6-2 磁盘存储管理解析

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2）最短寻道时间优先 SSTF(Shortest Seek Time First)
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SSTF调度算法
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3）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。因为
只要不断有新进程的请求到达， 且其所要访问的磁道
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连续结构（顺序）-1
目录 cou nt 0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17
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2 6 10 14 18 22 26
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7.1 磁盘I/O简介

(一) 磁盘的结构
1）物理块(块) 在文件系统中，文件的存储设备常常划分为若干大小相等 的物理块。同时也将文件信息划分成相同大小的逻辑块 （块），所有块统一编号. 以块为单位进行信息的存储、传输、分配 2)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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7.3 外存分配方式
从系统的角度来看，文件在物理介质上的存放方 式，也称文件的物理结构。主要考虑： 怎样有效利用外存空间； 怎样提高对文件的访问效率。 1）连续结构（顺序） 文件的信息存放在若干连续的物理块中 优点: 简单 支持顺序存取和随机存取 顺序存取速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少
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磁盘的结构-1
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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磁盘的结构-1 硬盘又分为两种： 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。这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上。 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。故仍 广泛应用于中小型磁盘设备中。
化为FCFS算法。
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6. FSCAN调度算法
FSCAN 算法实质上是 N 步 SCAN 算法的简化， 即 FSCAN只将磁盘请求队列分成两个子队列。一个是由 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。在扫描期间，将新出现的所
有请求磁盘 I/O 的进程， 放入另一个等待处理的请求 队列。Байду номын сангаас样，所有的新请求都将被推迟到下一次扫描 时处理。

调 度 算 法 示 例
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5） N-Step-SCAN
N-Step-SCAN算法
在 SSTF、 SCAN 及 CSCAN 几种调度算法中， 都可能出现磁臂停留在某处 不动的情况， 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” (Armstickiness)。在高密度磁 盘上容易出现此情况。 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。 而每处理 一个队列时又是按 SCAN 算法，对一个队列处理完后，再处理其他队列。 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。 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
len g th 2 3 6 4 2
21 25 29
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磁盘空间的连续分配
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连续结构（顺序）-2
缺点: 文件不能动态增长 预留空间:浪费 重新分配和移动 不利于文件插入和删除 外部碎片问题 存储压缩技术
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7.2 磁盘调度算法

当有多个进程同时请求访问硬盘时，应 采取某种适当的调度算法，以使各进程 对磁盘的平均访问时间（主要是寻道时 间）最短。
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1）先来先服务 FCFS(First-Come, First Served)

FCFS 调 度 算 法
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软磁盘的结构
扇区
磁道
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硬磁盘的结构
扇区
磁臂
柱面
磁头
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磁盘的结构
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。 物理地址形式： 磁头号（盘面号） 磁道号（柱面号） 扇区号
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。对 SSTF 算法略加修改后所形成的 SCAN算法， 即可防止老进程出现“饥饿”现象。
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扫描(SCAN)算法-1

SCAN
调 度 算 法 示 例
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4. 循环扫描(CSCAN)算法
CSCAN
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3）磁盘访问时间

一次访盘过程由三个动作组成： 寻道（时间Ts ）：磁头移动定位到指定磁道 旋转延迟（时间Tτ ）：等待指定扇区从磁头下旋 转经过 数据传输（时间Tt ）：数据在磁盘与内存之间的 实际传输。 一次磁盘访问时间Ta表示为： Ta = Ts + Tτ + Tt 其中传输时间基本可忽略，因此适当地集中存储 数据，有利于提高传输效率。
第七章

磁盘存储器管理

教学目的： 磁盘存储器管理的主要任务： 为文件合理分配存储空间 合理组织文件存储方式 提高磁盘存储空间的利用率 提高磁盘I/O的速度 采取必要的冗余措施，提高文件系统的可靠性
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教学要求：


了解硬盘访问时间的组成； 掌握各种磁盘调度算法； 掌握外存的分配方法及空闲空间管理； 了解成组链接，硬盘容错技术； 了解提高磁盘访问速度的方法及数据一 致性控制问题。