第9章 磁盘存储器管理new
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磁盘存储器管理PPT课件
C-SCAN算法：磁头移动时仅一个方向访问磁道、另一个方 向直接返回。 例子
0 25 50 75 100 125 150 175 199
扫描算法(续)
3、N-Step-SCAN算法：
磁臂粘着(Arm Stickiness)：采用SSTF、SCAN、 CSCAN等调度算法，若有几个进程对某个磁道有 着较高的访问频率—即反复对某磁道进行频繁的 I/O请求，使磁头固定在某个磁道上。
这种算法考虑(1)要访问的磁道与当前的磁道的距离，(2)磁头的移 动方向。
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例子
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扫描算法(续)
2、循环扫描C-SCAN(Circular SCAN)
SCAN算法可以有效防止饥饿现象，但也存在一个问题：当 磁头刚从里向外移动过某个磁道，这时正好一个进程要 访问该磁道，就必须等到磁头移动到最外面后再向里移 动到该磁道才能访问。
一、磁盘的性能：
影响磁盘性能主要有：数据组织、磁盘的类型、访问时间 等。
1、磁盘的数据组织： 一个磁盘有多个盘片、每个盘片分两面。 每面分若干磁道(柱面)，每个磁道分若干扇区。
Intersector Gap
Rotational Delay
磁盘结构布局
Intertrack Gap
Sector Seek
Sector #
CRC
1 2112
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
循环冗余码检验CycliLeabharlann Redundancy Check
硬盘的磁头臂
2、磁盘的类型
分类：
硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定磁头和活动磁 头。 固定磁头磁盘：每个磁道一个磁头，并行读写， 速度高。
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扫描算法(续)
3、N-Step-SCAN算法：
磁臂粘着(Arm Stickiness)：采用SSTF、SCAN、 CSCAN等调度算法，若有几个进程对某个磁道有 着较高的访问频率—即反复对某磁道进行频繁的 I/O请求，使磁头固定在某个磁道上。
这种算法考虑(1)要访问的磁道与当前的磁道的距离，(2)磁头的移 动方向。
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例子
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扫描算法(续)
2、循环扫描C-SCAN(Circular SCAN)
SCAN算法可以有效防止饥饿现象，但也存在一个问题：当 磁头刚从里向外移动过某个磁道，这时正好一个进程要 访问该磁道，就必须等到磁头移动到最外面后再向里移 动到该磁道才能访问。
一、磁盘的性能：
影响磁盘性能主要有：数据组织、磁盘的类型、访问时间 等。
1、磁盘的数据组织： 一个磁盘有多个盘片、每个盘片分两面。 每面分若干磁道(柱面)，每个磁道分若干扇区。
Intersector Gap
Rotational Delay
磁盘结构布局
Intertrack Gap
Sector Seek
Sector #
CRC
1 2112
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
循环冗余码检验CycliLeabharlann Redundancy Check
硬盘的磁头臂
2、磁盘的类型
分类：
硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定磁头和活动磁 头。 固定磁头磁盘：每个磁道一个磁头，并行读写， 速度高。
第9章 磁盘存储器管理
第9章 磁盘存储器管理
2) 旋转延迟时间 τ 旋转延迟时间T 即扇区移动到磁头下面所经历的时间。 即扇区移动到磁头下面所经历的时间。 例如转速为5400 r/min的硬盘，每转需时 的硬盘， 例如转速为 的硬盘 每转需时11.1 ms，平 ， 均旋转延迟时间Tτ为 9.55 ms；而软盘 ， 其旋转速度为 均旋转延迟时间 ； 而软盘，其旋转速度为300 r/min或600 r/min，这样，平均 τ为50~100 ms。 或 ，这样，平均T 。
第9章 磁盘存储器管理
3. 磁盘访问时间 1) 寻道时间 s 寻道时间T 即把磁臂(磁头 移动到指定磁道上所经历的时间 即把磁臂 磁头)移动到指定磁道上所经历的时间： 磁头 移动到指定磁道上所经历的时间： Ts=m×n+s × 其中： 为磁头移动的磁道数 其中： n为磁头移动的磁道数 s为启动磁臂的时间 为启动磁臂的时间 m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。 是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。 是一常数
2 6 10 14 18 22 26
list
3 f 7 11 tr 15 19 23 27 31
缺点： 缺点： (1) 要求有连续的存储空间 (2) 必须事先知道文件的长度 图 9－7 磁盘空间的连续分配
21 25 29
30
第9章 磁盘存储器管理
9.2.2 链接分配
1. 隐式链接
0 4 8 12 16 1 20 24 28 file jeep
Sector Physical Sector 0 Physical Sector 1 Physical Sector 29
Bytes
ID Data Gap Field Gap Field Gap 0 2 0 3 1 17 7 41 515 20
第九章磁盘存储管理
了解硬盘访问时间的组成; 了解硬盘访问时间的组成; 掌握各种磁盘调度算法; 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; 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. 致性控制问题.
