第九章 磁盘系统
磁盘 分配管理
磁盘分配管理磁盘分配管理在计算机领域中扮演着至关重要的角色，它涉及到如何有效地管理计算机硬盘空间、数据存储和文件管理等方面。
计算机系统中的磁盘分配管理系统影响着计算机系统的性能、可靠性和安全性，因此对磁盘分配管理系统进行合理的配置和优化是非常重要的。
磁盘分配管理是指操作系统如何将硬盘空间划分并分配给不同的文件系统、用户或应用程序。
在一个计算机系统中，硬盘空间是有限的资源，因此如何合理地分配和管理这些资源对于系统的整体性能至关重要。
一般来说，磁盘分配管理需要考虑到文件系统的组织结构、存储空间的分配原则、文件的读写效率以及数据的安全性等方面。
磁盘分配管理还涉及到对磁盘空间的动态管理和优化。
随着用户对计算机系统的使用不断变化，磁盘空间的分配情况也会动态变化，因此需要对磁盘空间进行动态管理和优化。
这包括对磁盘空间的回收利用、碎片整理、数据迁移等操作，以确保系统的磁盘空间得到合理利用和最佳性能。
磁盘分配管理还需要考虑到对磁盘数据的安全性管理。
在计算机系统中，磁盘上存储了大量的重要数据，因此对这些数据的安全性进行管理至关重要。
这包括对数据的备份与恢复、数据的加密与权限控制、以及对数据丢失和损坏的防范和处理等方面。
只有保障磁盘数据的安全性，才能确保系统的稳定运行和用户数据的可靠性。
磁盘分配管理还需要考虑到对磁盘性能的优化。
在实际的计算机系统中，磁盘的性能直接影响着整个系统的运行速度和响应效率。
对磁盘的性能进行优化是非常关键的。
这包括对硬盘的读写速度优化、磁盘缓存的管理、以及对磁盘驱动器的优化配置等方面。
只有保障了磁盘的良好性能，才能确保系统的高效运行和用户体验。
磁盘分配管理是计算机系统中一个非常重要的环节，它涉及到对计算机硬盘空间、数据存储和文件管理等方面的管理和优化。
通过对磁盘分配管理系统的合理配置和优化，可以提高系统性能、可靠性和安全性，从而为用户提供更加稳定和高效的计算机系统环境。
ms-DOS(Disk Operating System)磁盘操作系统
DOS的核心启动程序有Boot系统引导程序、IO.SYS、MSDOS.SYS和。它们是构成DOS系统最基础的几个部分，有了它们系统就可以启动。
可执行的程序文件有*.COM和*.EXE两种，一般来讲，*.EXE文件为软件执行程序，而*.COM文件则为命令程序）
CHKDSK
MOVE
FDISK
EDIT
SMARTDRV.EXE
★几个小常识:
.ini文件为系统配置文件
.reg文件是windows下的注册表文件.
上传你的木马后系统的隐藏文件.修改关联的时间.欺骗管理员.
作业:
1外部命令的.com与.exe的区别
2fdisk是如何建立分区表.分区表的结构描述mbr的定义
BAT 可执行批处理文件
DAT 数据文件
TXT 文本文件
BAK 备份文件
SYS 系统文件
文件大小: byte(字节) kb md gb tb (注中文有全角与半角.)
1汉字=2B
1KB=1024B
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
dos下的文件分类:
EXE 可执行程序文件
COM 可执行命令文件
内部命令 与外部命令
通配符
cls
time
date
ver
LABEL
dir
md
rd 只能删除空目录
ren
===============
FORMAT
sys
diskcopy
ATTRIB
磁盘控制系统
要求和目标磁盘驱动器作为一种存储数据信息的设备，在目前的计算机系统中起着不行替代的作用。
如今，磁盘技术的进展日趋成熟，而其中又以读写磁头的定位掌握为核心技术。
磁盘驱动器读写系统的原理如图1所示。
图1 磁盘驱动器读写系统原理图通过查找相关资料可知：磁头的定位过程主要是由磁盘中的音圈电机(VCM)来完成的。
它承受主机发出的读写数据命令，快速的将磁头从当前磁道移动到数据所在的目标磁道上。
具体的过程如下：首先音圈电机分析目标磁道和当前磁道的距离，主要是依据磁道号和磁道宽来确定。
磁道号通过读取刻录在磁盘上的伺服信息中的磁道号获得然后打算是向内径还是外径移动，这个过程称为寻道。
当到达目标磁道后，磁头再紧紧跟随目标磁道，跟随过程通过读取刻录在磁盘上的伺服信息中的位置误差信号来实现。
伺服掌握机构通过猎取磁头相对于当前磁道的位置信息，准时调整磁头的位置，使磁头始终能够准确定位在磁道的中心位置，并能够有效的抑制噪音干扰和机械扰动造成的磁头偏离当前磁道的问题，这个过程称为跟随。
这两个过程都是由音圈电机带动滑块来完成的。
通过以上分析我们知道，音圈电机〔VCM〕的运行性能是打算磁头准确定位的关键。
在实际中，由于干扰因素，音圈电机并不能运行在抱负的状态，而是会消灭振荡或不稳定的状况，这样不仅不利于磁头的准确定位，还有可能损坏整个磁盘。
因磁头臂的转动磁道a磁道b驱动电机磁盘此需要设计掌握器来改善其动态性能，本设计主要争论 PID 掌握方法来设计硬盘驱动器的掌握器。
