磁盘存储器管理
Windows下的磁盘管理
Windows操作系统支持两种类型的数据存储：基本存储和动态存储。
1、基本存储基本存储是硬盘驱动器管理的传统行业标准。
Windows的所有版本都支持基本存储。
被初始化用于基本存储的磁盘称为基本磁盘，Windows操作系统的默认存储是基本存储，所以所有磁盘都是基本磁盘，除非将其转换为动态存储。
在基本存储器中，硬盘被分成称为分区的单元。
基本磁盘可划分为主分区和扩展分区。
分区作为实际上独立的存储单元工作。
一个基本磁盘可以有4个主分区，或3个主分区和1个扩展分区，最多4个分区。
一个基本磁盘上只能有一个分区可以是扩展分区。
Windows 操作系统使用磁盘的主分区来启动计算机。
只有主分区可被标记为活动分区。
活动分区是硬件查找启动文件以启动操作系统的地方。
一个硬盘上每次只能有一个分区可以处于活动状态。
多个主分区可用来隔离不同的操作系统或不同类型的数据。
扩展分区是在创建主分区之后利用磁盘剩余的可用空间创建的。
因为一个硬盘上只能存在一个扩展分区，所以当创建扩展分区时，应包括所有的剩余可用空间。
与主分区不同的是，不用将扩展分区格式化或给扩展分区指派驱动器盘符。
而是要将扩展分区划分为多个区段，称为逻辑驱动器。
每个逻辑驱动器都要指派一个驱动器盘符，并用一个文件系统进行格式化。
2、选择文件系统必须用一个特定的文件系统将其格式化，所选择的文件系统将影响磁盘操作，包括如何控制用户对数据的访问、如何存储数据、拥有多少硬盘容量、以及哪个操作系统可以访问硬盘上的数据等。
Windows 操作系统支持硬盘上的3种文件系统：NTFS、FAT和FAT32。
需要在分区执行文件级和文件夹级安全、磁盘压缩、磁盘配额或加密时，就应使用NTFS文件系统。
3、使用磁盘管理右键点击“我的电脑”，选择“管理”，选择“存储”“磁盘管理”。
（1）查看磁盘信息和分区信息右键点击磁盘，选择“属性”。
（2）刷新和重新扫描刷新是更新驱动器盘符、文件系统、卷、可移动媒体信息。
磁盘存储器管理知识点总结
磁盘存储器管理知识点总结本文将对磁盘存储器管理的关键知识点进行总结，包括磁盘存储器的基本概念、磁盘的分区与格式化、文件系统的设计与实现、磁盘缓存与缓存管理、磁盘错误处理与恢复等方面进行详细介绍。
一、磁盘存储器的基本概念磁盘存储器是计算机系统中最常用的存储设备之一，它采用磁性记录原理将数据存储在磁介质中。
磁盘存储器通常由多个磁盘片组成，每个磁盘片都被划分为许多磁道和扇区，扇区是最小的存储单元，通常为512字节或4KB。
磁盘存储器具有高容量、高速度和可靠性的特点，因此被广泛应用于计算机系统中。
磁盘存储器的访问速度通常比内存慢几个数量级，因此磁盘存储器管理的关键是要尽可能减少磁盘的访问次数，并优化数据的存储和访问方式，以提高系统的性能。
而这就需要对磁盘的分区与格式化、文件系统的设计与实现、磁盘缓存与缓存管理等方面进行有效管理。
二、磁盘的分区与格式化磁盘分区是指将物理磁盘划分为多个逻辑磁盘，每个逻辑磁盘称为一个分区。
磁盘分区可以方便地对磁盘进行管理和组织，提高数据的安全性和可靠性，同时也有利于系统的性能优化。
通常情况下，一个物理磁盘可以被划分为多个分区，每个分区可以单独进行格式化和挂载，拥有各自的文件系统。
磁盘格式化是指在磁盘上建立文件系统的过程，它会擦除磁盘上的所有数据和文件系统结构，并重新构建文件系统。
磁盘格式化是分区后的必要步骤，它可以为磁盘分区创建相应的文件系统结构，使得数据能够被正确地存储和访问。
常见的文件系统包括FAT、NTFS、ext2、ext3、ext4等，不同的文件系统具有不同的特点和用途。
磁盘分区和格式化的合理规划对于系统的性能和可靠性具有很大的影响，合理的分区和文件系统选择可以提高存储空间的利用率和数据的安全性，降低数据的丢失和损坏的风险。
因此，在磁盘存储器管理中，必须对磁盘的分区和格式化进行合理的规划和管理，以满足系统的需求。
三、文件系统的设计与实现文件系统是计算机系统中用于管理文件和目录的一种组织结构，它负责将文件和目录存储在磁盘上，并提供对它们的访问和管理。
磁盘存储管理
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%。
磁盘存储器的管理课件
磁盘备份与恢复
备份与恢复概述
备份是为了防止数据丢失而将数据复制到其他存储介质的过程，恢复则是将备份的数据还 原到原始位置的过程。
备份策略
