单元之间连接构成了一个有向图序列，允许它显示一个时间序列的动态时间行为。RNN可以使用它们的内部状态来处理输入序列，这使得它们适用于诸如未分割的、连续的手写识别或语音识别等任务。传统的RNN是很难训练的，往往会出现梯度消失或梯度爆炸等情况，因此又出现了多个扩展版本，如BiRNN、LSTM等。

随着深度学习的快速发展和应用的普及，开始出现了一些深度学习框架。深度学习框架是一种界面、库或工具，可以使用户在无需深入了解底层算法的细节的情况下，能够更容易、更快速地构建深度学习模型。深度学习框架利用预先构建和优化好的组件集合定义模型，为模型的实现提供了一种清晰而简洁的方法。常见的深度学习框架有：Caffe，是一个广泛使用的开源深度学习框架，支持常用的网络模型，比如Lenet、AlexNet、ZFNet、VGGNet、GoogleNet、ResNet等；TensorFlow，是一个使用数据流图进行数值计算的开源软件库，图中的节点表示数学运算，而图边表示节点之间传递的多维数据阵列（又称张量），其为大多数复杂的深度学习模型预先编写好了代码，比如递归神经网络和卷积神经网络，灵活架构使我们能够在一个或多个CPU（以及GPU）上部署深度学习模型；Keras，是一个由Python编写的开源人工神经网络库，可以作为TensorFlow、Microsoft-CNTK和Theano的高阶应用程序接口，进行深度学习模型的设计、调试、评估、应用和可视化，Keras完全模块化并具有可扩展性，并试图简化复杂算法的实现难度。

随着大数据技术的广泛深入，大数据应用已经形成了庞大的生态系统，很难用一种架构或处理技术覆盖所有应用场景。下文介绍几种当前主流的大数据分布式计算架构。

Apache Hadoop是用于开发可靠、可伸缩、分布式计算的开源软件，是一套用于在由通用硬件构建的大型集群上运行应用程序的框架。包含的模块有：Hadoop分布式文件系统（HDFS），提供对应用程序数据的高吞吐量访问的分布式文件系统；Hadoop YARN，作业调度和集群资源管理的框架；Hadoop MapReduc，一个用于大型数据集并行处理的基于YARN的系统；Hadoop Ozone，Hadoop的对象存储；Hadoop Submarine，Hadoop的机器学习引擎。

Apache Spark是加州大学伯克利分校的AMP实验室所开源的类Hadoop MapReduce的通用并行框架。Spark是一个分布式的内存计算框架，是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎。Spark的计算过程保持在内存中，不需要读写HDFS，减少了硬盘读写，提升了计算速度。除了Map和Reduce操作外，Spark还延伸出如filter、flatMap、count、distinct等更丰富的操作。同时通过Spark Streaming支持处理数据流。

Apache Storm是一个免费的开源分布式实时计算系统，可以可靠地处理无边界的数据流变，可以实现实时处理。Apache Storm速度很快，它是可扩展的，容错的，并且易于设置和操作。Apache Storm应用于实时分析、在线机器学习、连续计算、分布式RPC、ETL等等。Storm的核心是拓扑（Topology），拓扑被提交给集群，由集群中的主控节点分发代码，将任务分配给工作节点执行。

数据库

数据库（DataBase，DB）是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。

网络设备

网络互联的目的是使一个网络的用户能访问其他网络的资源，使不同网络上的用户能够互相通信和交换信息，实现更大范围的资源共享。在网络互联时，一般不能简单地直接相连，而是通过一个中间设备来实现。按照ISO/OSI的分层原则，这个中间设备要实现不同网络之间的协议转换功能，根据它们工作的协议层不同进行分类。网络互联设备可以有中继器（实现物理层协议转换，在电缆间转发二进制信号）、网桥（实现物理层和数据链路层协议转换）、路由器（实现网络层和以下各层协议转换）、网关（提供从最低层到传输层或以上各层的协议转换）和交换机等。

网络传输介质互联设备

网络线路与用户节点具体衔接时，需要网络传输介质的互联设备。如T型头（细同轴电缆连接器）、收发器、RJ-45（屏蔽或非屏蔽双绞线连接器）、RS232接口（目前计算机与线路接口的常用方式）、DB-15接口（连接网络接口卡的AUI接口）、VB35同步接口（连接远程的高速同步接口）、网络接口单元和调制解调器（数字信号与模拟信号转换器）等。