2010-6-21
2010-6-21 17
9.3 外存分配方式
从系统的角度来看, 从系统的角度来看,文件在物理介质上的存放方 也称文件的物理结构 主要考虑: 文件的物理结构. 式,也称文件的物理结构.主要考虑: 怎样有效利用外存空间; 怎样有效利用外存空间; 怎样提高对文件的访问效率. 怎样提高对文件的访问效率. 1)连续结构(顺序) )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: 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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磁盘的结构磁盘的结构-1 硬盘又分为两种: 硬盘又分为两种: 固定头磁盘:每个磁道设置一个磁头, 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, 道时不需要磁头的机械移动,速度快但成本 这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上. 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, 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. 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. 广泛应用于中小型磁盘设备中.
FCFS FCFS 调 度 算 法
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2)最短寻道时间优先 ) SSTF(Shortest Seek Time First)
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9.3 外存分配方式
从系统的角度来看, 从系统的角度来看,文件在物理介质上的存放方 也称文件的物理结构 主要考虑: 文件的物理结构. 式,也称文件的物理结构.主要考虑: 怎样有效利用外存空间; 怎样有效利用外存空间; 怎样提高对文件的访问效率. 怎样提高对文件的访问效率. 1)连续结构(顺序) )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: 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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磁盘的结构磁盘的结构-1 硬盘又分为两种: 硬盘又分为两种: 固定头磁盘:每个磁道设置一个磁头, 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, 道时不需要磁头的机械移动,速度快但成本 这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上. 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, 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. 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. 广泛应用于中小型磁盘设备中.
FCFS FCFS 调 度 算 法
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2)最短寻道时间优先 ) SSTF(Shortest Seek Time First)
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磁盘存储器管理PPT课件
➢RAID的级别从RAID概念的提出到现在,巳经发展了多个级别, 有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的 是0、1、3、5四个级别。RAID为使用者降低了成本、增加 了执行效率,并提供了系统运行的稳定性。
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磁盘存储器管理
➢ 并行交叉存取 根据RAID所采用的方法不同，可以将其分为0－5六个级别，后来又增加了RAID6级和RAID7级。
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平均寻道长度：27.5
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磁盘存储器管理
3. 扫描算法SCAN
为了避免“饥饿”现象，对SSTF算法略 加修改形成扫描算法，该算法不仅考虑 到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更 优先考虑的是磁头的当前移动方向。这 种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运 行，又称电梯调度算法。
• 廉价磁盘冗余阵列RAID
➢RAID:为Redundant Arrays of Independent Disks的简 称,中文为廉价冗余磁盘阵列。在1987年由美国柏克莱大学 提出RAID （Redundant Array of Inexpensive Disks） 理论,作为高性能的存储系统,巳经得到了越来越广泛的应用。
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磁盘存储器管理
FCFS算法（从100#磁道开始）
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）55来自45583
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磁盘存储器管理
➢ 并行交叉存取 根据RAID所采用的方法不同，可以将其分为0－5六个级别，后来又增加了RAID6级和RAID7级。
