磁盘存储器管理PPT课件

Sector #
CRC
1 2112
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
循环冗余码检验Cyclic Redundancy Check
硬盘的磁头臂
2、磁盘的类型
分类：
硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定磁头和活动磁 头。 固定磁头磁盘：每个磁道一个磁头，并行读写， 速度高。
移动磁头磁盘：每个盘面配一个磁头，要读写数 据需要移动磁头—寻道。结构简单、I/O速度低。
Tracks
Sector
硬盘（温硬）基本基础知识
硬盘（温硬）基本基础知识
主轴 (5400/7200/10000转每分） 盘片 移动臂/磁头臂 磁头 电子电路
磁盘的容量
总容量=磁头数*柱面数*每磁道的扇区数*每扇区的字节数
硬盘府视图
磁盘格式化的磁道
Physical Sector 0 Physical Sector 2
一、磁盘的性能：
影响磁盘性能主要有：数据组织、磁盘的类型、访问时间 等。
1、磁盘的数据组织： 一个磁盘有多个盘片、每个盘片分两面。 每面分若干磁道(柱面)，每个磁道分若干扇区。
Intersector Gap
Rotational Delay
磁盘结构布局
Intertrack Gap
Sector Seek
50 10 24 94 32 3 16 1 20
Next track access 150 160 184 18 38 39 55 58 90
Number of track traversed
50 10 24 166 20 1 16 3 32
Average 55.3 Average 27.5 Average 27.8 Average 35.8
C-SCAN算法：磁头移动时仅一个方向访问磁道、另一个方 向直接返回。 例子
0 25 50 75 100 125 150 175 199
扫描算法(续)
3、N-Step-SCAN算法：
磁臂粘着(Arm Stickiness)：采用SSTF、SCAN、 CSCAN等调度算法，若有几个进程对某个磁道有 着较高的访问频率—即反复对某磁道进行频繁的 I/O请求，使磁头固定在某个磁道上。
3、磁盘访问时间
磁盘访问时间包括：寻道时间、旋转延迟时间和传 输时间。 图示
寻道时间Ts
把磁头从当前位置移动指定的磁道上所经历的时间，包括启动时间 s和移动n条磁道的时间： Ts=m×n+s m是一个常数，一般磁盘m=0.3、s=20ms;高速m≤0.1、 s约3ms
旋转延迟时间Tr(1/2r)
设旋转速度r=3600rpm,则每转需要16.7ms，平均旋转延迟为8.3ms。 10000rpm,6.0ms/r,3.0ms。
Seek length
Seek length
Seek lengຫໍສະໝຸດ Baiduh
Seek length
三、扫描算法
1、扫描(SCAN)算法：
进程“饥饿”现象：
SSTF可以获得较好的寻道结果，但可能导致某些进程发生“饥饿 (Starvation)”。因为不断新的进程到达，且磁道比当前进程的磁道 近—新进程悠闲。
SCAN算法：
第9章
磁盘存储器管理
磁盘存储器管理的主要任务： • 为文件分配存储空间； • 合理组织文件的存取方式； • 提高磁盘存储空间的利用率； • 提高对磁盘的I/O速度，以改善文件系统的性能。
• 采取必要的冗余，确保文件系统的可靠性。
9.1 磁盘I/O
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。
传输时间Tt
设传输的字节数为b，旋转速度为r，旋转1周所需时间为1/r，一个 磁道的字节数N，则Tt=b/Nr
二、磁盘调度算法
在磁盘访问时间中，主要是寻道时间，因此 主要针对如何减少寻道时间。常见：
先来先服务(FCFS) 最短寻道时间(SSTF—Shortest Seek Time First)
1、先来先服务(FCFS): 例子
N-Step-SCAN算法：
把对磁盘的I/O请求分成 N 个子队列。 各个子队列之间按FCFS算法对队列进行调度。 队列内部按SCAN算法进行调度。
扫描算法(续)
4、FSCAN算法：
对N-Step-Scan进行简化，把对磁盘请求访问队列分 成两个子队列：
这种算法考虑(1)要访问的磁道与当前的磁道的距离，(2)磁头的移 动方向。
0
25
50
75
100
125
例子
150 175
199
扫描算法(续)
2、循环扫描C-SCAN(Circular SCAN)
SCAN算法可以有效防止饥饿现象，但也存在一个问题：当 磁头刚从里向外移动过某个磁道，这时正好一个进程要 访问该磁道，就必须等到磁头移动到最外面后再向里移 动到该磁道才能访问。
Physical Sector N
Gap ID Gap
Data filed
Gap Gap ID Gap
Data filed
Gap
17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
Gap ID Gap
Data filed
Gap
600Bytes/Sector
Synch Byte
Track #
Head #
Starting at track 100
(1) FCFS
(2)SSTF
(3)SCAN
(4)C-SCAN
Next track access 55 58 39 18 90 160 150 38 184
Number of track traversed
45 3 19 21 72 70 10 112 146
Next track access 90 58 55 39 38 18 150 160 184
Number of track traversed
10 32 3 16 1 20 132 10 24
Next track access 150 160 184 90 58 55 39 38 18
Number of track traversed
根据进程请求访问的先后次序进行调度，优点是公 平、简单。但平均的寻道距离较大。
2、最短寻道时间优先(SSTF): 例子
选择进程的原则：要求访问的磁道与当前磁头所 在的磁道距离最短。优点：平均磁头移动距离低 于FCFS。
Comparison of Disk Scheduling Algorithms