物理层的互联设备

物理层的互联设备有中继器（Repeater）和集线器（Hub）。

中继器

它是在物理层上实现局域网网段互联的，用于扩展局域网网段的长度。由于中继器只在两个局域网网段间实现电气信号的恢复与整形，因此它仅用于连接相同的局域段。

理论上说，可以用中继器把网络延长到任意长的传输距离，但是，局域网中接入的中继器的数量将受时延和衰耗的影响，因而必须加以限制。例如，在以太网中最多使用4个中继器。以太网设计连线时指定两个最远用户之间的距离，包括用于局域网的连接电缆，不得超过500m。即便使用了中继器，典型的Ethernet局域网应用要求从头到尾整个路径不超过1500m。中继器的主要优点是安装简便、使用方便、价格便宜。

集线器

可以看成是一种特殊的多路中继器，也具有信号放大功能。使用双绞线的以太网多用Hub扩大网络，同时也便于网络的维护。以集线器为中心的网络优点是当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源（passive）集线器、有源（active）集线器和智能（intelligent）集线器。

无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号做任何处理，每一种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半；有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能；智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、选择网络传输线路等。

数据链路层的互联设备

数据链路层的互联设备有网桥（Bridge）和交换机（Switch）。

网桥

用于连接两个局域网网段，工作于数据链路层。网桥要分析帧地址字段，以决定是否把收到的帧转发到另一个网络段上。确切地说，网桥工作于MAC子层，只要两个网络MAC子层以上的协议相同，都可以用网桥互联。

网桥检查帧的源地址和目的地址，如果目的地址和源地址不在同一个网络段上，就把帧转发到另一个网络段上；若两个地址在同一个网络段上，则不转发，所以网桥能起到过滤帧的作用。网桥的帧过滤特性很有用，当一个网络由于负载很重而性能下降时，可以用网桥把它分成两个网络段并使得段间的通信量保持最小。例如，把分布在两层楼上的网络分成每层一个网络段，段中间用网桥相连，这样的配置可以最大限度地缓解网络通信繁忙的程度，提高通信效率。同时，由于网桥的隔离作用，一个网络段上的故障不会影响到另一个网络段，从而提高了网络的可靠性。

交换机

交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，它是按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发，而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。交换机转发数据的延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接的转发性能。交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。

交换机的工作过程为：当交换机从某一节点收到一个以太网帧后，将立即在其内存中的地址表（端口号一MAC地址）进行查找，以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个节点上，然后将该帧转发至该节点。如果在地址表中没有找到该MAC地址，也就是说，该目的MAC地址是首次出现，交换机就将数据包广播到所有节点。拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，将立即做出应答，从而使交换机将其节点的“MAC地址”添加到MAC地址表中。

交换机的三种交换技术：端口交换、帧交换和信元交换。

（1）端口交换技术用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。

（2）帧交换技术对网络帧的处理方式分为直通交换和存储转发。其中，直通交换方式可提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上；存储转发方式通过对网络帧的读取进行验错和控制。

（3）信元交换技术采用长度（53个字节）固定的信元交换，由于长度固定，因而便于用硬件实现。

网络层互联设备

路由器（Router）是网络层互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网，当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。

路由器具有很强的异种网互联能力，互联的网络最低两层协议可以互不相同，通过驱动软件接口到第三层上而得到统一。对于互联网络的第三层协议，如果相同，可使用单协议路由器进行互联；如果不同，则应使用多协议路由器。多协议路由器同时支持多种不同的网络层协议，并可以设置为允许或禁止某些特定的协议。所谓支持多种协议，是指支持多种协议的路由，而不是指不同类协议的相互转换。

通常把网络层地址信息叫作网络逻辑地址，把数据链路层地址信息叫作物理地址。路由器最主要的功能是选择路径。在路由器的存储器中维护着一个路径表，记录各个网络的逻辑地址，用于识别其他网络。在互联网络中，当路由器收到从一个网络向另一个网络发送的信息包时，将丢弃信息包的外层，解读信息包中的数据，获得目的网络的逻辑地址，使用复杂的程序来决定信息经由哪条路径发送最合适，然后重新打包并转发出去。路由器的功能还包括过滤、存储转发、流量管理和介质转换等。一些增强功能的路由器还可有加密、数据压缩、优先和容错管理等功能。由于路由器工作于网络层，它处理的信息量比网桥要多，因而处理速度比网桥慢。

