第8章磁盘存储器的管理资料
合集下载
第8章 磁盘存储器管理
引分配方法）
1.单级索引分配 2.多级索引分配 3.增量式分配方式
24
1. 单级索引分配
每个文件分配一个索引块(表)，再把分配给该文 件的所有盘块号都记录在该索引块中，因而该索引 块是个数组。文件的目录项中填上指向该索引块的 指针 (图8-6)
支持高效的直接存取(索引表) 主要问题：花费较多的外存空间（小文件）
置的对应关系
4
8.1.1 连续分配(又称“顺序分配”)
1. 连续分配方式（Continuous Allocation）
存储结构：文件分配一组连续的盘块
P251
文件地址：第一盘块号和文件长度（图8-1）
外存碎片：通过紧缩将外存空闲空间合并成连续的区域
2. 连续分配的优缺点
优点： ① 顺序访问容易
29
mode owners (2) time stamps (3)
size block count
i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
single indirect double indirect triple indirect
… …
data data data
data data data
解决方法
增加FAT表的表项数，即增加FAT表的宽度
16位最大表项数65536(216)个，可将一个磁盘分区 分为65536个簇。在FAT16的每个簇中可以有的盘块 数为4、8、16、32直到64，由此得出FAT16可以管理 的最大分区空间为216×64×512 = 2048 MB。
18
2. FAT16
…
图8-8 增量式（混合）索引方式
…
…
data data data data
1.单级索引分配 2.多级索引分配 3.增量式分配方式
24
1. 单级索引分配
每个文件分配一个索引块(表)，再把分配给该文 件的所有盘块号都记录在该索引块中，因而该索引 块是个数组。文件的目录项中填上指向该索引块的 指针 (图8-6)
支持高效的直接存取(索引表) 主要问题：花费较多的外存空间（小文件）
置的对应关系
4
8.1.1 连续分配(又称“顺序分配”)
1. 连续分配方式（Continuous Allocation）
存储结构：文件分配一组连续的盘块
P251
文件地址：第一盘块号和文件长度（图8-1）
外存碎片：通过紧缩将外存空闲空间合并成连续的区域
2. 连续分配的优缺点
优点： ① 顺序访问容易
29
mode owners (2) time stamps (3)
size block count
i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
single indirect double indirect triple indirect
… …
data data data
data data data
解决方法
增加FAT表的表项数，即增加FAT表的宽度
16位最大表项数65536(216)个，可将一个磁盘分区 分为65536个簇。在FAT16的每个簇中可以有的盘块 数为4、8、16、32直到64，由此得出FAT16可以管理 的最大分区空间为216×64×512 = 2048 MB。
18
2. FAT16
…
图8-8 增量式（混合）索引方式
…
…
data data data data
磁盘存储器管理
目前磁盘的传输速度一般有几十M/s，传 输一个扇区的时间小于0.05ms
分析
❖ 要提高磁盘的访问速度主要应从以下两 方面入手：
❖ 数据的合理组织 ❖ 磁盘的调度算法
2 磁盘调度算法
❖ 当多个访盘请求在等待时，采用一定的策略， 对这些请求的服务顺序调整安排，旨在降低平 均磁盘服务时间，达到公平、高效 ❖ 公平：一个I/O请求在有限时间内满足 ❖ 高效：减少设备机械运动所带来的时间浪费 ❖ 主要算法： ❖ 1) 先来先服务FCFS ❖ 2)最短寻道时间优先SSTF ❖ 3)扫描算法 ❖ 4)单向扫描调度算法
❖ 当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在 移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然 后判断该方向上是否还有访问请求，如果有 则继续扫描；
❖ 否则改变移动方向，并为经过的访问请求服 务，如此反复
图
图解
98，183，37，122，14，124，65，67
37，14， 65，67 ， 98， 122， 124， 183 磁头走过的总道数：208
扇区
柱面
磁臂 磁头
俯视图
磁道
扇区
柱面、磁头、扇区
❖ 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都 用来记录信息，每面一个磁头
❖ 所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组 成一个柱面
❖ 每个柱面8-32个扇区（一般为512字节 ） ❖ 物理地址形式：
❖ 柱面号
❖ 磁头号
❖ 扇区号
例子：典型参数
❖ 20G： ❖ 39813 柱面 ❖ 16 头 ❖ 63 扇区 ❖ 60G： ❖ 28733 柱面 ❖ 16 头 ❖ 255 扇区
图解
CSCAN调度算法示例
2.5 N-Step-SCAN和FSCAN调度算 法
分析
❖ 要提高磁盘的访问速度主要应从以下两 方面入手：
❖ 数据的合理组织 ❖ 磁盘的调度算法
2 磁盘调度算法
❖ 当多个访盘请求在等待时，采用一定的策略， 对这些请求的服务顺序调整安排，旨在降低平 均磁盘服务时间，达到公平、高效 ❖ 公平：一个I/O请求在有限时间内满足 ❖ 高效：减少设备机械运动所带来的时间浪费 ❖ 主要算法： ❖ 1) 先来先服务FCFS ❖ 2)最短寻道时间优先SSTF ❖ 3)扫描算法 ❖ 4)单向扫描调度算法