如图 2 所示，磁盘驱动器由磁头驱动机构(包括音圈电机、悬架、磁头、轴承)，硬盘碟片和主轴组成。
磁盘驱动器读取系统设计的目标是将磁头准确定位， 以便正确读取磁盘上磁道的信息，因而需要进展准确掌握的变量是安装在滑动簧片上的磁头位置。
磁头位置精度要求为 1µm ，且磁头由磁道 a 移动到磁道 b 的时间小于 50ms 。
图 2 磁盘驱动器构造示意图方案概述图3 给出了该系统的初步方案，其闭环系统利用电机驱动磁头臂到达预期的位置。
计算机磁盘系统的管理
计算机磁盘系统的管理基本概念基本磁盘：任何一台添加到WIN2000的计算机内的硬盘，就是属于基本磁盘，可以在基本磁盘内创建“主磁盘分区”、“扩展磁盘分区“、与”逻辑驱动器“。
动态磁盘：在动态磁盘内可以创建特殊的卷：如：简单卷、跨区卷、带区卷、镜像卷和RAID-5卷。
一、基本磁盘：1、主磁盘分区：主磁盘分区是用来启动操作系统的卷，一台硬盘最多可以有四个磁盘分区。
2、扩展磁盘分区：扩展磁盘分区无法被用来启动操作系统。
也就是说计算机启动时，它并不会直接到扩展磁盘分区内读取启动操作系统的数据。
扩展磁盘分区只可以用来存储文件，不过必须先在扩展磁盘分区内创建逻辑驱动器。
注：一台硬盘的分区情况：1、一至四个主磁盘分区。
2、一至三个主磁盘分区与一个扩展磁盘分区。
二、动态磁盘：动态磁盘支持多种卷，其中，有的可以提高系统的访问效率，有的可以提供容错功能，有的可以扩大磁盘的的使用空间。
1、简单卷2、跨区卷3、带区卷4、镜像卷5、RAID-5卷。
□磁盘分区的创建与管理管理磁盘的方法：我的电脑右键——管理——存储——磁盘管理。
一、创建主磁盘分区1、启动“磁盘管理”。
2、选取一块末指派的空间。
3、在末指派的空间鼠标右键——创建磁盘分区——选择分区类型“主磁盘分区”——设置主磁盘分区的容量——指派主磁盘分区的驱动器号——设置如何格式化主磁盘分区——单击“下一步”设置完成。
4、更改磁盘驱动器号：在要更改磁盘驱动器号的磁盘分区上单击鼠标右键——更改驱动器名称和路径——添加。
二、创建扩展分区1、启动“磁盘管理”。
2、选取一块末指派的空间。
3、在末指派的空间鼠标右键——创建磁盘分区——选择分区类型“扩展磁盘分区”4、指派扩展磁盘分区的容量大小。
5、单击“下一步”完成创建扩展磁盘分区。
三、创建逻辑驱动器1、启动“磁盘管理”。
2、在刚创建的“扩展磁盘分区”鼠标右键——创建逻辑驱动器——3、选择分区类型。
选中“逻辑驱动器”4、指派逻辑驱动器大小。
操作系统磁盘管理
扫描算法是先将磁头移动到一端，然后顺序访问该方向的请求，直到遇到一个 逆向的请求时，再将磁头移动到另一端，然后顺序访问该方向的请求。
循环扫描算法（C-SCAN）
总结词
改进版的SCAN算法，当磁头移动到一端时，不再立即返回另一端，而是继续向后扫描，直到遇到一 个逆向的请求为止。
详细描述
循环扫描算法是SCAN算法的改进版，当磁头移动到一端时，不再立即返回另一端，而是继续向后扫 描，直到遇到一个逆向的请求为止。这样可以减少磁头的移动次数，提高磁盘的访问效率。
文件系统
Windows支持多种文件系统，如FAT16、FAT32、NTFS 等，其中NTFS是Windows NT及后续版本的默认文件系 统，具有更高的安全性和性能。
Linux操作系统磁盘管理
分区类型
Linux支持主分区、扩展分区和逻辑分区。与Windows不同 的是，Linux不允许在逻辑分区上创建扩展分区。
NTFS
适用于大型磁盘分区，支 持大文件和文件夹，安全 性较高，支持加密和压缩 。
EXT4
Linux操作系统中的主流 文件系统，支持大文件和 文件夹，具有很高的可靠 性和性能。
HFS+
macOS中的默认文件系统 ，支持大文件和文件夹， 具有较好的稳定性和性能 。
文件系统结构与组织
01 根目录
文件系统的入口点，包含其他目录和文件。
03 混合硬盘 (SSHD)
结合了HDD和SSD的特点，既有较高的存储容量 ，也有较快的读写速度。
磁盘分区与格式化
分区
将一个物理磁盘划分为多个逻辑分区，每个分区可以独立管理。
格式化
将分区中的数据按照特定的文件系统结构进行组织，以便于操作系统进行读写操作。
操作系统原理-第九章 设备管理习题(有答案)
第七章设备管理习题7.3习题7.3.1、选择最合适的答案1．在下面的I/O控制方式中，需要CPU干预最少的方式是（）。
（A）程序I/O方式（B）中断驱动I/O控制方式（C）直接存储器访问DMA控制方式（D）I/O通道控制方式2．某操作系统中，采用中断驱动I/O控制方式，设中断时，CPU用1ms来处理中断请求，其它时间CPU完全用来计算，若系统时钟中断频率为100H Z，则，CPU的利用率为（）。
（A）60% （B）70%（C）80% （D）90%3．下列哪一条不是磁盘设备的特点（）。
（A）传输速率较高，以数据块为传输单位（B）一段时间内只允许一个用户（进程）访问（C）I/O控制方式常采用DMA方式（D）可以寻址，随机地读/写任意数据块4．利用通道实现了（）之间数据的快速传输。