根据数据的重要性和业务需求，可以选择不同的备份策略，如完全备份、增量备份和差异 备份等。这些策略各有优缺点，需要根据实际情况进行选择。
恢复流程
恢复流程包括从备份中提取数据、将数据还原到原始位置等步骤。在恢复过程中，需要注 意数据的一致性和完整性，以确保数据的可靠性。
02
磁盘存储器的技术原理
磁盘存储器的物理结构
磁盘片是存储数据的表面，通常 由金属材料制成。
磁盘驱动器是整个磁盘存储器的 控制中心，负责控制磁头的读写 操作和磁盘片的旋转。
01
02
磁盘存储器由磁盘驱动器、磁盘 片和磁头组成。
03
磁头是读写数据的装置，通过悬 浮在磁盘片上方来读写数据。
04
磁盘存储器的数据存储方式
文件系统是操作系统中用于管理磁盘存储空间的软件，它能够记录文件在磁盘上的存储 位置、大小等信息。
常见文件系统
常见的文件系统有FAT32、NTFS、EXT4等。不同的文件系统有不同的特点和适用场景。
文件系统管理任务
文件系统管理主要包括创建文件系统、格式化文件系统、挂载与卸载文件系统等任务。 这些任务能够保证文件系统的正常运行和数据的完整性。
数据以二进制的形式存储在磁盘上，以“位 ”为单位。
每个位都有一个对应的地址，通过该地址可 以访问到该位的数据。
数据以簇为单位进行存储，一个簇包含若干 个位。
磁盘上的数据按照柱面、扇区和簇的层级结 构进行组织和管理。
磁盘存储器的读写原理
当需要读取数据时，磁盘驱动器会控制磁头 定位到相应的数据所在的柱面，并等待该柱 面旋转到磁头下方。
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。
计算机操作系统第七章--磁盘调度
7.1.1磁盘性能简述
2.移动头磁盘 每个盘面配一个磁头，装入磁臂 中，为能访问该盘面上的所有磁道，该 磁头必须移动进行寻道。移动头磁盘只 能进行串行读/写，I/O速度较慢，但结 构简单，广泛地用于中、小型磁盘设备 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 要针对这类磁盘的I/O进行讨论。
7.1.3 各种扫描算法
N步SCAN算法是将磁盘请求队 列分成若干个长度为N的子队列，磁 盘调度将按FCFS算法依次处理这些 子队列。每处理一个队列时，又是 按SCAN算法，对一个队列处理完后 又处理其它队列，这样就可避免出 现粘着现象。
7.1.3 各种扫描算法
当N值取得很大时，会使N步扫描 算法的性能，接近于SCAN算法的性 能，当N=1时，N步SCAN算法退化 为FCFS算法。
58
55 39
32
3 16
38
18
1
20
平均寻道长度：27.8
7.1.3 各种扫描算法
二、循环扫描CSCAN(Circular SCAN)单 向扫描 SCAN算法既能获得较好的性能， 又能访止进程饥饿，广泛用于大、中、 小型 机和网络中的磁盘调度。
7.1.3 各种扫描算法
问题：当磁头刚从里向外移动过 某一磁道时，恰有一进程请求访问 此磁道，这时该进程必须等待，待 磁头从里向外，然后再从外向里扫 描完所有要访问的磁道后，才处理 该进程的请求，致使该进程的请求 被严重地推迟。
7.1.3 各种扫描算法
被访问的下 一个磁道号 150 160 184 18 38 39 55 58 90 移动距离 (磁道数) 50 10 24 166 20 1 16 3 32
平均寻道长度：27.5
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。
磁盘存储器的管理课件
随着企业数据量的增长，需要高性能、高可靠性和可扩 大的磁盘存储解决方案来满足数据存储、备份和恢复的 需求。
案例分析
介绍企业级磁盘存储解决方案的案例，包括解决方案的 设计、实施、运行和维护等方面的内容，以及该方案为 企业带来的收益和价值。
个人电脑磁盘管理实践操作
个人电脑磁盘管理的重要性
案例分析
介绍大数据存储解决方案的案例，包 括解决方案的设计、实施、运行和维 护等方面的内容，以及该方案为大数 据处理带来的收益和价值。
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备份方式
常见的备份方式有全量备份、增量备份和差异备份。全量备份是完整地备份整个磁盘，增量备份只备份自上次备份以 来产生变化的文件，差异备份则备份自上次全量备份以来产生变化的文件。
备份恢复工具