应用层互联设备

网关（Gateway）是应用层的互联设备。在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换是一件复杂的事，一般来说，网关只进行一对一转换，或是少数几种特定应用协议的转换，网关很难实现通用的协议转换。

温度

计算机机房室内温度要适当并维持在稳定状态，温度过高或过低都会影响计算机系统的正常工作。如果工作环境温度过高，特别是在南方气候炎热的夏天，很容易造成系统内部元器件的温度过高，轻者计算机系统工作不正常、死机，重者将烧毁部件。如果工作环境温度过低，过低的室温会引起凝聚和结露现象，从而引起器件生锈，温度过低还会使绝缘材料变硬、变脆。

机房的温度应保持在15℃～35℃，安装空调来调节温度是解决此问题的最佳办法。对于没有条件安装空调的单位来说，假如机器已超频的话，在炎热的季节就应该把频率降下来了。其次要注意机房的通风，上机时尽量开窗开门，并借助于电风扇进行通风。机房室内布局要合理，各个设备之间不应该靠得太挤，保持一定的距离以保证正常散热，并且尽量为CPU选用合格的功能强的风扇。

信号

任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间，可以通过相互发送信号的方式，来协调它们之间的运行步调。

所谓的信号，指的是系统给任务的一个指示，表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部（如其他的任务、硬件或定时器），也可能来自于内部（如执行指令出错）。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR（Asynchronous Signal Routine），与中断服务程序不同的是，ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候，如果它收到了一个信号，将暂停执行当前的指令，转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换，因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。

信号机制与中断处理机制非常相似，但又各有不同。它们的相同点是：

.都具有中断性：在处理中断和异步信号时，都要暂时地中断当前任务的运行；

.都有相应的服务程序；

.都可以屏蔽响应：外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽，任务也能够选择不对异步信号进行响应。

信号机制与中断机制的不同点是：

.中断是由硬件或特定的指令产生，而信号是由系统调用产生；

.中断触发后，硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行；而信号则通过发送信号的系统调用来触发，但系统不一定马上对它进行处理；

.中断处理程序是在系统内核的上下文中运行，是全局的；而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行，是任务的一个组成部分。

实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞，可能出现优先级反转的现象，即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时，高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞，问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务，导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。

一个优先级反转的示例

如上图所示，系统存在任务1、任务2、任务3（优先级从高到低排列）和资源R。某时，任务1和任务2都被阻塞，任务3运行且占用资源R。一段时间后，任务1和任务2相继就绪，任务1抢占任务3运行，由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3，任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R，因此任务1一直被阻塞。极端情况下，任务1永远无法运行，处于饿死状态。

解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。

优先级继承协议

L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol，PIP）。

PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用，而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是：当低优先级任务正在使用资源，高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时，低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别，保证低优先级任务继续使用当前资源，以尽快完成访问，尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行，从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中，继承了高优先级任务的优先级，所以该协议被称作优先级继承协议。

由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时，优先级继承才会发生，在此之前，高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行，所以优先级继承协议不能防止死锁，而且阻塞是可以传递的，会形成链式阻塞。另外，优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下，一个需要μ个资源，并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min（μ，v）次。

优先级冲顶协议

J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议（Priority Ceiling Protocol，PCP）。

PCP协议扩展了PIP协议，能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的，每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值，等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻，当前系统冲顶值（current priority ceiling）等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问，则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时，只有其优先级高于当前系统冲顶值，或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源，否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。

已经证明，PCP协议的执行规则能防止死锁，但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞（Priority ceiling blocking）。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞，而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞（avoidance blocking），意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此，在PCP协议下，每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后，能静态分析和确定任务之间的资源竞争，计算出任务可能经历的最大阻塞时间，从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下，高优先级任务被阻塞时会放弃处理器，因此，访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。

更多复习资料
请登录电脑版软考在线 www.rkpass.cn

京B2-20210865 | 京ICP备2020040059号-5