（A）CPU和外设（B）内存和CPU（C）内存和外设（D）外设和外设5．假脱机技术中，对打印机的操作实际上是用对磁盘存储实现的，用以替代打印机的部分是指（）。
（A）共享设备（B）独占设备（C）虚拟设备（D）物理设备6．设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用时间为80μs，将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为40μs，CPU处理数据所用时间为30μs，则处理该数据，采用单缓冲传送某磁盘数据，系统所用总时间为（）。
（A）120μs （B）110μs（C）150μs （D）70μs7．对于速率为9.6KB/s的数据通信来说，如果说设置一个具有8位的缓冲寄存器，则CPU中断时间和响应时间大约分别为（）。
（A）0.8ms，0.8ms （B）8ms，1ms（C）0.8ms，0.1ms （D）0.1ms，0.1ms8．在调试程序时，可以先把所有输出送屏幕显示而不必正式输出到打印设备，其运用了（）。
（A）SPOOLing技术（B）I/O重定向（C）共享技术（D）缓冲技术9．设备驱动程序是系统提供的一种通道程序，它专门用于在请求I/O的进程与设备控制器之间传输信息。
磁盘系统学习
3、跨区卷
跨区卷就是指位于不同磁盘的未指派的空间组合成的一个逻辑卷，功能就是可以将多个磁盘内未指派的空间合并在一起并赋予一个共同
平均写入到每个磁盘上的。是2003中工作效率最高的一种形式
4、1 带区卷的特点
a、从2~32个硬盘，至少需要2个硬盘，最好是相同的厂商，相同的型号和容量。
b、组成带区卷的每个硬盘的容量都是相同的，成员不包括系统卷和引导卷。
c、数据被分成等量的64K，，假设有4个硬盘每次将数据分成4个64K组，并分别存放在4个硬盘上，这样的方式提高了硬盘的读取速率，提
三、动态磁盘的管理
1、如何得到一个动态磁盘
基本磁盘没有好的扩展性，也没有容错功能，所以在服务器上多用的、RIAD-5卷
删除：磁盘管理---右键磁盘---删除
5、更改驱动器号和路径
驱动器号一个26个但是A B默认是给软驱使用的，但是如果系统上没有软驱则可以将A B分配给磁盘，但如果超过了26个分区，那么这个时候
就不能在划分了，但是如果是NTFS磁盘则可以将为划分的空间装载在NTFS磁盘的文件夹下
得到动态磁盘的方法：在磁盘上右键---转换到动态磁盘 可以同时对多个磁盘进行转换
1、1 转换动态磁盘的注意事项
a、只有属于administrators 或 backup operators 组的用户才有权执行转换工作
b、在转换前请关闭所有的程序
c、一旦转换后整个磁盘就不在存在基本磁盘了那么 dos 95 98 NT “XP HOME” 就无法在启动了 只有2000 “XP P” 2003 可以使用
磁盘操作系统
2、目录操作
DIR [目录名或文件名] [/S][/W][/P][/A] 列出目录 参数: /s 查找子目录 /w 只显示文件名 /p 分页 /a 显示隐藏文件 EXP: DIR format.exe /s查找该盘的format.exe文件并报告位置
例：（1）在C盘的根目录下创建名为FOX的子目录；（2）在FOX子目录下再创建USER子目录。
C:\>MD FOX （在当前驱动器C盘下创建子目录FOX）
C:\>MD FOX\USER （在FOX 子目录下再创建USER子目录）
（二）CD——改变当前目录
1．功能：显示当前目录
（1）选用/L参数列出找到的子目录名称、文件名称、大孝日期等信息，但不会真的做FORMAT工作。
（2）选用/P参数将显示于屏幕的报告（包含/L参数所产生的信息）同时也送到打印机。运行时屏幕会显示：“Print out will be sent to LPT1”
（3）选用/TEST参数只做模拟试验（TEST）不做真正的写入动作。使用此参数屏幕会显示：“Simulation only”
（三） CHKDSK——检查磁盘当前状态命令
1．功能：显示磁盘状态、内存状态和指定路径下指定文件的不连续数目。
（二）UNFORMAT恢复格式பைடு நூலகம்命令
1．功能：对进行过格式化误操作丢失数据的磁盘进行恢复。
2．类型：外部命令
3．格式：UNFORMAT<盘符>[/L][/U][/P][/TEST]
4．使用说明：用于将被“非破坏性”格式化的磁盘恢复。根目录下被删除的文件或子目录及磁盘的系统扇区（包括FAT、根目录、BOOT扇区及硬盘分区表）受损时，也可以用UNFORMAT来抢救。
磁盘的存储原理
磁盘的存储原理
磁盘存储原理是计算机内部常见的一种数据存储方式。
其基本原理是利用磁性材料记录和读取数据。
磁盘由多个盘片组成，每个盘片都有两个表面。
这些盘片通过一个主轴相互叠放在一起，形成一个磁盘堆。
每个盘片上都有一个磁道，磁道被分成多个扇区，每个扇区可存储一定数量的数据。
磁盘的读写过程涉及到磁头、磁道和扇区之间的相互作用。