❖ 当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在 移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然 后判断该方向上是否还有访问请求，如果有 则继续扫描；
❖ 否则改变移动方向，并为经过的访问请求服 务，如此反复
图
图解
98，183，37，122，14，124，65，67
37，14， 65，67 ， 98， 122， 124， 183 磁头走过的总道数：208
扇区
柱面
磁臂 磁头
俯视图
磁道
扇区
柱面、磁头、扇区
❖ 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都 用来记录信息，每面一个磁头
❖ 所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组 成一个柱面
❖ 每个柱面8-32个扇区（一般为512字节 ） ❖ 物理地址形式：
❖ 柱面号
❖ 磁头号
❖ 扇区号
例子：典型参数
❖ 20G： ❖ 39813 柱面 ❖ 16 头 ❖ 63 扇区 ❖ 60G： ❖ 28733 柱面 ❖ 16 头 ❖ 255 扇区
图解
CSCAN调度算法示例
2.5 N-Step-SCAN和FSCAN调度算 法
磁盘存储管理
•一般使用简单的假定测量该值，即使用平均值：将磁盘旋转周期的一半作为旋转延迟 的近似值，该方法在实际应用中也非常实用。因此，一般都将磁盘旋转周期的一半定 义为旋转延迟。
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:
被访问的下
移动距离
一个磁道号
(磁道数)
55
45
58
3
39
19
18
21
90
72
160
70
150
10
38
112
184
146
平均寻道长度: 55.3
有9个进程先后提出磁盘I/O请求。进程(请求者)按发出请求的先后次序排 队。平均寻道距离为55.3条磁道，该方法平均寻道距离较大，故FCFS算法 仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。
20
150
132
160
10
184
24
平均寻道长度: 27.5
SSTF算法的平均每次磁头移动距离明显低于FCFS的距离，因而较FCFS 有更好的寻道性能，曾被广泛采用。
FCFS调度算法
磁盘调度
SSTF调度算法
扫描(SCAN)算法
进程“饥饿”现象
SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导致某 个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
1b Ta Ts 2r rN
磁盘访问时间
Ta
Ts
1 2r
b rN
• 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20 ms，而磁盘的传输速 率为10 MB/s，如果要传输10 KB的数据，此时总的访问时间为21 ms， 可见传输时间所占比例是非常小的。当传输100 KB数据时，其访问时 间也只是30 ms，即当传输的数据量增大10倍时，访问时间只增加约 50%。
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:
被访问的下
移动距离
一个磁道号
(磁道数)
55
45
58
3
39
19
18
21
90
72
160
70
150
10
38
112
184
146
平均寻道长度: 55.3
有9个进程先后提出磁盘I/O请求。进程(请求者)按发出请求的先后次序排 队。平均寻道距离为55.3条磁道，该方法平均寻道距离较大，故FCFS算法 仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。
20
150
132
160
10
184
24
平均寻道长度: 27.5
SSTF算法的平均每次磁头移动距离明显低于FCFS的距离，因而较FCFS 有更好的寻道性能，曾被广泛采用。
FCFS调度算法
磁盘调度
SSTF调度算法
扫描(SCAN)算法
进程“饥饿”现象
SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导致某 个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
1b Ta Ts 2r rN
磁盘访问时间
Ta
Ts
1 2r
b rN
• 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20 ms，而磁盘的传输速 率为10 MB/s，如果要传输10 KB的数据，此时总的访问时间为21 ms， 可见传输时间所占比例是非常小的。当传输100 KB数据时，其访问时 间也只是30 ms，即当传输的数据量增大10倍时，访问时间只增加约 50%。
磁盘存储器的管理
2021年1月27日星期三
盘面9 盘面8 盘面7 盘面6 盘面5 盘面4 盘面3 盘面2 盘面1 盘面0
a
扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁盘的结构和布局 2021年1月27日星期三
磁道 磁道间隔 扇区间隔
b
1.2 磁盘调度
1．先来先服务(FCFS) 这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的 先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请 求都能依次地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足 的情况。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能 较长。 2．最短寻道时间优先(SSTF) 该算法选择这样的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在的 磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。但这种算法不能保证平 均寻道时间最短。
