操作系统第十二章

12.1磁盘结构

几个名词
寻道时间：磁头定位磁道所需时间（或者称柱面定位
时间：磁头移动到指定柱面的机械运动时间）； 旋转延迟时间：磁盘旋转到指定扇区的机械运动时间 ；它与磁盘转速相关，如：软盘转速可为600rpm(每 分钟转速)，硬盘可为5400-10000r/m。（存取时间＝ 寻道时间＋旋转延迟时间） 传送时间：从指定扇区读写数据的时间。 排队延迟时间：发出I/O请求的进程须首先在队列中等 待该设备可用）
12. 2 磁盘调度策略
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 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+传送时间 (1) 减少寻道时间（活动头磁盘） (2) 减少延迟时间（固定头磁盘）
12.2 磁盘调度策略
OS为每个I/O设备维护一条请求队列。对于
磁盘，队列中可能有来自多个进程的许多I/O 请求（读或写）。调度方法如下：
随机调度RSS:性能差，可以用来评估其它技术
先来先服务（FCFS）
短查找时间优先算法（SSTF） 扫描(SCAN)算法
循环扫描(C-SCAN)算法
12.2 磁盘调度策略－减少寻道时间



就一个磁盘片组而言，各盘面上的同心圆磁盘数相同 。常将这些同心圆从外向内依次编号为0，1，2， …,m-1，同样，也将磁盘片组的全部盘面从上至下地 编成片面号0，1，2，k-1，其中k为磁盘片组的所有 盘面数（每片盘有正反两个盘面）。一个磁盘片组所 有盘面的第i条(i=0,1,2,…，m-1)条磁道均在同一个圆 柱面上，故每个片组有m个圆柱面。 磁盘系统通常以柱面为单位供用户记录文件信息（磁 盘空间是以“柱面”划分和使用的）。若将信息连续 地存储在一个“柱面”上，则针对一次I/O请求只需移 动一次磁头，定位相应柱面，然后根据不同盘面上的 读/写磁头进行连续读/写。 OS可通过合理调度它们对磁盘的使用顺序，达到减少 磁盘平均服务时间的目的。
12.2 磁盘调度策略－循环扫描(C-SCAN)
12.2 磁盘调度策略－LOOK& C-LOOK

磁头只移动到一个方向上的最远的请求为止。接着马上回头 ，而不是继续到磁盘的尽头。 这种形式的SCAN和C－SCAN称为LOOK和C－LOOK调度 （比喻在朝一个给定方向移动前会先look是否有请求）
12.2 磁盘调度策略
例子：读一个128KB大小的文件： (1)文件由8个连续磁道(每个磁道32个扇区)上的 256 个扇区构成： 20ms+(7.3ms+16.7ms)*8=220ms; 其中，柱面定位时间为20ms，旋转延迟时间 为7.3ms，32扇区数据传送时间为16.7ms； (2)文件由256个随机分布的扇区构成： (20ms+7.3ms+0.5ms)*256=7373ms; 其中，1扇区数据传送时间为0.5ms； 随机分布时的访问时间为连续分布时的33.5倍。
12. 磁盘结构
所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组成一
个柱面 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 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）

例：假设磁盘访问序列：
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（磁道数）
12.2 磁盘调度策略——FCFS
640 磁道.
12.2 磁盘调度策略－SSTF

短查找时间优先(SSTF, Shortest Service Time First) ：考虑磁盘I/O请求队列中各请求的磁头定位位置，选 择从当前磁头位置出发，移动最少的磁盘I/O请求。 该算法的目标是使每次磁头移动时间最少。它不一 定是最短平均寻道定位时间，但比FIFO算法有更好 的性能。 对中间的磁道有利，可能会有进程处于饥饿状态。
C－LOOK磁盘调度
12.3 磁盘调度算法的选择
SSTF 较为普遍且很有吸引力，它比FCFS性能好 SCAN 和 C-SCAN 对于磁盘负荷较大的系统性能 好，因为它不可能产生饿死问题。. 对于任何调度算法，其性能主要依赖于请求的数 量和类型。 磁盘请求分配在很大程度上受文件分配方法的影 响。 目录和索引块的位置也很重要。

本章作业

12.2

该算法是对SSTF算法的改进，磁盘I/O较好，且没有进程 会饿死。偏爱请求接近最靠里或最靠外的磁道的进程，以 及偏爱最近到达的进程。 不但需要知道磁头的当前位置，而且还要知道磁头的移动 方向。

缺点：

12.2 磁盘调度策略－扫描(SCAN)
12.2 磁盘调度策略－循环扫描(C-SCAN)

循环扫描(C-SCAN)算法：在一个方向上使用扫描算 法，当沿着某个方向访问到最后一个磁道时，磁头 返回到磁盘的另一端，并再次开始扫描（到达边沿 时直接移动到另一沿的第一个位置，在返回过程中 不处理任何请求）。 单向反复地扫描，将磁盘各磁道视为一个环形缓 冲区，首尾相连，最后一个磁道与第一个磁道相 连 实验表明，该算法在中负载或重负载时，磁盘I/O 性能比SCAN算法好。
12.2 磁盘调度策略－减少寻道时间
由于寻道(柱面定位时间）时间占主要部
分，合理组织磁盘数据的存储位置可提高 磁盘I/O性能。
随机调度性能最差。 当一个进程读磁盘上一个大的
连续分配文件 时，尽管看起来对磁盘的访问请求很多，但 由于各块连在一起，磁头的移动距离却很小 ，而链接文件和索引文件的数据块可能会散 布在整个盘上，使磁盘的磁臂大幅度移动， I/O负担加重(见后续内容）。
12.2 磁盘调度策略－SSTF
12.2 磁盘调度策略－扫描(SCAN)



磁头臂仅仅沿一个方向移动，满足途中所有未完成的请 求。 (电梯调度法） 选择在磁头前进方向上从当前位置移动最少的磁盘I/O请 求执行，到达这个方向上的最后一个磁道时才倒转服务 方向，沿相反方向扫描，同样按顺序完成请求。 优点：
LOOK算法
12.2 磁盘调度策略——FCFS

原理：磁盘I/O执行顺序为磁盘I/O请求的先后顺序。 优点：
Βιβλιοθήκη Baidu
公平性； 在磁盘I/O负载较轻且每次读写多个连续扇区时，性能较好。

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 如果大多数进程竞争一个磁盘，性能接近于随机调度 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
第12章 大容量存储器结构
12.1 磁盘结构
CPU和内存的访问速度比磁盘要快若干个数量
级，磁盘速度的增长远远低于CPU、主存速度 的增长，磁盘系统的性能对整个系统的性能有 重要影响，磁盘设备管理的目标就是提高磁盘 系统的性能。
扇区
磁臂
柱面
磁头
12. 磁盘结构


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， 磁盘 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 顺序存取设备：只有在前面的物理块被访问 过之后，才能存取后续的物理块的内容。 磁带