计算机操作系统 郁红英 冯庚豹1 第4章 设备管理2——磁盘、缓冲管理

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1、4.6磁盘速度是影响文件系统性能的主要因素提高磁盘I/O速度的主要途径：选择性能好的磁盘采用好的磁盘调度算法设置磁盘高速缓冲区磁盘性能影响磁盘性能的因素：数据的结构磁盘的类型磁盘访问时间数据的结构一个磁盘含多个盘片。每个盘片含两面。每面含若干个磁道。每条磁道上存储相同数目的二进制位。每条磁道又分成若干个扇区，一个扇区相当于一个盘块。盘片旋转，当磁头位于某个磁道、某个扇区下时，就可将该扇区的内容读出或写入。磁盘的物理格式化（低级格式化）定界符磁道号磁头号扇区号校验空隙标识字段空隙数据字段空隙例一个磁道

2、分成300个固定大小的扇区，每个扇区的容量为600个字节，其中512个字节存放数据，88个字节存放控制信息。磁盘的类型固定头磁盘每条磁道上都有一个读/写磁头（大容量磁盘）移动头磁盘每个盘面仅配一个读/写磁头。即微机上用的硬盘（也叫温切斯特硬盘）、软盘。磁盘的访问时间寻道时间Ts：磁头从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。(s:启动磁盘时间、m:常数=0.3、n:磁道数)Ts：随寻道距离的增大而增大，约10ms旋转延迟时间Tr：磁头找到指定的扇区所经历的时间。硬盘Tr=3ms软盘100ms传输时间T

3、t：数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所经历的时间。(r:磁盘旋转速度N:一条磁道上的字节数b:每次读写的字节数)磁盘访问时间如何减少磁盘的访问时间例2：磁盘的寻道时间为10ms，旋转时间为10000r/min，每个磁道有320个扇区，每个扇区512个字节，假设读取一个包含2560个扇区的文件，文件的大小是1.3MB现在估计磁盘的访问时间。(1)若数据顺序组织：读第一个磁道的时间如下：Ts+Tr+Tt(读320个扇区时间)=10ms+3ms+6ms=19ms如果在读其余的磁道时，不需寻道，后面每个磁道

4、的读取时间是3+6=9ms，读取整个文件总时间=19+7*9=82ms=0.082s(2)如果采用随机访问，也就是说，访问随机分布在磁盘上的扇区。对于每个扇区的访问时间为：Ts+Tr+Tt(读一个扇区时间)=10ms+3ms+0.01875ms=13.01875ms,读取整个文件总时间=2560*13.01875=33328ms=33.328s例1：设Ts+Tr=13ms,磁道的传输速度为1KB/s，要传输1K字节，则Ta=13+1=14ms;要传输10K字节，则Ta=13+10=23ms结论1：适

5、当集中数据传送，有利于提高传输速率。结论2：减少磁盘访问时间的途径之二：数据尽可能顺序组织磁盘调度算法——FCFS：先来先服务优点：公平、简单。缺点：未对寻道进行优化，平均寻道时间较长。SSTF先满足寻道时间短的进程。优点：对寻道优化缺点：“饥饿”现象发生FCFS和SSTF磁盘调度算法——SCAN算法：对SSTF算法进行改造，不仅考虑要访问的磁道与当前磁盘的距离，更优先考虑磁头的当前移动方向。因该算法中磁头的移动规律颇似电梯的运行，故称“电梯调度算法”。循环扫描CSCAN：对SCAN进行改造，解决进

6、程严重延迟现象。内外内外扫描算法磁盘调度算法——SCAN和CSCAN磁盘调度算法——N-step-SCAN对于SSTF、SCAN、CSCAN均有可能出现磁头在某处停留不动的情况（如进程对某道的访问频率高）——称为磁臂粘着现象。N-step-SCAN算法将磁盘请求队列分成若干个长度为N的子队列，用FCFS依此处理这些子队列。在每个队列中用SCAN。N越大（一个进程一队）——>SCANN越小（N=1）——>FCFSN-step-SCAN扫描算法磁盘调度算法——FSCAN将N-step-SCAN算法简单化

7、为二个队列：一个队列为：当前请求磁盘I/O的进程形成的队列。由SCAN处理。另一个队列为：新出现的请求磁盘I/O的进程形成的队列，这样一来，新的请求下次扫描时再处理。FSCAN扫描算法磁盘容错技术磁盘容错技术是通过在系统中设置冗余部件来提高系统可靠性的一种技术。当磁盘系统中的某些部件出现缺陷或故障时，磁盘仍能正常工作，且不会造成数据的错误和丢失。磁盘容错技术也是提高磁盘I/O速度的另一有效途径。廉价磁盘冗余阵列（ReduntantArrayofInexpensiveDisks，RAID）1987年由

8、美国加利福尼亚大学克莱分校提出，后得到广泛应用。RAID技术有7级，RAID0~RAID6，不同的级别代表了不同的设计结构。廉价磁盘冗余阵列RAID0RAID0级——并行交叉存取系统中有多台磁盘驱动器，每个磁盘被划分成多个条带。当要读取磁盘上的数据时，采取并行传输方式，将各个磁盘条带中的数据同时向内存中传输，从而使传输时间大大减少。廉价磁盘冗余阵列RAID1RAID1级——磁盘镜像具有磁盘镜像功能，但磁盘利用率只有50%。廉价磁盘冗余阵列RAID3RAID3级——冗余