第9章 磁盘存储器管理chapter 9 disk storage management(1

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1、第9章磁盘存储器管理Chapter9DiskStorageManagement磁盘存储器不仅容量大，存取速度快，而且可以实现随机长期存取，是实现虚拟存储器所必须的硬件，因此在现代计算机系统中，都配置了磁盘存储器，并以它为主存放文件。磁盘存储器管理的主要任务是：(1)为文件分配必要的存储空间，使每个文件能“各得其所”；(2)合理的组织文件的存取方式，以提高对文件的访问速度；(3)提高磁盘存储空间的利用率；(4)提高对磁盘的I/O速度，以改善文件系统的性能；(5)采取必要的冗余措施，来确保文件系统的可靠性。9.1磁盘I/O（磁盘调度）flo

2、ppyDiskInput/output当前,磁盘的速度比主存至少慢了4个数量级,并且可以预见将来这个差距还会继续增大。因此,磁盘存储子系统的性能是至关重要的。同时，改善磁盘I/O的性能，是提高文件系统性能的关键。提高磁盘I/O速度的主要途径有：（1）选择性能好的磁盘；（2）采用好的磁盘调度算法；（3）设置磁盘高速缓冲区。9.1.1磁盘存储设备磁盘是由表面涂有磁性物质的金属或塑料构成的圆形盘片。可以通过磁头（一个导体线圈）从中存取数据。在读/写操作期间，磁头是固定的，盘在它下面旋转。写机制：通过线圈的电流产生磁场。脉冲被送到磁头，产生的磁

3、化格式被记录在磁头下的盘面中，正负电流会产生不同的格式。读机制：相对于线圈移动的磁场在线圈中产生电流。当盘片在磁头下面经过时，可以产生与以前记录的极性相同的电流。9.1.1磁盘存储设备一、数据组织和格式化数据被组织在一组同心圆中，称为磁道（track）,每个磁道与磁头一样宽。磁盘设备中，可包含一或多个盘片，每片分两面，每面又有上千条磁道。每条磁道通常有几百个扇区（sector），每个扇区存放一个数据块（多数为512字节）。磁盘数据的布局如图所示。磁道间隙：磁道通过间隙隔开，以避免（减少）磁头定位不准或磁场间的干扰引起的错误。扇区间隙：为

4、避免对系统强加不合理的精度要求，相邻扇区通过间隙分隔。数据密度：为简化电子技术，每个磁道通常保存相同数量的位。因此，从最外面的磁道到最里面的磁道，密度（density,每英寸长度的位数）越来越大。扇区定位：为每个扇区设置表示起点和终点的控制数据，且这些数据只能由磁盘驱动器使用。图磁盘数据布局S1S5SnSnS6S6S5S4S3S2S1S4S3S2二、磁盘类型（DiskType)1.固定头磁盘(FixedHeadDisk)这种磁盘在每条磁道上都有一个读／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的磁道，并进行并行读／写

5、，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。2.移动头磁盘(MovableHeadDisk)每一个盘面仅配有一个磁头，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。可是，移动头磁盘只能进行串行读／写，致使I/O速度较慢，但由于结构简单，故仍广泛地用于中／小型设备中。在微机上配置的温盘（温彻斯特）和软盘，都采用移动磁头结构，故本节主要针对此类磁盘的I/O进行讨论。三、磁盘访问时间DiskAccessTime磁盘I/O的实际操作细节取决于计算机系统、操作系统及I/O通道和磁盘控制硬件的特性。

6、寻道等待通道等待设备数据传送旋转延迟设备忙图磁盘I/O传送的时序三、磁盘访问时间DiskAccessTime对磁盘的访问时间，包括以下三部分：1.寻道时间Ts(SeekTime)这是把磁臂（磁头）从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。Ts=最初启动时间+跨越必须跨越的那些磁道的时间。当代磁盘的平均寻道时间为5~10ms。这个时间很难减小，一般是通过采用更小更轻的磁盘部件。2.旋转延迟时间Tr(RotationDelayTime)Ｔr是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。对于硬盘，旋转速度为5400~10000r/min。10000r/

7、min相当于6ms/r，平均旋转延迟为3ms。对于软盘，旋转速度为300~600r/min。平均旋转延迟为100ms~200ms。三、磁盘访问时间DiskAccessTime3.传送时间Ｔt(TransmissionTime)Ｔt是指把数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所经历的时间。其大小与每次所读/写的字节数b及旋转速度r有关：其中，Tt=传送时间b=要传送的字节数N=一个磁道中的字节数r=旋转速度（转/秒）因此，总的平均存取时间：9.1.2早期的磁盘调度算法EarlyDiskSchedulingAlgorithm在多道程序环境下,和其

8、他I/O设备一样,操作系统为磁盘也维护一个请求队列，其中可能有来自多个进程的I/O请求。如果按顺序从队列中选择项目，则磁道是被随机访问的，这种情况下的性能很差。因此，当有多个进程都请求访问磁盘时，应采用一种