当需要读取或写入数据时，磁头会定位到目标磁道上的特定扇区。
读取数据时，磁头会感应磁道上的磁性信号，并将其转换成电信号，然后传输给计算机。
写入数据时，磁头会通过施加磁场改变磁盘表面的磁性，实现数据的存储。
为了提高数据的读写速度和存储容量，磁盘通常采用磁头组、柱面和磁头磁道等技术。
磁头组是一组磁头，可以同时读取或写入多个磁道的数据，提高了数据传输速度。
柱面将多个盘片上的磁道组合成一个虚拟的柱面，使得读取或写入数据时能够同时访问多个盘片上的磁道。
磁头磁道是一种将磁道按照读取/写入任务进行分组的技术，使得磁头只需在一个磁道组中移动，减少了寻道时间。
通过磁盘存储原理，计算机可以高效地读取和存储大量的数据。
磁盘的存储容量和读写速度是计算机性能的重要指标之一，对于许多应用来说，磁盘是必不可少的辅助存储设备。
2019-2020年九年级信息技术 3.5.3《磁盘操作系统(DOS)》教案
注意：源文件和目标文件在同一目录下，则这两个文件不能同名，否则，这两个文件可以同名。
[例7]：把C盘根目录下的AUTOEXEC.BAT文件做一个备份，存入A盘SAV子目录中
C:COPY C:.BAT A:
学生活动：根据要求完成RD命令的操作，并理解其作用
C: >RD C:DOSAAA
学生活动：根据要求完成
C:MD A:WPS
教师活动
学生活动
4、RD（删除子目录命令）
格式：RD[<盘符>]<目录名>
功能：在指定目录下删除一个空的子目录
类型：内部命令
[例4]：删除C盘UCDOS子目录下的S子目录
（S子目录为空）
C:>RD C:UCDOSS
注意：不能用RD命令删除当前目录和根目录，不能删除非空子目录
5、DEL（删除文件命令）
二、新课
（一）DOS命令的类型及区别
1、DOS命令可分为内部命令和外部命令
2、区别：是否常驻内存
(1)内部命令在DOS启动时被自动装入内存，且常驻内存，可以随时使用
(2)外部命令的文件的形式存放在磁盘上,使用的时候，将外部命令程序读入内存，然后才开始执行。
（二）DOS命令使用格式
在DOS提示符下（C:或C:>)
2019-2020年九年级信息技术 3.5.3《磁盘操作系统（DOS）》教案
[教学目标]：
掌握常用的DOS命令：DIR、MD、CD、RD、DEL、REN、COPY、FORMAT的命令类型、命令格式和命令功能。
[教学重点]：
能利用DOS命令来进行各种常用操作
[教学难点]：
1、如何让学生理解WINDOWS98中图形化界面操作与DOS中纯粹的命式格式操作的区别。
第9章磁盘管理PPT课件
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热修复重定向
系统将一定的磁盘容量（如2%-3%）作为热 修复重定向区。
例如：系统要向第3柱2头1扇区写数据，但 发现该扇区是坏的时，便将数据写到热修复区 （如200柱16头1扇区）。以后要读3柱2头1扇 区的数据时，便从200柱16头1扇区中读。
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例
假设磁盘访问序列：98，183，37，122， 14，124，65，67
读写头起始位置：53
安排磁头服务序列 计算磁头移动总距离（道数）
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图解
98，183，37，122，14，124，65，67
磁头走过的总道数：640
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9.2.2 最短寻道时间优先
将所有的空闲盘块分组，每100个空闲盘块为 一组。最后一组的块号填入s_free[ ]、块数赋 于s_nfree。其余各组的块号则分别存放在它的 下一组的第一个盘块中。
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假设共有387个空闲块
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分配
分配空闲盘块时，总是分配 s_free[s_nfree] 所 指 的 盘 块 ， 并 且 s_nfree减1 。当发现是直接管理的最后 一个盘块时，即s_nfree=l时，就将该盘 块 中 的 索 引 表 写 入 到 s_nfree 和 s_free[] 中，使得下一组变为直接管理。如此类推 直到最后一组。
。。。
盘块数 4 3 5
。。。
空闲盘块的分配与内存的动态分配类似，同 样可以用首次、最佳、最坏适应法。盘块的回 收也同内存的回收方式类似。
磁盘工作原理
磁盘工作原理
磁盘是一种数据存储设备，它的工作原理是基于磁性材料的物理性质。
磁盘由一个或多个盘片组成，每个盘片分为许多同心圆的磁道，并在每个磁道上划分成若干个扇区。
磁盘的工作原理主要包括以下几个部分：