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平均寻道长度：27.5
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磁盘存储器管理
3. 扫描算法SCAN
为了避免“饥饿”现象，对SSTF算法略 加修改形成扫描算法，该算法不仅考虑 到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更 优先考虑的是磁头的当前移动方向。这 种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运 行，又称电梯调度算法。
• 廉价磁盘冗余阵列RAID
➢RAID:为Redundant Arrays of Independent Disks的简 称,中文为廉价冗余磁盘阵列。在1987年由美国柏克莱大学 提出RAID （Redundant Array of Inexpensive Disks） 理论,作为高性能的存储系统,巳经得到了越来越广泛的应用。
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磁盘存储器管理
FCFS算法（从100#磁道开始）
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）55来自45583
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磁盘存储管理课件
总结词
企业级磁盘存储解决方案是针对 企业级用户的需求而设计的，具 有高性能、高可用性和可扩展性 等特点。
实施与部署
按照设计方案进行实施和部署， 确保方案的顺利实施和运行。
监控与维护
在方案运行过程中，进行实时监 控和维护，确保存储系统的稳定 性和可用性。
THANKS
混合硬盘（SSHD）
结合了传统硬盘和闪存芯片的优点，具有较快的启动速度和较低的 功耗。
磁盘性能参数
存储容量
读写速度
磁盘的存储容量是指其能够存储的数据量， 通常以GB或TB为单位。
磁盘的读写速度是指其读取和写入数据的 速度，通常以MB/s或GB/s为单位。
访问时间
可靠性
磁盘的访问时间是指从发出读取或写入请 求到实际开始读写数据所需的时间。
数据备份与恢复
建立健全的数据备份和恢复机制，确保数据安全可靠， 防止数据丢失。
分布式存储与云计算
数据分散存储
分布式存储将数据分散存储在多 个节点上，提高了数据的安全性 和容错能力。
云计算平台
云计算平台提供弹性的存储资源， 可以根据需求动态扩展或缩减存 储容量和性能。
高效数据访问
通过云计算平台，用户可以快速、 方便地访问和共享存储在分布式 系统中的数据。
设置权限
根据用户角色和需求，为每个用户或用户组 设置不同的磁盘访问权限，如只读、读写等， 确保数据的安全性。
案例分析：企业级磁盘存储解决方案
需求分析
首先对企业存储需求进行详细分 析，包括存储容量、性能、可用 性等方面的需求。
方案设计
根据需求分析结果，设计合理的 企业级磁盘存储解决方案，包括 硬件设备选择、网络架构、存储 协议等方面。
磁盘存储管理课件
计算机操作系统_09磁盘存储器管理
第9章 磁盘存储器管理
一．磁盘概述 1．磁盘是最典型的直接存取设备，设备允许文件系 统直接存取磁盘上的任意物理块。 2．磁盘机一般由一些磁盘片组成的磁盘组组成。其 中每个磁盘片对应一个装有 读/写 磁头的磁头臂， 磁头臂上的两个读/写磁头分别对磁盘片的上下两面 进行读写。 3．每个磁盘片分割成一些大小相等的扇区。在磁盘 转动时经过读/写 磁头所形成的圆形轨迹称为磁道。 磁盘上有多条磁道。
第9章 磁盘存储器管理
取，然后调整链首指针，回收空闲块时，把释放的空 闲块逐个插入链尾上。 按块的大小可分为两种： ⑴空闲盘块链：以盘块为单位进行连接 ⑵空闲盘区链：以盘区为单位进行连接 3．位示图法 用1位来表示一个盘块的状态，将整个磁盘区（或 文件）形成一个位示图。位示图比较小，常驻内存， 与前者相比，提高了空闲块的分配回收速度，效率较 高。 特点：简单明了，适用于微机和小型机
第9章 磁盘存储器管理
二．磁盘存储器管理的主要任务 1．合理的空间分配 2．合理组织文件的存取方式 3．提高空间利用率 4．提高磁盘的I/O速度,改善文件系统性能 5．采取必要的措施提高文件系统的可靠性 三．提高磁盘I/O速度的主要途径 1．选择性能好的磁盘 2．采用好的磁盘调度算法 3．设置磁盘高速缓冲区
第9章 磁盘存储器管理
4．成组链接法 成组链法的原理是先把文件存储设备中的所有空闲 块按50块画分为一组。组的画分为从后往前顺次画 分。其中，每组的第一块用来存放前一组中各块的 块号和总块数。由于第一组的前面已无其他组存在， 因此，第一组的块数为49块。不过，由于存储设备 的空间块不一定正好是50的整倍数，因而最后一组 将不足50块，且由于该组后面已无另外的空闲块组， 所以，该组的物理块号与总块数只能放在管理文件 存储设备用的文件资源表中。 成组链法在空闲块的分配和回收方面要优于上述 几种方法。
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。
磁盘存储器的管理
2021年1月27日星期三
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
a
扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁盘的结构和布局 2021年1月27日星期三
磁道 磁道间隔 扇区间隔
b
1.2 磁盘调度
1．先来先服务(FCFS) 这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的 先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请 求都能依次地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足 的情况。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能 较长。 2．最短寻道时间优先(SSTF) 该算法选择这样的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在的 磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。但这种算法不能保证平 均寻道时间最短。
