《操作系统原理》磁盘缓冲

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1、初窥硬盘缓存图/文得鱼忘筌（04ID文）希捷公司最新的Bcirreicudci7200.8系列硕盘即将E入寻常刁姓家f、而Maxtor公司的DiamondMax10也已经正式进入市场,图一就是300GB的DiamondMax10硬盘。除了SATAII接口技术以外,单碟容量的提高和缓存数杲的増多才是新一代硬盘真正的亮点，特别是出现缓存容戢增加到16HB的产品这尤其吸引用户的眼光。（图—）•缓存的效用经济学上有一个很著名的“木桶效应”，说的是对于一个沿口不齐的木桶，盛水量的多少不在于木桶最长的那块木板，而在于木桶最短的那块木板。在在PC领域里面“木桶效应”依然存在，整个系统的速度,不是取决于系统参

2、与工作最快那部分的速度，而是取决于系统参与工作最慢那个部分的速度。在整个PC系统中，在高速部分和低速部分Z间都会出现瓶颈现彖，而而对瓶颈现彖通常的解决办法就是设置缓存。常见的缓存通常冇两类，一•种是数据缓存，另-•类是指令缓存。前者的主要目的在于缩短数据传输过程消耗的时间，后者的主要目的是缩短对数据寻址定位所花费的时间。PC系统小大部分操作都需要和便盘打交道，而碾盘的读写速度和内存相比述不到其十分基木上可以将其认定为系统内最慢的部分Z-0在硬盘部分瓶颈现象相当的明显，在硬盘和其它设备Z间设置缓存缓解瓶颈现象，这也就是顺理成章而且是十分重要的了。现阶段硬盘缓存卞要是起到数据缓存的作用，因为硬盘的

3、缓存一般都釆用DRAM作为存储介质，读勇速度接近于主流内存产品,远高于硬盘磁存储系统的速度。当系统需要在硬盘中寻找数据时，首先会在硬盘的缓存中寻找，如果找到了那么利用缓存的高速特性，硬盘与主系统Z间读勇速度的瓶颈现象就会得到人大的缓解。当然，如果能适当的对®!盘指令进行缓冲、排序也会提高便盘整体性能,不过这部分工作现在一般都交给其它部分來实现，比如NCQ技术等，本文主要介绍硬盘缓存作为数据缓存以及磁盘调度算法方面的知识，关于指令方面的知识就不再捉及了。•磁盘的调度管理磁盘控制器的调度算法是每家公司的不传Z密，但都是基于一些基本的算法进而发展起来的，我们这里就来简单介绍儿种基本的磁盘调度算法和对

4、磁盘性能考评的基本概念。1、FCFS、SSTF与SPTF算法FCFS是FirstComeFirstService的缩写，也就是先来先服务的一种算法,这种算法是按照系统对磁盘数据读写请求先后的次序來决定服务的先后顺序。从性能优化的角度來看，这是一•种最原始的调度策略，只能保证磁盘的正常工作而无任何优化可言。磁盘调度管理首要任务是让磁盘能正常的工作，其后才是对性能的优化，从这个意义上來说FCFS算法也算完成了自己的本职工作，而H.FCES算法在磁盘负载较轻时还是能正常发挥磁盘性能的。SSTF是ShortestSeekTimeFirst的缩写，也就是最短寻道时间优先的一种算法。这种算法的处理方法是，

5、是让寻道时间较短的请求在较早的时间就被执行，H的是获得尽可能短的平均寻道时间。显然，磁头在对某一个请求进行寻道的时候其它所有请求都处于排队状态，优先处理寻道时间较短的请求，可能会让整个队列的等待时间缩短，这就达到了缩短平均寻道时间的H的。对于SSTF算法需要指出两个问题。对于每一个请求，寻道时间的估算通常是很麻烦的，这和上一个请求结束时磁头的位置冇关，也就是说对于同样的请求，因为上一个请求的不同，其寻道时间也不同，进而在服务优先级上就会产生差异。第二个问题是，因为一般來说SSTF算法用寻道距离來衡量寻道时间，最外和最内柱面的请求通常是最远的寻道距离，那么对于这一类请求往往在服务优先级上就会排得

6、很靠后，这会在软件应用层面上造成一些不良的影响。有一定破盘知识的川户一定会想到这样一个问题，破盘的平均访问时间基木是等于硬盘平均寻道时间与平均潜伏时间Z和，对于任意一个数据请求除了在径向上寻道所花费的时间以外，还盂要旋转盘片花费潜伏时间。如果用SSTF算法只考虑寻道的时间，那么对于请求整个队列等待时间的故优化就还做得不够彻底,于是结合考虑寻道时间和潜伏时间的SPTF算法就岀现了。SPTF是ShortestPositionTimeFirst的缩写，就是最短定位时间优先的算法。从原理上來说，SPTF和SSTF算法冇很多相通之处，如果请求队列不是太复杂，很容易用SPTI；算法实实在在的降低平均访问时

7、间，这对捉高磁盘的T/0性能冇着相当大的帮助。但SSTF算法存在的问题SPTF算法-•样的存在，对于处于一些区域的数据的请求，很可能被延误太久英至难以得到服务。针对这样的问题，引入有效定位时间这么一个概念，就可以适当的解决SPTF算法中存在的问题。加入了这种时间因索的SPTF算法，通常被称为ASPTF算法。有效定位时间就是用预测的实际定位时间减去等待时间,通过权重分配，这样就可以将等待较久的请求赋