2021年1月2向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头 移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即 将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描。
2021年1月27日星期三
1.3 磁盘高速缓存
1．磁盘高速缓存的形式 高速缓存在内存中可分成两种形式。 第一种是在内存中
开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定 的，不会受应用程序多少的影响；
第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请 求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。此时，高 速缓存的大小显然不再是固定的。当磁盘I/O的频繁程度较高 时，该缓冲池可能包含更多的内存空间；而在应用程序运行得 较多时，该缓冲池可能只剩下较少的内存空间。
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情 况不同，因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此， 现在不少系统在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久 未使用这一原则外，还考虑了以下几点：
盘面9 盘面8 盘面7 盘面6 盘面5 盘面4 盘面3 盘面2 盘面1 盘面0
a
扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁盘的结构和布局 2021年1月27日星期三
磁道 磁道间隔 扇区间隔
b
1.2 磁盘调度
1．先来先服务(FCFS) 这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的 先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请 求都能依次地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足 的情况。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能 较长。 2．最短寻道时间优先(SSTF) 该算法选择这样的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在的 磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。但这种算法不能保证平 均寻道时间最短。
2021年1月2向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头 移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即 将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描。
2021年1月27日星期三
1.3 磁盘高速缓存
1．磁盘高速缓存的形式 高速缓存在内存中可分成两种形式。 第一种是在内存中
开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定 的，不会受应用程序多少的影响；
第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请 求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。此时，高 速缓存的大小显然不再是固定的。当磁盘I/O的频繁程度较高 时，该缓冲池可能包含更多的内存空间；而在应用程序运行得 较多时，该缓冲池可能只剩下较少的内存空间。
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情 况不同，因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此， 现在不少系统在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久 未使用这一原则外，还考虑了以下几点：
计算机操作系统第八章-磁盘存储器的管理
第八章磁盘存储器的管理第一节文件的物理结构和外存的分配方式一、概述磁盘是一种可直接存取的随机存储器(这一点与内存相似)，一个逻辑盘可以看作一片连续的存储空间。
确定外存空间的分配方式(组织文件的物理结构)主要考虑：提高文件的访问速度、有效地利用外存空间。
常用的外存分配方法有：连续分配、链接分配、索引分配。
二、磁盘存储空间的结构磁盘说明图1盘块(扇区)是磁盘上的最小存储分配单位，每个盘块有唯一编号；地址是：磁道(柱面)号+扇区号+盘面号；从盘块编号到地址的转换由硬件完成，在OS中一个盘块的地址就是盘块编号。
一般一个盘块的大小与内存分页中页(内存块)的大小一致，一页存放到一个盘块中。
三、连续分配1、思想方法为每个文件分配一组位置相邻接的盘块(磁盘上的地址连续/盘块编号连续的盘块)，文件中的逻辑页被顺序地存放到邻接的各物理盘块中。
这保证了文件中的逻辑顺序与文件占用盘块顺序的一致性。