2021年1月2向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头 移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即 将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描。
2021年1月27日星期三
1.3 磁盘高速缓存
1．磁盘高速缓存的形式 高速缓存在内存中可分成两种形式。 第一种是在内存中
开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定 的，不会受应用程序多少的影响；
第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请 求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。此时，高 速缓存的大小显然不再是固定的。当磁盘I/O的频繁程度较高 时，该缓冲池可能包含更多的内存空间；而在应用程序运行得 较多时，该缓冲池可能只剩下较少的内存空间。
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情 况不同，因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此， 现在不少系统在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久 未使用这一原则外，还考虑了以下几点：
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
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扇区
轴心
读写磁头 主杆
磁盘的结构和布局 2021年1月27日星期三
磁道 磁道间隔 扇区间隔
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1.2 磁盘调度
1．先来先服务(FCFS) 这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的 先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请 求都能依次地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足 的情况。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能 较长。 2．最短寻道时间优先(SSTF) 该算法选择这样的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在的 磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。但这种算法不能保证平 均寻道时间最短。
2021年1月2向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头 移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即 将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描。
2021年1月27日星期三
1.3 磁盘高速缓存
1．磁盘高速缓存的形式 高速缓存在内存中可分成两种形式。 第一种是在内存中
开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定 的，不会受应用程序多少的影响；
第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请 求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。此时，高 速缓存的大小显然不再是固定的。当磁盘I/O的频繁程度较高 时，该缓冲池可能包含更多的内存空间；而在应用程序运行得 较多时，该缓冲池可能只剩下较少的内存空间。
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情 况不同，因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此， 现在不少系统在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久 未使用这一原则外，还考虑了以下几点：
存储器的管理课件文本
第4章 存储器管理
第4章 存储器管理
02
最佳适应法
可以在上述两种数据结构上实施，但要求按自由块从小到大的顺序排序。分配从头开始查找，即从小端到大端的方向查找。直到找到第一个满足要求的自由块。显然，所能找到的自由块能满足要求的最小块。
最坏适应算法
数据结构和排序方法如上。当分配空间时不 是从小往大查，而是从大往小查，因此，所找到的自由块是所有自由块中最大者。
0
M-1
N-1
0
目标模块
装入模块
0
L-1
模块A JSR “L” Return ; 模块B JSR”L+M” Return 模块C Return
L
L+M-1
L+M
L+M+N-1
图4.5 程序链接示意图
第4章 存储器管理
4.2．连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，连续分配有两种：单道程序的连续分配和多道程序的连续分配。多道程序的连续分配又称为分区分配方式，它包括固定分区、动态分区和动态重定位分区三种。下面就是对各种连续存储管理的研究。
第4章 存储器管理
第4章 存储器管理
（2）可重定位装入方式
又称静态重定位。是在程序执行之前，有操作系统的重定位装入程序完成。一般用于多道程序环境中，编译程序不能预知所编译的目标模块在内存什么地方。重定位程序根据装入程序的内存起始地址，直接修改所涉及到的逻辑地址，将内存的起始地址加上逻辑地址得到正确的内存地址。