常见的备份恢复工具包括Windows的Backup and Restore Center和Linux的tar、rsync等命令行工具。
智能化管理
实现磁盘存储器的智能化 管理，提高存储效率和数 据安全性。
绿色节能
降低磁盘存储器的能耗， 实现绿色环保的存储方式 。
02
磁盘存储器的技术原理
磁盘存储器的物理结构
磁盘存储器由多个磁盘片组成，每个磁盘片被划 分为多个磁道和扇区，用于存储数据。
磁盘存储器的机械结构包括磁头、马达、控制电 路等部分，这些部分协同工作以实现数据的读写 操作。
磁盘存储器的维护与保养
01 定期清洁
使用专业的清洁剂和布料 清洁磁盘表面和内部部件 。
03 防尘措施
保持工作环境的清洁，避
免灰尘进入磁盘内部。
02 温湿度控制
保持适宜的温湿度环境， 避免过热或过湿对磁盘造 成损害。
存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：容量在若干KB、MB、GB，中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：一般设于主存中；•多种类型的磁盘：容量在数MB或数GB，低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。
(注意CPU和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存(字节)单元的编址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；例如指令LOAD L，2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。
第四章 存储器管理(1-2)
物理地址空间
Load A data1
100
Load A 200
1100
Load A 1200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
1200 3456 。 。
第四章 存 储 器 管 理
地址映射的方式
静态地址映射： 1）程序被装入内存时由操作系统的连接装入程序完成 程序的逻辑地址到内存地址的转换； 2）地址转换工作是在程序执行前由装入程序集中一次 完成。 假定程序装入内存的首地址为BR，程序地址为VR，内存 地址为MR，则地址映射按下式进行：MR=BR+VR
② 便于实现对目标模块的共享：将内存中的一个模块可 以连接到多个程序中。 ③ 要运行的程序都必须在装入时，全部连接调入内存。
第四章 存 储 器 管 理
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 动态链接方式：将对某些模块的链接推迟到执行时才实施， 亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装 入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存， 把它链接到调用者模块上。特点如下： 特点：凡在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被调 入内存和被链接到装入模块上，这样不仅可加快程序 的装入过程，而且可节省大量的内存空间。
硬件支持：在动态地址重定位机构中，有一个基地址寄存器BR和一 个程序地址寄存器VR，一个内存地址寄存器MR。
转换过程：MR=BR+VR
第四章 存 储 器 管 理
把程序装入起始地址为100的内存区
0 100
重定位寄存器 1000
…
MOV r1，[50]
0 1000 1100
… …
MOV r1பைடு நூலகம்[50]
存储管理概述
存储管理概述存储管理是指计算机系统中负责处理存储器资源的一组软件或硬件程序。
存储管理旨在协调计算机系统中的各种硬件和软件组件，以有效地管理和分配存储资源，以及确保数据和程序的完整性和安全性。
存储管理还负责确保计算机系统中的存储器能够在高负载时有效地运行，以及处理各种存储器故障。
存储管理通常由操作系统提供，其主要任务是为进程分配和管理内存、磁盘空间、网络存储等资源。
存储管理涉及到从物理存储器到逻辑文件的各个级别，因此需要准确和高效地跟踪数据的位置、类型和用途。
存储管理的主要任务包括：1.内存管理：内存管理负责为进程分配内存空间，并确保各个进程的内存空间不会相互干扰。
