操作系统7磁盘管理-概述

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1、磁盘管理2004.5.14磁盘管理磁盘储存器管理分配空间组织文件的存取方式提高磁盘储存空间的利用率提高I/O速度磁盘高速缓存优化磁盘数据布局其他手段保证文件系统的可靠性磁盘容错技术SFT磁盘冗余阵列RAID数据一致性控制磁盘的结构固定头磁盘移动头磁盘磁盘设备结构提高I/O速度的主要途径选择性能好的磁盘采用适当的调度算法设置磁盘高速缓冲区磁盘访问时间寻道时间旋转延迟时间传输时间旋转延迟时间/寻到时间寻道时间旋转延迟时间硬盘Ts=mn+s，寻道时间其中：m为常数；n为移动磁道数；s为启动磁盘时间Tr旋转延迟

2、时间：硬盘大约8.3ms，软盘50ms~100msTt传输时间：读/写数据的实际时间=b/(rN)b:读写字节数；r:磁盘转速；N:每条磁道上的字节数。磁盘访问时间Ta=Ts+Tr+Tt磁盘调度算法先来先服务最短寻道时间优先扫描算法(电梯调度)循环扫描算法（环形）N-步扫描算法N-Step-SCAN文件物理组织的不同方式连续文件串联文件索引文件Hash文件1.连续分配连续分配(contiguous)：只需记录第一个簇的位置，适用于预分配方法。可以通过紧缩(compact)将外存空闲空间合并成连续的区域。2

3、.链接分配链接分配(chained)：在每个簇中有指向下一个簇的指针。可以通过合并(consolidation)将一个文件的各个簇连续存放，以提高I/O访问性能。簇：一组磁盘块隐式链接显式链接将指针显式地存放在一张表中DOS的文件物理结构（FAT表）将指针显式地存放在一张表中（FAT）3.索引分配索引分配(indexed)：文件的第一个簇中记录了该文件的其他簇的位置，只需在索引中记录连续簇的数目。两级索引混合索引方式两级索引混合索引是指多种分配方式相结合而形成的一种分配方式，比如：直接地址、一级索引、二级

4、索引、三级索引混合的分配方式。例如UNIX、LINUX的文件物理结构都是采用的这种混合分配的方式。存储器存储空间的管理空闲表法空闲链表法位视图成组链接法空闲盘块的成组链接法磁盘容错技术也称系统容错技术（SystemFaultTolerance）SFT-I低级磁盘容错技术防止磁盘表面出错引起的数据丢失；SFT-II中级磁盘容错技术防止磁盘驱动器或控制器故障所引起的系统不正常；SFT-III高级磁盘容错技术提供了文件服务器镜像功能在主服务器出现故障时能有备份服务器不间断地接替主服务器的工作。容错技术是通过在系

5、统中设置冗余部件来提高系统可靠性的一种技术。SFT-I双份目录和双份文件分配表在不同磁盘或者不同磁盘分区做目录和分区表备份热修复重定向使用2%-3%的磁盘容量作为热修复重定向区写后读校验写后再读出来与之比较，不一致则重写，仍不一致则利用热修复重定向技术将数据写入重定向区中，并记录损坏盘块的地址到坏盘块表中SystemFaultToleranceSFT-II磁盘镜像两个磁盘驱动器，有个备份磁盘做镜像，采用写后读校验方式磁盘双工两个磁盘控制器，有个备份磁盘驱动器和磁盘，采用并行写的方式写入磁盘，使用分离搜索（

6、SplitSeek）技术，从相应快的通路取得数据。磁盘驱动器RAIDRAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAIDLevels）。数据冗余的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用冗余信息可以使损失数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。RAID的优点成本低，功耗小，传输速率高。在RAID中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动

7、器，所以使用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID最初想要解决的问题。因为当时CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾。RAID最后成功了。可以提供容错功能。这是使用RAID的第二个原因，因为普通磁盘驱动器无法提供容错功能，如果不包括写在磁盘上的CRC(循环冗余校验)码的话。RAID和容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的，所以它提供更高的安全性。RAID比起传统的大直径磁盘驱动器来，在同样的容量下，价

8、格要低许多。RAID巳经发展了六个级别，其级别分别是0、1、2、3、4、5及后来还出现了RAID0+1(也称RAID10)等等数据分段并行交叉存取数据分段就是将把一个文件的数据写到多个硬盘，而不是只写到一个盘上。因为磁盘阵列是将同一阵列的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘(virtualdisk)，所以其数据是以分段的方式顺序存放在磁盘阵列中，数据按需要分段，从第一个磁盘开始放，放到最后一个磁盘再回到第一个磁盘放起，直到数据分布完毕。