第8章磁盘存储器的管理资料
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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）
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。
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，
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
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
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
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
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
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。
知识点
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
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
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Байду номын сангаас据了访问时
Tτ=1/(2r)=T和t 旋转速度有关 间中的大部分
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。
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
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
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
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）
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。
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，
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
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
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
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
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
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。
知识点
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
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
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Байду номын сангаас据了访问时
Tτ=1/(2r)=T和t 旋转速度有关 间中的大部分
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。
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
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
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