这样物理结构的文件称为顺序文件；每个文件都从分配给它的一个盘块的第一个字节开始存放。
文件地址：在文件的目录中，存放该文件的第一个记录所在的盘块号和文件的长度(共占多少块)。
1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcountfile start length coun t 02tr 143mail 196list 284f62????tr f图 8-1 磁盘空间的连续分配2、优缺点◆存取容易，存取速度较快；◆必须事先知道文件的长度，不利于文件的动态增长； ◆存放一个文件要求足够大的连续存储空间； ◆存储空间的管理存在“碎片”问题，须定时整理。
四、链接分配1、思想方法：为每个文件分配一组位置离散的盘块，每个盘块中存放文件的一个逻辑页；通过给每个盘块设置一个指针，将属于同一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。
这样物理结构的文件称为链接文件。
汤子瀛《计算机操作系统》章节题库(磁盘存储器的管理)【圣才出品】
第8章磁盘存储器的管理一、选择题1．假定盘块的大小为1KB，对于1.2MB的软盘，FAT需占用（）的存储空间。
A．1KBB．15KBC．1.8KBD．2.4KBE．3KB【答案】C【解析】1.2MB/1KB＝1.2K个表项，由于每个FAT表项占12位，（12/8）*1.2K＝1.8KB。
2．对于100MB的硬盘，FAT需占用（）的存储空间。
A．100KBB．150KBC．200KBD．250KBE．300KB【答案】A【解析】100MB/1KB＝100K。
3．从下面的描述中选出一条错误的描述（）A．一个文件在同一系统中、不同的存储介质上的拷贝，应采用同一种物理结构B．文件的物理结构不仅与外存的分配方式相关，还与存储介质的特性相关，通常在磁带上只适合使用顺序结构C．采用顺序结构的文件既适合进行顺序访问，也适合进行随机访问D．虽然磁盘是随机访问的设备，但其中的文件也可使用顺序结构【答案】A【解析】文件结构分为两种，有结构文件和无结构文件。
4．从下面关于顺序文件和链接文件的论述中，选出一条正确的论述（）A．顺序文件适合于建立在顺序存储设备上，而不适合于建立在磁盘上B．在显式链接文件中是在每个盘块中设置一链接指针，用于将文件的所有盘块都链接起来C．顺序文件必须采用连续分配方式，而链接文件和索引文件则可采用离散分配方式D．在MS-DOS中采用的是隐式链接文件结构【答案】C【解析】文件分配对应于文件的物理结构，是指如何为文件分配磁盘块。
常用的磁盘空间分配方法有三种：连续分配、链接分配和索引分配。
顺序分配：顺序分配方法要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。
隐式链接分配：每个文件对应一个磁盘块的链表；磁盘块分布在磁盘的任何地方，除最后一个盘块外，每一个盘块都有指向下一个盘块的指针，这些指针对用户是透明的。
显式链接分配：是指把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。
该表在整个磁盘仅设置一张，每个表项中存放链接指针，即下一个盘块号。
操作系统磁盘存储器的管理
文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的静态联系 • 进程和域之间一一对应 • 在进程的整个生命期中，其可用资源是固定 的 • 称为静态域 • 进程运行的全过程都是受限于同一个域，这 将会使赋予进程的访问权超过实际需要
文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的动态联系 • 进程和域之间一多对应 • 将进程的运行分为若干个阶段，每个阶段联 系一个域 • 应增设保护域切换功能
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3 E
F2 F3
W
R*,O R*,O, W
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3
F2 F3
O,R*, R*,O, W* W
W
W
文件保护
➢ 访问矩阵的修改
➢ 拷贝权和所有权都是用于改变矩阵内同一列的各 项访问权，或者说，是用于改变在不同域中运行 的进程对同一对象的访问权
文件保护
1) 双份目录和双份文件分配表
2) 热修复重定向和写后读校验
(1) 热修复重定向(Hot-Redirection)。 系统将磁盘容量的很小一部分作为热修复重定向区， 用于存放当发现磁盘有缺陷时的待写数据
➢ 磁盘高速缓存的形式
(1) 在内存中开辟一个单独的存储空间来作为 磁盘高速缓存，其大小是固定的，不会受应用 程序多少的影响；
(2) 把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池， 供请求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓 存)共享。
提高磁盘I/O速度的途径
➢ 磁盘高速缓存(Disk Cache)
➢ 数据交付方式
NTFS
1、NTFS新特征 64位地址 可以很好地支持长文件名 具有系统容错功能 能保证系统中的数据一致性 2、磁盘组织 分区称为卷 NTFS以族为磁盘空间分配和回收的基本单位，又 称为卷因子。
磁盘存储器的管理 PPT课件
应的文件目录项中。
例8.2 文件W.TXT占用了60、86、92、103号物理 块，文件索引表存放在 98号物理块中，W.TXT文件的
文件目录项指向文件索引表，如图8.3所示。
2018/7/29
Page 16
文件目录 文件名 W.TXT 起址 98
逻辑块号 物理块号 0 1 2 3 60 86 92 103 92# 103# 60# 86#
