操作系统-磁盘存储管理ppt课件
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• 目前磁盘的传输速率已达80 MB/s以上，数据传输时间所占的比例更 低。可见，适当地集中数据(不要太零散)传输，将有利于提高传输效率。
对磁盘，可以从不同的角度进行分类：硬盘和软盘、单片盘 和多片盘、固定头磁盘和活动头(移动头)磁盘等。
固定头磁盘
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。 移动头磁盘
9
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:
b Tt rN
其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一 次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，即N = 2 * b 时，Tt=1/(2r)，Tt与Tr相同。
2
磁盘的结构和布局
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
扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁道 磁道间隔 扇区间隔
3
磁盘的结构和布局
4
磁盘扇区
为了在磁盘上存储数据，必须先将磁盘低级格式化。下图磁盘中每条磁道 含有30个固定大小的扇区，每个扇区容量为600个字节，其中512个字节存放数 据，其余的用于存放控制信息。每个扇区包括两个字段：（1）标识符字段， 其中一个字节的SYNCH定界符，利用磁道号、磁头号及扇区号三者来标识一个 扇区；CRC字段用于段校验。（2）数据字段，其中可存放512个字节的数据。
1
磁盘存储器的管理
磁盘性能简述
数据的组织和格式
磁盘设备包括一或多个物理盘片，每个磁盘片分一个或两个存储 面(surface)，每个磁盘面被组织成若干个同心环，这种环称为磁道 (track)，各磁道之间留有必要的间隙。所有磁道由外向内依次由0开始 编号，称为磁道号。
每条磁道上可存储相同数目的二进制位。这样，磁盘密度即每英 寸中所存储的位数，显然是内层磁道的密度较外层磁道的密度高。每 条磁道又被逻辑上划分成若干个扇区(sectors)，软盘大约为8～32个扇 区，硬盘则可多达数百个。一个扇区称为一个盘块(或数据块)，常常叫 做磁盘扇区。各扇区之来自百度文库保留一定的间隙。 扇区是磁盘进行I/O传输的基本单位，也是磁盘空间分配的基本单位。
Sector
Physical Sector 0
Physical Sector 1
Physical Sector 29
ID Data
ID Data
Gap Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap
1 0 2 0 3 1 29 2 29 3 Byte
17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
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。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。 在微型机上配置的温盘和软盘都采用移动磁头结构。
6
磁盘访问时间
磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 1. 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，
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%。
ID Data Gap Field Gap Field Gap 1 29 2 29 3 17 7 41 515 20
Synch Track Byte #
Head #
Se#ctor CRC
Byte 1 2 1 1 3
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
600 Byte/Sector
5
磁盘的类型
所需时间为寻道时间 2. 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 3. 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间
7
磁盘访问时间
寻道时间Ts
这是指把磁臂(磁头)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
其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘， m=0.2；对于高速磁盘，m≤0.1，磁臂的启动时间约为2 ms。
磁盘存储器的管理
磁盘存储器管理的主要任务：
• 为文件分配必要地存储空间 • 合理地组织文件的存取方式，提高对文件的访问速度 • 提高磁盘存储空间的利用率，提高对磁盘的I/O速度 • 采取必要地冗余措施，确保文件系统的可靠性。
影响磁盘性能和数据安全性的主要因素：
• 转速、寻道时间 • 磁盘控制器：IDE、SCSI磁盘控制器 • RAID（廉价磁盘冗余队列）磁盘容错技术 • 磁盘管理算法：磁盘调度算法和磁盘高速缓存。
对于一般的温盘，其寻道时间将随寻道距离的增加而增大， 大体上是5～30 ms。
8
磁盘访问时间
旋转延迟时间Tr
将磁头移动到指定扇区下面所经历的时间。
Tr=1 /(2r)，r为磁盘转速（转数/单位时间，秒）
• 不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘 为300 r/min，硬盘一般为7200～15 000 r/min，甚至更高。 • 对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15 000 r/min，每转需时4 ms，平均旋转延迟时间Tr为2 ms； • 而软盘，其旋转速度为 300 r/min或600 r/min，这样，平均 Tr为50～100 ms。
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磁盘访问时间
磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 1. 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，
所需时间为寻道时间 2. 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 3. 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间
1b Ta Ts 2r rN
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对磁盘，可以从不同的角度进行分类：硬盘和软盘、单片盘 和多片盘、固定头磁盘和活动头(移动头)磁盘等。
固定头磁盘
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。 移动头磁盘