1. 磁头：磁头是用来读取和写入数据的设备，它位于盘片的上方和下方，可以在盘片上移动。
磁头通过接触盘片表面上的磁道来读取或写入数据。
2. 磁性材料：盘片是由磁性材料制成的，常见的磁性材料包括铁氧体。
磁性材料在受到磁场的作用时可以保持磁化状态，用来存储数据。
3. 磁场：磁盘驱动器中的电磁线圈可以产生一个磁场，磁场的方向和强度可以控制磁头的位置和状态。
通过改变磁头的位置和磁化方向，可以实现数据的读写操作。
4. 控制系统：磁盘驱动器中还包括一个控制系统，用来控制磁头的移动、磁场的产生和数据的读写。
控制系统可以根据计算机的指令和操作系统的控制，准确地将磁头定位到指定的磁道，并将数据读取或写入到指定的扇区中。
当计算机需要读取或写入数据时，控制系统会将磁头移动到指
定的磁道上，并将磁头放置在指定的扇区之上。
然后，磁盘驱动器会产生一个磁场，改变磁道上的磁化状态，从而实现数据的读取或写入操作。
数据读取时，磁头会感应到磁盘上的磁场变化，并将其转换成电信号送回计算机进行处理。
数据写入时，磁头会产生一个磁场改变磁盘上的磁化状态，用来存储新的数据。
总的来说，磁盘通过控制磁头的位置和磁场的作用来读取和写入数据，实现数据的存储和访问。
这种利用磁性材料和磁场的工作原理使得磁盘具有较大的容量和较快的读写速度，成为计算机中常用的存储设备之一。
磁盘知识体系
磁盘知识体系一、概述磁盘是计算机中常见的存储设备之一，广泛应用于个人电脑、服务器和数据中心等场景。
磁盘以其高速读写、容量大、价格相对低廉等特点，成为现代计算机系统不可或缺的重要组成部分。
本文将从磁盘的基本概念、组成结构、工作原理、常见类型和应用场景等方面，逐步展开介绍。
二、基本概念1. 磁盘是一种通过磁性材料记录和读取数据的存储设备。
磁盘通常由一个或多个盘片组成，每个盘片都被分为许多圆形的磁道，每个磁道又被划分为多个扇区。
2. 磁盘的读写操作是通过磁头进行的。
磁头可以在磁道上随意移动，并且能够感知和改变磁性材料的磁场，实现数据的读写。
三、组成结构1. 盘片：磁盘通常由一个或多个盘片组成。
盘片由高速旋转的金属或塑料材料制成，表面涂有磁性材料。
每个盘片都有两个表面，每个表面都分为多个磁道。
2. 磁头：磁头是用于读写数据的装置，位于磁盘驱动器的臂上。
磁头能够感知和改变磁性材料的磁场，实现数据的读写。
3. 磁盘驱动器：磁盘驱动器是用来控制磁头的移动和数据读写的设备。
磁盘驱动器通过电机驱动盘片高速旋转，并控制磁头的位置和4. 运动部件：磁盘驱动器中的运动部件包括电机、臂和磁头等。
电机用于驱动盘片旋转，臂用于支撑磁头并使其能够在磁道上移动。
四、工作原理1. 数据的读取：当需要读取数据时，磁头会根据控制信号移动到指定的磁道上，并感知该磁道上的磁场。
通过感知磁场的变化，磁头将数据转换为电信号，并传输给计算机进行处理。
2. 数据的写入：当需要写入数据时，磁头会根据控制信号移动到指定的磁道上，并改变该磁道上的磁场。
通过改变磁场，磁头将电信号转换为磁信号，并记录在磁性材料上。
五、常见类型1. 机械硬盘：机械硬盘是最常见的磁盘类型，采用机械结构驱动盘片旋转和磁头移动。
机械硬盘具有容量大、价格低廉等优点，但读写速度相对较慢。
2. 固态硬盘：固态硬盘采用闪存芯片进行数据存储，不需要机械结构驱动。
固态硬盘具有读写速度快、抗震抗摔等优点，但价格相对较高。
磁盘逻辑结构
磁盘逻辑结构磁盘是计算机中最常见的存储设备之一，它使用磁性材料将数据编码在磁性表面上。
而磁盘的逻辑结构是指计算机是如何读取和存储信息的。
本文将从物理层面、文件系统层面和磁盘分区层面三个层面来对磁盘的逻辑结构进行详细阐述。
一、物理层面在物理层面上，磁盘被分为多个圆形盘片，每个盘片都有两个面，每个面上都有自己的磁性表面。
数据被存储在圆形磁道上，而磁道是以同心圆的方式排列的，从磁盘中心到边缘磁道数量逐渐增加。
每个磁道都被分为多个扇区，每个扇区中包含一定容量的数据，同时还包含用于数据校验和纠错的信息。
二、文件系统层面在文件系统层面上，磁盘被分为多个分区，每个分区都有自己的文件系统。
文件系统负责存储文件、文件夹和其他数据结构，并提供一些高级功能，如安全性、权限和访问控制等。
常见的文件系统有FAT32、NTFS和EXT4等，它们在管理磁盘上有不同的优缺点。
三、磁盘分区层面在磁盘分区层面上，磁盘被分为多个分区，每个分区都可以看作是一个逻辑磁盘，它们可以在物理磁盘上隔离，从而方便用户进行不同用途的数据存储。
在分区的过程中，磁盘会被划分成一个个连续的区域。
每个分区都有自己的文件系统和空间限制，使不同的数据得以有条不紊地存储到不同的分区中。
总结一下，磁盘的逻辑结构是非常重要的，它直接影响了存储设备的性能和使用效率。
了解磁盘的逻辑结构可以帮助我们更好地管理和维护计算机，提高数据存储的效率和安全性。
我们应该学会在使用磁盘之前进行合理的分区操作，并合理配置所需的文件系统，从而更好地使用磁盘，保护计算机系统的安全和稳定性。
计算机操作系统中的文件系统与磁盘管理