内存管理还负责将进程和物理存储器之间的逻辑地址映射到物理地址。
2.磁盘管理：磁盘管理负责处理磁盘上的文件和目录，并将它们存储在适当的位置。
磁盘管理还负责跟踪磁盘上的空间使用情况，并确保每个文件都有足够的空间存储。
3.文件管理：文件管理涉及到文件的创建、读取、写入、删除等操作。
该功能还包括文件的保护和权限设置、文件共享和协作等。
4.虚拟存储：虚拟存储是一种负责将进程的逻辑地址映射到物理地址的技术。
它通过将未使用的部分交换到磁盘上来扩展可用内存空间。
5.备份和恢复：备份和恢复负责在计算机系统上创建数据备份，并在需要时将数据恢复到计算机系统中。
这是确保数据完整性和安全性的关键部分。
6.缓存管理：缓存管理负责将频繁访问的数据保留在内存中，以避免频繁读写磁盘，从而提高系统的性能和响应速度。
存储管理是计算机系统中一个至关重要的组成部分，它的任务是确保计算机系统中的存储器资源能够被有效地管理和分配，并且能够提供高效的存储器服务。
存储管理的原理一种常见的存储管理原理是通过虚拟存储器实现内存扩展。
虚拟存储器通过将进程的逻辑地址映射到物理地址，使得进程拥有了更大的地址空间，同时可以节约物理内存。
虚拟存储器还通过页面替换算法，将部分未使用的页面换出到磁盘中，从而释放内存空间，使系统可以在更多的进程中进行加载和运行。
磁盘管理操作步骤
磁盘管理操作步骤
磁盘管理操作步骤主要包括以下三步：
1. 分区：由于硬盘不能直接使用，所以对硬盘进行分割，便于管理。
分区主要有主分区和扩展分区（有且只有一个，用它来实现多个分区），扩展分区里是逻辑分区（信息在扩展分区找个位置存）。
2. 格式化：将分区格式化成不同的文件系统。
磁盘分区后，必须经过格式化才能正式使用。
3. 挂载：将一个设备挂接到一个已存在的目录上。
我们要访问磁盘里的文件，必须将文件所在分区挂载到一个已存在的目录上，然后通过访问这个目录来访问储存设备。
挂载分为开机自动挂载和临时挂载（不进行编辑）。
以上步骤仅供参考，建议咨询计算机领域专业人士获取更多指导。
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。
磁盘存储器管理--习题分析
1、系统中磁头停留在磁道号为100的磁道上，这时先后有4个进程提出了磁盘访问请求，要访问磁盘的磁道号按申请到达的先后顺序依次为：55、120、39、110。
移动臂的运动方向：沿磁道号递减的方向移动。
若分别采用FCFS磁盘调度算法、SSTF算法、SCAN算法时，所需寻道长度分别为多少？FCFS算法：100-55+ 120-55+ 120-39+ 110-39 = 262SSTF算法：110-100 +120-110 + 120-55 + 55-39 = 101SCAN算法： 100-55+ 55-39 +110-39 + 120-110 = 1422、假设磁盘有200个磁道，磁盘请求队列中是一些随机请求，它们照到达的次序分别处于55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道上，当前磁头在100号磁道上，并向磁道号增加的方向上移动。
请给出按FCFS、SSTF、SCAN及CSCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算它们的平1、在FAT16文件系统中，且每个盘块的大小是512字节，1)如果每个簇可以有4个盘块，可以管理的最大分区空间是多少？2)如果每个簇可以有64个盘块，可以管理的最大分区空间又是多少？答： 1）216 * 4 * 512 = 128M2）216 * 64 * 512 = 2G2、某操作系统的磁盘文件空间共有500块，若用字长为32位的位示图管理盘块空间，试问：1)位示图需要多少个字？2)如果b（盘块号）, i， j从1开始计数，第i字第j位对应的块号是多少？3)如果b（盘块号）, i， j 从0开始计数，第i字第j位对应的块号是多少？答：1）[500/32] =162) b = 32* (i-1) +j3）b= 32*i+j3、有3200个磁盘块可用来存储信息，如果用字长为16位的字来构造位示图，若位示图部分内容如图所示。
1)位示图共需多少个字？2)若某文件长度为3200B，每个盘块为512个字节，采用链接结构且盘块从1开始计数，系统将为其分配哪些磁盘块？3)试具体说明分配过程。
