操作系统-磁盘存储管理.ppt

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1、磁盘存储器的管理磁盘存储器管理的主要任务：为文件分配必要地存储空间合理地组织文件的存取方式，提高对文件的访问速度提高磁盘存储空间的利用率，提高对磁盘的I/O速度采取必要地冗余措施，确保文件系统的可靠性。影响磁盘性能和数据安全性的主要因素：转速、寻道时间磁盘控制器：IDE、SCSI磁盘控制器RAID（廉价磁盘冗余队列）磁盘容错技术磁盘管理算法：磁盘调度算法和磁盘高速缓存。磁盘存储器的管理磁盘性能简述数据的组织和格式磁盘设备包括一或多个物理盘片，每个磁盘片分一个或两个存储面(surface)，每个磁盘面被组织成若干个同心环，这种环称为磁道(track)，各磁道之间

2、留有必要的间隙。所有磁道由外向内依次由0开始编号，称为磁道号。每条磁道上可存储相同数目的二进制位。这样，磁盘密度即每英寸中所存储的位数，显然是内层磁道的密度较外层磁道的密度高。每条磁道又被逻辑上划分成若干个扇区(sectors)，软盘大约为8～32个扇区，硬盘则可多达数百个。一个扇区称为一个盘块(或数据块)，常常叫做磁盘扇区。各扇区之间保留一定的间隙。扇区是磁盘进行I/O传输的基本单位，也是磁盘空间分配的基本单位。磁盘的结构和布局磁盘的结构和布局为了在磁盘上存储数据，必须先将磁盘低级格式化。下图磁盘中每条磁道含有30个固定大小的扇区，每个扇区容量为600个字节

3、，其中512个字节存放数据，其余的用于存放控制信息。每个扇区包括两个字段：（1）标识符字段，其中一个字节的SYNCH定界符，利用磁道号、磁头号及扇区号三者来标识一个扇区；CRC字段用于段校验。（2）数据字段，其中可存放512个字节的数据。磁盘扇区对磁盘，可以从不同的角度进行分类：硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定头磁盘和活动头(移动头)磁盘等。固定头磁盘这种磁盘在每条磁道上都有一读/写磁头，所有的磁头都被装在一刚性磁臂中。通过这些磁头可访问所有各磁道，并进行并行读/写，有效地提高了磁盘的I/O速度。这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上。移动头磁盘每一个盘面仅配有一

4、个磁头，也被装入磁臂中。为能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能移动以进行寻道。移动磁头仅能以串行方式读/写，致使其I/O速度较慢；但由于其结构简单，故仍广泛应用于中小型磁盘设备中。在微型机上配置的温盘和软盘都采用移动磁头结构。磁盘的类型磁盘的访问时间Ta表示为：访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，所需时间为寻道时间旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间磁盘访问时间寻道时间Ts这是指把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动

5、n条磁道所花费的时间之和，即Ts=m×n+s其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘，m=0.2；对于高速磁盘，m≤0.1，磁臂的启动时间约为2ms。对于一般的温盘，其寻道时间将随寻道距离的增加而增大，大体上是5～30ms。磁盘访问时间旋转延迟时间Tr将磁头移动到指定扇区下面所经历的时间。Tr=1/(2r)，r为磁盘转速（转数/单位时间，秒）不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘为300r/min，硬盘一般为7200～15000r/min，甚至更高。对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15000r/min，每转需时4ms，平

6、均旋转延迟时间Tr为2ms；而软盘，其旋转速度为300r/min或600r/min，这样，平均Tr为50～100ms。磁盘访问时间传输时间Tt这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关:其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，即N=2*b时，Tt=1/(2r)，Tt与Tr相同。磁盘访问时间磁盘的访问时间Ta表示为：访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，所需时间为寻道时间旋转磁盘，定位数据所在

7、的扇区，所需时间为旋转延迟从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间磁盘访问时间由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间与所读/写数据的多少无关，它通常占据了访问时间中的大部分。例如，假定寻道时间和旋转延迟时间平均为20ms，而磁盘的传输速率为10MB/s，如果要传输10KB的数据，此时总的访问时间为21ms，可见传输时间所占比例是非常小的。当传输100KB数据时，其访问时间也只是30ms，即当传输的数据量增大10倍时，访问时间只增加约50%。目前磁盘的传输速率已达80MB/s以上，数据传输时间所占的比例更低。可见，适当地集中数据(不要太零散)传输，将有

8、利于提高传输效率。磁盘访问时间磁盘是一