计算机操作系统中的文件系统与磁盘管理计算机操作系统是现代计算机系统中至关重要的一部分，它负责管理计算机的硬件和软件资源，使得计算机能够高效地工作。
其中，文件系统和磁盘管理是操作系统中的两个核心模块，它们承担着管理计算机中存储的重要任务。
本文将对计算机操作系统中的文件系统和磁盘管理进行详细探讨。
一、文件系统文件系统是操作系统中的一个重要组成部分，它负责管理计算机中存储的文件和目录结构。
文件系统为用户提供了一种方便的管理文件的方式，使得用户能够轻松地创建、打开、读取、写入和删除文件。
在计算机操作系统中，常见的文件系统有FAT、NTFS、EXT4等。
文件系统采用了一种层次化的组织结构，可以将文件和目录以树状的结构进行组织。
根目录作为起始点，它下面可以包含若干子目录和文件。
每个目录下又可以包含若干子目录和文件，这样就形成了一个层次分明的树状结构。
在文件系统中，文件是由一系列的字节构成的，每个文件都有一个唯一的文件名，文件名用来标识文件。
文件系统还提供了一系列的操作，包括文件的创建、打开、读取、写入和关闭等。
用户可以通过这些操作来对文件进行管理。
文件系统还具有权限控制的功能，可以对文件的访问权限进行控制，保护文件的安全性。
二、磁盘管理磁盘管理是操作系统中的另一个重要模块，它负责管理计算机中的磁盘存储器。
磁盘是计算机中常见的存储介质之一，它以盘片的形式存在，可以存储大量的数据。
操作系统在进行磁盘管理时，需要考虑以下几个方面。
1. 磁盘分区：磁盘可以被划分为若干个分区，每个分区可以独立地格式化和管理。
分区可以使得磁盘空间被合理地利用，并且有助于提高文件系统的性能。
2. 磁盘调度：当多个进程同时请求对磁盘进行读写操作时，需要进行磁盘调度，合理安排磁盘的访问顺序。
常见的磁盘调度算法有先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）等。
3. 磁盘缓存：为了提高对磁盘的访问速度，操作系统会将部分频繁访问的数据缓存在内存中，减少对磁盘的读写操作。
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南京晓庄学院 操作系统
例
请求顺序
① ② ③ ④
柱面号
5 5 5 5
磁头号
4 1 4 2
扇区号
1 5 5 8
南京晓庄学院 操作系统
4. 信息的优化分布
记录在磁道上的排列方式也会影响输入输 出操作的时间 例子：处理程序要求顺序处理8个记录；磁 盘旋转一周为20毫秒/周；花5毫秒对记录 进行处理
3 4 5 6
南京晓庄学院 操作系统
扫描算法（电梯算法）
克服了最短寻道优先的缺点，既考虑了距离，同 时又考虑了方向 具体做法：当设备无访问请求时，磁头不动；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
南京晓庄学院 操作系统
硬盘分类：
固定头磁盘：每个磁道设置一个磁头，变换磁道时 不需要磁头的机械移动，速度快但成本高 移动头磁盘：一个盘面只有一个磁头，变换磁道时 需要移动磁头，速度慢但成本低
磁盘访问时间
寻道（时间）：磁头移动定位到指定磁道 旋转延迟（时间）：等待指定扇区从磁头下旋转经过 数据传输（时间）：数据在磁盘与内存之间的实际传 输
三. 外存空间管理
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南京晓庄学院 一个空闲块 查L单元内容（空闲块数）： 当空闲块数>1 i : ＝L＋空闲块数； 从i单元得到一空闲块号； 把该块分配给申请者； 空闲块数减1。 当空闲块数＝1 取出L＋1单元内容（一组的第一块块号或0）； 其值＝0 无空闲块，申请者等待 不等于零 把该块内容复制到专用块； 该块分配给申请者； 把专用块内容读到主存L开始的区域。
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98，183，37，122，14，124，65，67
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单向扫描调度算法 总是从0号柱面开始向里扫描 按照各自所要访问的柱面位置的次序去选 择访问者 移动臂到达最后个一个柱面后，立即带动 读写磁头快速返回到0号柱面 返回时不为任何的等待访问者服务 返回后可再次进行扫描
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（3）磁盘调度算法 先来先服务：按访问请求到达的先后次序 服务 优点：简单，公平； 缺点：效率不高，相邻两次请求可能会造成 最内到最外的柱面寻道，使磁头反复移动， 增加了服务时间，对机械也不利
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假设磁盘访问序列：98，183，37，122， 14，124，65，67 读写头起始位置：53 53 安排磁头服务序列 计算磁头移动总距离（道数）