图8.3 索引结构 访问W.TXT文件的过程是： 系统按文件名“W.TXT”查找文件目录表，根据索 引表的起始地址将索引表块读入内存，按索引表查找对 应的物理块号并将物理块读入内存。
2018/7/29 Page 17
结论：无法满足实际应用的需求，需要升级。
思考： 按照当前的存储条件，文件 最大可以达到多少？ 64K
例8.1 文件W.TXT占用了60、86、92、103号物理
块，文件的起始块号 60放在文件说明中，如图8.2所示。
2018/7/29
Page 7
文件目录 文件名 W.TXT 起址 60
60#
86#
92#
103#
86
92
103
图8.2 链接结构
（隐式链接）
优点：可离散分配，解决了碎片问题 缺点：只适合于顺序访问，对随机访问极其低效，不支持直 接访问，不可靠。
分析：物理块的大小为512字节； 每个索引表项占4个字节(可表示物理块号的范围从 0～232-1) ，则一个物理块可存放128个索引表项。
2018/7/29
Page 18
建立二级（多级）索引分配 ，该分配方式的结构如图 8.5所示。
索 引 号 索 引 表 块 (98#) 0 108 块号 108# 210#
磁盘存储器管理
Bytes 1 2
1
13
Sy nch Byt e
Dat a
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CRC
60 0 Byt es/Sect or
1 512 2
图 5-16 磁盘的格式化
2. 磁盘的类型
1) 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。 2)
1.4 提高磁盘I/O速度的其它方法
1.提前读(Read-Ahead) 2. 延迟写 3. 优化物理块的分布 4. 虚拟盘
1.5 廉价磁盘冗余阵列
1. 并行交叉存取
1
2
3
N
…
图 5-21 磁盘并行交叉存取方式
2. RAID的分级
(1) RAID 0级。 (2) RAID 1级。 (3) RAID 3级。 (4) RAID 5级。 (5) RAID 6级和RAID 7级。
2. 数据交付方式
系统可以采取两种方式， 将数据交付给请求进程： (1) 数据交付。这是直接将高速缓存中的数据， 传送到请求者进程的内
存工作区中。 (2) 指针交付。只将指向高速缓存中某区域的指针， 交付给请求者进程。
后一种方式由于所传送的数据量少，因而节省了数据从磁盘高速缓存
3. 置换算法
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情况不同， 因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此，现在不少系统 在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久未使用这一原则外， 还考虑了以下几点： (1) 访问频率。 (2) 可预见性。 (3) 数据的一致性。
第8章 磁盘存储器的管理
7 90 1
…
8.2 外存空间的管理
8.2.3．成组链接法
100 空闲盘块号栈 46 48 3 1 100 210 150
0
经过一段时间的分配 、回收后……
100 5 6 9 … 110 120 …
210
100
210 211 213 … 322
…
…
S.free 0
151 211 154 213
… … 121 322
8.2 外存空间的管理
内存分配
分配单位
1 空闲表法和空闲链表法 2 位示图 3 成组连接
8.2 外存空间的管理
8.2.1空闲表法和空闲链表法
1．空闲表法
8.2 外存空间的管理
8.2.1空闲表法和空闲链表法
2、空闲块（区）链
8.2 外存空间的管理
8.2.2 ．位示图
如果编号都从1 开始，该如何计算
对应物理块：b=n*i+j （1，7）→16*1+7=23
物理块对应位示图哪一位 i=(b-1)DIV n j=(b-1)mod n
如 物理块 30对应于 （1，14） i=30div16=1 J=30mod16=14
8.2 外存空间的管理
8.2.2 ．位示图
思考： 1、位示图分配和回收算法？ 2、根据什么决定位示图由多少 字组成 ？
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
单级索引分配
缺点？ 优点？
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
多级索引分配
8.1外存的组织方式
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
混合索引分配（增量式）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8.1 磁盘存储器的性能和调度
8.1.1 磁盘性能简述 8.1.2 早期的磁盘调度算法 8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘包括一个或多个盘片，每片分2面，每面 可分成若干条磁道，各磁道之间有间隙，每条 磁道上可存储相同数目的二进制位，磁盘密度 即每英寸之中所存储的位数。显然内层磁道的 密度较外层磁道的密度大。
第八章 磁盘存储器的管理
重点
磁盘调度算法。 外存组织的连续组织、链接组织、索引组织方
式。 空闲空间管理的功能。
ห้องสมุดไป่ตู้识点
掌握：磁盘调度算法、外存的组织方式。 理解：空闲空间的管理。 了解：提高磁盘I/O速度的途径，提高磁盘可靠
性的技术，数据一致性控制方法等。
第八章 磁盘存储器的管理
Tt
b rN
r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字 目前磁节盘数的传输速率已达到80MB/s以上，数据传输时间所占 的 效T比率τ和例更T低t相。同可见，，则适访当地问集时中数间据=传T输s +，将Tτ有+利T于t 提高传输