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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
❖ SSTF、SCAN、CSCAN几种调度算法都可 能出现磁臂停留在某处不动的情况，称为磁 臂粘着(Arm-Stickiness)。
❖ 例如，有一个或几个进程对某一磁道有较高 的访问频率，即这个(些)进程反复请求对某 一磁道的I/O操作，从而垄断了整个磁盘设备。 我们把这一现象称为“磁臂粘着” 。
❖ 在扫描期间，新出现的所有请求磁盘I／O进程 组成的等待处理的请求队列。从而使所有的新请求 都将被推迟到下一次扫描时处理。
调度算法的选择
❖ 实际系统相当普遍采用最短寻道时间优先算 法，因为它简单有效，性价比好。
❖ 扫描算法更适于磁盘负担重的系统。 ❖ 磁盘负担很轻的系统也可以采用先来先服务
算法 ❖ 一般要将磁盘调度算法作为操作系统的单独
图解
98，183，37，122，14，124，65，67 磁头走过的总道数：640
FCFS调度算法
2.2 最短寻道时间优先(SSTF) (Shortest Seek Time First)
❖ 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
❖ 当N值取得很大时，会使N步扫描法的性能接近 于SCAN算法的性能；
❖ 当N=1时， N步SCAN算法便蜕化为FCFS算法。
2）FSCAN算法
❖ 本算法是N步SCAN算法的简化。它只将磁盘请 求访问队列分成两个子队列：
❖ 当前所有请求磁盘I／O的进程形成的队列，由 磁盘调度按SCAN算法进行处理。
因为只要不断有新进程的请求到达，且其所要 访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近， 这种新进程的I/O请求必须优先满足。
解决：对SSTF算法略加修改后所形成的 SCAN算法，可防止老进程出现“饥饿”现 象。
SCAN
❖ 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；
SCAN调度算法示例
2.4 循环扫描调度算法CSCAN
❖ 也称单向扫描算法。
❖ 电梯算法杜绝了饥饿，但当请求对磁道的 分布是均匀时，磁头回头，近磁头端的请 求很少（因为磁头刚经过），而远端请求 较多，这些请求等待时间要长一些。
➢ 修改：总是从0号柱面开始向里扫描。移动 臂到达最后个一个柱面后，立即带动读写 磁头快速返回到最外欲访问柱面。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
模块编写，利于修改和更换。
5.6.3 磁盘高速缓存
2.1 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
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）
1 磁盘概述
❖ 目前，几乎所有随机存取的文件，都是存放 在磁盘上，磁盘I/O速度的高低将直接影响文 件系统的性能。
❖ 硬盘分为两种：
❖ 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，，183，37，122，14，124，65，67
图解
65，67 ，37，14，98，122，124，183 磁头走过的总道数：236
SSTF调度算法
2.3 扫描算法
1) 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。
❖ 在高密度磁盘上容易出现此情况。
1）N-Step-SCAN算法
❖ N-STEP-SCAN算法将磁盘请求队列分成若干 个长度为N的子队列。
❖ 磁盘调度将按FCFS算法依次处理这些子队列。 而每处理一个队列时，又是按SCAN算法。
❖ 当正在处理某子队列时，如果又出现新的磁盘 I/O请求，便将新请求进程放入其他队列，这 样就可避免出现粘着现象。
磁盘的访问过程**
❖ 由三个动作组成：
寻道 ：磁头移动定位到指定磁道 旋转延迟：等待指定扇区从磁头下
旋转经过 数据传输：数据在磁盘与内存之间
的实际传输
磁盘的访问时间
❖ 寻道时间Ts：
大约几ms到几十ms
❖ 旋转延迟时间Tr：平均为转半圈的时间
对于7200转/分，平均延迟时间为4.2ms
❖ 数据传输时间Tt：