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（4）外存的特点 容量大，断电后仍可保存信息，速度较慢，成 本较低 由两部分组成：驱动部分+存储介质 种类很多 外存空间组织与地址与存取方式非常复杂 I/O过程方式非常复杂 （5）用户对外存的要求 用户对外存的使用：读写外存数据 用户对外存的要求：方便、效率、安全
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设计安全时要考虑是哪一类入侵者
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（2）著名的安全缺陷 UNIX lpr mkdir abc TENEX OS/360 Logic bomb：逻辑炸弹 Morris：蠕虫
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（3）一般性的安全攻击 请求内存页、磁盘空间和磁带并读取其内 容 尝试非法的系统调用（非法参数 、不合适 的参数） 在登录过程中键入DEL，BREAK 写一段程序欺骗用户…… 病毒
（1）安全性 确保未经授权的用户不能存取某些文件。涉及到 技术、管理、法律、道德和政治等问题 安全性的两个重要方面： 数据丢失 灾难 硬件或软件故障 人的失误 可通过备份解决（存放在另一处）
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入侵者 积极的 或 消极的
非技术人员的偶然窥视 入侵者的窥视 明确的偷窃企图 商业或军事间谍活动
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返回目录
第i块 间隙 第i+1块 块 块
（3）磁盘 直接（随机）存取设备： 存取磁盘上任一物理块的时间不依赖于 该物理块所处的位置
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扇区
磁道
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扇区
磁臂
柱面
磁头
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物理地址形式： 磁头号（盘面号） 磁道号（柱面号） 扇区号 磁盘系统由磁盘本身和驱动控制设备组成，实 际存取读写的动作过程是由磁盘驱动控制设备 按照主机要求完成的 一次访盘请求： 读/写，磁盘地址（设备号，柱面号，磁头号， 扇区号），内存地址（源/目）
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2．归还一块 查L单元的空闲块数； 当空闲块数<100 空闲块数加1； j : ＝L＋空闲块数； 归还块号填入j单元。 当空闲块数＝100 把主存中登记的信息写入归 还块中； 把归还块号填入L＋1单元； 将L单元置成1。
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（3）位图法 用一串二进制位反映磁盘空间中分配使 用情况, 每个物理块对应一位, 分配物理 块为1，否则为0 申请物理块时，可以在位示图中查找为0 的位，返回对应物理块号； 归还时；将对应位转置0 描述能力强，适合各种物理结构
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2 1 8 7 2 5
7
4 1 6
8
3
请求顺序 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
柱面号 9 7 15 9 20 7
磁头号 6 5 20 4 9 15
扇区号 3 6 6 4 5 2
练习：假设磁头在8柱面，求最省时间 的响应次序
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（1）空闲块表 将所有空闲块记录在一个表中，即空闲 块表，有两项 （2）空闲块链表 把所有空闲块链成一个链 扩展：成组链接法
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（2）用户验证 当用户登录时，检验其身份 （用户是谁，用户拥有什么，用户知道什 么） 口令 物理鉴定 磁卡，指纹，签名分析，手指长度分析 对策
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（3）存取控制 审查用户的权限， 审查本次操作的合法性 ★方法一：文件的二级存取控制 第一级：对访问者的识别 对用户分类：
磁盘 链接 顺序 索引 顺序 随机
连续 顺序 随机
四、文件系统的可靠性和安全性
1. 文件系统的可靠性
