操作系统概念：第十四章大容量存储器结构

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1、操作系统概念第十四章：大容量存储器结构本章主要内容磁盘结构磁盘调度磁盘管理交换空间管理RAID结构第三级存储结构214.1磁盘结构现代磁盘驱动器可以看做一个一维的逻辑块的数组，逻辑块是最小的传输单位一维逻辑块数组按顺序映射到磁盘的扇区。扇区0是最外面柱面的第一个磁道第一个扇区。该映射是先按磁道内扇区顺序，再按柱面内磁道顺序，再按从外到内的柱面顺序来排序的。3温彻斯特盘4事实上，执行逻辑块号到老式磁盘地址的转换并不容易，这有两个理由：绝大多数磁盘都有一些缺陷扇区，因此映射必须用磁盘上的其他空闲扇区来替代这些缺

2、陷扇区。对于有些磁盘，每个磁道的扇区数并不是常量。常量线性速度（constantlinearvelocity）磁道的位密度恒定圆角速度（constantangularvelocity,CAV）514.2磁盘调度OS的任务之一就是有效地使用硬件。对磁盘驱动器，满足这一要求意味着要有较快的访问速度和较宽的磁盘带宽。磁盘带宽：所传递的总字节数除以从服务请求开始到最后传递结束时的总时间。访问时间有以下两个主要部分寻道时间：磁臂将磁头移动到包含目标扇区的柱面的时间。旋转延迟：磁盘需要将目标扇区转动到磁头下的时间。最小

3、化寻道时间寻道时间可以用寻道距离来表示6有几种算法可以调度磁盘请求假定有以下磁盘请求（磁道编号从0－199）98,183,37,122,14,124,65,67当前磁头位置为537FCFS8SSTF（最短寻道时间优先算法）从当前磁头位置选择最短寻道时间的请求SSTF（shortest-seek-time-first）基本上是一种最短作业优先（SJF）调度，与SJF调度一样，它可能导致某些请求的饥饿。9SSTF10SCAN调度磁臂从磁盘的一端向另一端移动，同时当磁头移过每个柱面时，处理位于该柱面上的服务请求。

4、当到达另一端时，磁头改变移动方向，处理继续。磁头在磁盘上来回扫描。有时也叫做“电梯”算法1112C-SCAN是SCAN调度的变种，主要提供一个更为均匀的等待时间。与SCAN一样，C－SCAN将磁头从磁盘一端移到磁盘的另一端，随着移动而不断地处理请求。不过，当磁头移到另一端时，它会马上返回到磁盘开始，返回时并不处理请求。C－SCAN调度算法基本上将柱面当做一个环链，以将最后柱面和第一柱面相连。13C-SCAN(续)14LOOK调度与C-LOOK调度事实上，SCAN与C－SCAN算法都不是那样实现的。通常，磁头

5、只移动到一个方向上最远的请求为止。接着，它马上回头，而不是继续到磁盘的尽头。这种形式的SCAN和C-SCAN称为LOOK和C-LOOK调度。15C-LOOK16磁盘调度算法的选择SSTF较为普通且很有吸引力SCAN和C-SCAN对磁盘负荷较大的系统会执行得更好，这是因为它不可能产生饥饿问题。对于任何调度算法，性能依赖于请求的类型与数量磁盘服务请求很大程度上受文件分配方法所影响磁盘调度算法应作为一个操作系统的独立模块，这样如果有必要，它可以替换成另一个不同的算法。SSTF或LOOK是比较合理的缺省算法。17其

6、它问题操作系统比较难以调度来改善旋转等待，这是因为现代磁盘并不透露逻辑块的物理位置。事实上OS对请求服务顺序还有其他限制，如：按需分页比I/O的优先级高有时写操作比读操作更重要1814.3磁盘管理低级格式化或物理格式化－将磁盘分成磁盘控制器能读与写的扇区每个扇区的数据结构通常由头、数据区域和尾部组成。头部和尾部包含了一些磁盘控制器所使用的信息，如扇区号码和纠错代码（error-correctingcode,ECC）为了让磁盘能够存储文件，OS还必须在磁盘上记录上一定的数据结构分区逻辑格式化（创建文件系统）引

7、导块绝大多数系统只在启动ROM中保留一个很小的自举装入程序，其作用是进一步从磁盘上调入更为完整的自举程序（保存在磁盘的启动块上）。19MS-DOS磁盘布局20坏块磁盘容易出问题。经常遇到的问题是：一个或多个扇区坏掉。对于简单磁盘如使用IDE控制器的磁盘，坏扇区可手工处理。FormatChkdsk更为复杂的磁盘，如用于高端计算机、绝大多数工作站和服务器上的SCSI磁盘，对坏块的处理更为聪明扇区备用或转寄2114.4交换空间管理交换空间概念－虚拟内存使用磁盘空间作为主存的扩展（会严重影响系统性能）交换空间的使用

8、Swap：保存整个进程映像，包括代码段和数据段Switch：存储换出内存的页交换空间太小容易造成死机现象交换空间的位置交换空间在普通文件系统上加以创建。通常是文件系统内的一个简单大件（如Windows）。这种方式实现简单但效率较低。（外部碎片）交换空间创建在独立的磁盘分区上（如Unix/Linux）。（内部碎片）有些OS较为灵活，可以由系统管理员来选择使用以上哪种方式。交换空间管理4.3BSD在进程启动的时候分配