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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:
b Tt rN
其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一 次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，即N = 2 * b 时，Tt=1/(2r)，Tt与Tr相同。
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磁盘的结构和布局
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
扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁道 磁道间隔 扇区间隔
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磁盘的结构和布局
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磁盘扇区
为了在磁盘上存储数据，必须先将磁盘低级格式化。下图磁盘中每条磁道 含有30个固定大小的扇区，每个扇区容量为600个字节，其中512个字节存放数 据，其余的用于存放控制信息。每个扇区包括两个字段：（1）标识符字段， 其中一个字节的SYNCH定界符，利用磁道号、磁头号及扇区号三者来标识一个 扇区；CRC字段用于段校验。（2）数据字段，其中可存放512个字节的数据。
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磁盘存储器的管理
磁盘性能简述
数据的组织和格式
磁盘设备包括一或多个物理盘片，每个磁盘片分一个或两个存储 面(surface)，每个磁盘面被组织成若干个同心环，这种环称为磁道 (track)，各磁道之间留有必要的间隙。所有磁道由外向内依次由0开始 编号，称为磁道号。
每条磁道上可存储相同数目的二进制位。这样，磁盘密度即每英 寸中所存储的位数，显然是内层磁道的密度较外层磁道的密度高。每 条磁道又被逻辑上划分成若干个扇区(sectors)，软盘大约为8～32个扇 区，硬盘则可多达数百个。一个扇区称为一个盘块(或数据块)，常常叫 做磁盘扇区。各扇区之来自百度文库保留一定的间隙。 扇区是磁盘进行I/O传输的基本单位，也是磁盘空间分配的基本单位。
Sector
Physical Sector 0
Physical Sector 1
Physical Sector 29
ID Data
ID Data
Gap Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap
1 0 2 0 3 1 29 2 29 3 Byte
17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
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。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。 在微型机上配置的温盘和软盘都采用移动磁头结构。
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磁盘访问时间
磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 1. 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，
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%。
ID Data Gap Field Gap Field Gap 1 29 2 29 3 17 7 41 515 20
Synch Track Byte #
Head #
Se#ctor CRC
Byte 1 2 1 1 3
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
600 Byte/Sector
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磁盘的类型
所需时间为寻道时间 2. 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 3. 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间
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磁盘访问时间
寻道时间Ts
这是指把磁臂(磁头)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
其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘， m=0.2；对于高速磁盘，m≤0.1，磁臂的启动时间约为2 ms。
磁盘存储器的管理
磁盘存储器管理的主要任务：
• 为文件分配必要地存储空间 • 合理地组织文件的存取方式，提高对文件的访问速度 • 提高磁盘存储空间的利用率，提高对磁盘的I/O速度 • 采取必要地冗余措施，确保文件系统的可靠性。
影响磁盘性能和数据安全性的主要因素：
• 转速、寻道时间 • 磁盘控制器：IDE、SCSI磁盘控制器 • RAID（廉价磁盘冗余队列）磁盘容错技术 • 磁盘管理算法：磁盘调度算法和磁盘高速缓存。
对于一般的温盘，其寻道时间将随寻道距离的增加而增大， 大体上是5～30 ms。
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磁盘访问时间
旋转延迟时间Tr
将磁头移动到指定扇区下面所经历的时间。
Tr=1 /(2r)，r为磁盘转速（转数/单位时间，秒）
• 不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘 为300 r/min，硬盘一般为7200～15 000 r/min，甚至更高。 • 对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15 000 r/min，每转需时4 ms，平均旋转延迟时间Tr为2 ms； • 而软盘，其旋转速度为 300 r/min或600 r/min，这样，平均 Tr为50～100 ms。
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磁盘访问时间
磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 1. 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，
所需时间为寻道时间 2. 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 3. 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间
1b Ta Ts 2r rN
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