可靠性：系统抵抗和预防各种物理性破坏 和人为性破坏的能力 坏块问题 备份： 通过转储操作，形成文件或文件 系统的多个副本
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RAID（廉价磁盘冗余阵列）
磁盘0 磁盘 数据1 数据1 的备份 数据0 数据 磁盘1 磁盘 数据0 数据0 的备份 数据1 数据
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多级索引结构
i-addr[] i 索引数组 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10（一次间址用） 11（二次间址用） 12（三次间址用）
一次间址 一次间址 二次间址 二次间址 三次间址 一次间址 文件信息 文件信息 文件信息 文件信息
<40KB 小型文件
文件信息 文件信息
40K-4MB 中型文件
文件信息
4MB-4GB 大型文件
文件信息
>4GB 巨型文件
文件信息
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若4KB/盘块，每盘块号32b
（5）.文件结构、文件存取方式与文件 存储介质的关系
存取方式 顺序存取方式 随机(直接)存取方式 存储介质 磁带 物理结构 连续结构 存取方式 顺序存取
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CPU
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可用性 容量 性能 好处： 1、通过把多个磁盘组织在一起，作为一个逻 辑卷提供磁盘跨越功能 2、通过把数据分成多个数据块，并行写入/ 读出多个磁盘，以提高访问磁盘的速度 3、通过镜像或校验操作，提供容错能力
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RAID0 数据分条技术 整个逻辑盘的数据被分散分布在多个物 理盘上，并行读写。（没有冗余能力） 至少两个盘 RAID1 把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上。 （两个盘上实施，数据冗余）
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3. 恢复 4.文件系统的一致性 磁盘块→内存→写回磁盘块 若在写回之前，系统崩溃，则文件系统出 现不一致
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文件系统写入方式
（考虑文件系统的一致性和速度） 1、谨慎写（careful write） 对写操作进行逐个排序的写方式 更新磁盘的请求→按一定顺序完成几项子 操作→更新磁盘 FAT文件系统：通写（write-through） 磁盘修改立即写到磁盘 速度性能差
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RAID0+1 4个盘 RAID3 3个盘（一个专为校验盘） RAID5 无专门校验盘，校验数据分布在 多个盘上 至少3个盘，（N-1）/N 一个磁盘故障时，控制器可从其他尚存 的磁盘上重新恢复/生成丢失的数据而不 影响数据的可用性
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1.海量转储： 定期将所有文件拷贝到后援存储器 2.增量转储： 只转储修改过的文件，即两次备份之间 的修改，减少系统开销
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98，183，37，122，14，124，65，67
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最短寻道时间优先：优先选择距当前磁头 最近的访问请求进行服务，主要考虑寻道 最短优先 优点：改善了磁盘平均服务时间； 缺点：造成某些访问请求长期等待得不到 服务
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在读写外存时不涉及硬件细节，使用逻 辑地址和逻辑操作 存取速度尽可能快，容量大且空间利用 率高 外存上存放的信息安全可靠，防止来自 硬件的故障和他人的侵权 可以方便地共享，动态扩缩，携带拆卸， 了解存储情况和使用情况 以尽可能小的代价完成上述要求
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二. 磁盘调度
（1） 磁盘调度 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 （2）磁盘调度考虑的问题： 一次访盘时间 = 寻道时间+旋转延迟时间+存取时间 减少寻道时间 减少延迟时间