8.1.1 磁盘性能简述
寻道 时间
传输 时间
旋转 延迟 时间
8.1.1 磁盘性能简述
也得不到服务。
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
扫描(SCAN)算法
进程“饥饿”现象
SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导 致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
0
50
160
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
扫描(SCAN)算法
算法过程
① 磁臂从磁盘的一端开始移动； ② 向另一端移动； ③ 同时当磁头移过每个柱面时，处理位于该柱面上
移动头磁盘
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。可见，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。
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘访问时间 一寻般道：时0.2间msTs
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； ⑤ 磁头在磁盘上来回扫描。
又称“电梯”算法。
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
循环扫描(CSCAN)算法
SCAN方法的缺点 刚移过的磁道的等待时间长。
Bytes 1 2
1
12
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
ID
Data
Gap Field Gap Field Gap
1 29 2 29 3
17 7 41 515 20
600 Bytes/Sector
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘的类型
固定头磁盘
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
常数，与磁盘驱 动器的速度有关
启动磁臂时间 2ms
高速 把：<磁=0臂.1m(磁s 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n
条磁道所花费的时间之和， 即
Ts=m×n+s
旋转延迟时间Tτ 指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。如：
7200r/min
每转=60000ms/7200r=8.33ms
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述
数据的组织和格式
存储相同数目 的二进制位
盘片（1个或多个）、盘面、磁道、扇区
扇区有标识符字段和数据字段
间隙
Sector
Physical Sector 0
Physical Sector 1
Physical Sector 29
平均旋转延迟=（0+8.33)/2=4.16
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘访问时间
传 输指时把间数T据t 从磁盘可延读见迟出，时寻间或道Tτ向基时本间磁上T盘S都和写与旋所转入数据所经
如b=N/2，则历的时间。
其大读小/写数与据每的次字节所数读无关/写，的字节数b
而且它通常占据了访问时
Tτ=1/(2r)=T和t 旋转速度有关 间中的大部分
磁盘访问时间
1.寻道时间TS：TS=m*n+S； 2.旋转延时间Tr：Tr＝1/2r
寻道时间: 20ms
3.数据传输时间Tt ：Tt＝b/rN
磁盘通道传输速率: 1MB/s 访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN
转速r=3600rpm
每扇区512字节
60*16k=960k<1MB/s
每磁道32 扇区
定界符
Gap
ID Field
Gap
Data Field
G段ap校G验ap
ID Field
Gap
Data Field
Gap
1 0 2 0 3 1 29 2 29 3 Bytes
17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
Synch Track Byte #
Head #
Sector #
CRC
8.1 磁盘存储器的性能和调度 8.2 外存的组织方式 8.3 空闲空间的管理 8.4 提高磁盘I/O速度的途径 8.5 提高磁盘可靠性的技术 8.6 数据一致性控制
磁盘存储器管理的主要任务
为文件分配存储空间 合理地组织文件的存储方式，以提高
磁盘的访问速度 提高磁盘存储空间的利用率 提高磁盘I/O速度，改善文件性能 确保文件系统的可靠性（备份）
不会出现请求长期得 不到满足；
缺点：未优化， 平均寻道时间
长。
8.1.2 早期的磁盘调度算法
最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First)
要求访问的磁道与当前磁头优所点：在使的每磁次道寻距道离时最
近。
间最短；
缺点：不能保证平均 寻道时间最短；可能 导致距离远的进程总
顺序组织
目标：读 128k 数据 (20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220(ms)
随机组织
(20＋8.3＋0.5)×256＝7373(ms)
8.1.2 早期的磁盘调度算法
先来先服务FCFS(First-Come, First Served) 根据进程请求访问磁盘的先优后点：次简序单进、行公调平度，