教学内容
存储器管理概述 连续分配存储管理方式 分页存储管理方式 分段存储管理方式 虚拟存储器的基本概念 请求分页 请求分段存储管理 LINUX系统的内存管理方法 本章小结
第4章 存储器管理
02
最佳适应法
可以在上述两种数据结构上实施，但要求按自由块从小到大的顺序排序。分配从头开始查找，即从小端到大端的方向查找。直到找到第一个满足要求的自由块。显然，所能找到的自由块能满足要求的最小块。
最坏适应算法
数据结构和排序方法如上。当分配空间时不 是从小往大查，而是从大往小查，因此，所找到的自由块是所有自由块中最大者。
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N-1
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目标模块
装入模块
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L-1
模块A JSR “L” Return ; 模块B JSR”L+M” Return 模块C Return
L
L+M-1
L+M
L+M+N-1
图4.5 程序链接示意图
第4章 存储器管理
4.2．连续分配存储管理方式
连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，连续分配有两种：单道程序的连续分配和多道程序的连续分配。多道程序的连续分配又称为分区分配方式，它包括固定分区、动态分区和动态重定位分区三种。下面就是对各种连续存储管理的研究。
第4章 存储器管理
第4章 存储器管理
（2）可重定位装入方式
又称静态重定位。是在程序执行之前，有操作系统的重定位装入程序完成。一般用于多道程序环境中，编译程序不能预知所编译的目标模块在内存什么地方。重定位程序根据装入程序的内存起始地址，直接修改所涉及到的逻辑地址，将内存的起始地址加上逻辑地址得到正确的内存地址。
教学内容
存储器管理概述 连续分配存储管理方式 分页存储管理方式 分段存储管理方式 虚拟存储器的基本概念 请求分页 请求分段存储管理 LINUX系统的内存管理方法 本章小结
磁盘存储器的管理课件
企业级磁盘存储需求
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。
THANKS
感谢观看
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。
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。
THANKS
感谢观看
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。
操作系统-磁盘存储管理
磁盘访问时间
传输时间T 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。 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 和旋转速度有关 的大小与每次所读/写的字节数 和旋转速度有关: 写的字节数b和旋转速度有关
b Tt = rN
其中， 为磁盘每秒钟的转数 为磁盘每秒钟的转数； 为一条磁道上的字节数， 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， 次读 写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，即N = 2 * b 写的字节数相当于半条磁道上的字节数时 时，Tt=1/(2r)，Tt与Tr相同。 =1/(2r)， 相同。
磁盘存储器的管理
磁盘存储器管理的主要任务： 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， 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 I/O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。 采取必要地冗余措施，确保文件系统的可靠性。
磁盘访问时间
磁盘的访问时间T 表示为： 磁盘的访问时间 a表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+ 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 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， 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 所需时间为寻道时间 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 2. 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间 3. 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间
磁盘存储器管理
Bytes 1 2
1
13
Sy nch Byt e
Dat a
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CRC
60 0 Byt es/Sect or
1 512 2
图 5-16 磁盘的格式化
2. 磁盘的类型
1) 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。 2)
1.4 提高磁盘I/O速度的其它方法
1.提前读(Read-Ahead) 2. 延迟写 3. 优化物理块的分布 4. 虚拟盘
1.5 廉价磁盘冗余阵列
1. 并行交叉存取
1
2
3
N
…
图 5-21 磁盘并行交叉存取方式
2. RAID的分级
(1) RAID 0级。 (2) RAID 1级。 (3) RAID 3级。 (4) RAID 5级。 (5) RAID 6级和RAID 7级。
2. 数据交付方式
系统可以采取两种方式， 将数据交付给请求进程： (1) 数据交付。这是直接将高速缓存中的数据， 传送到请求者进程的内
存工作区中。 (2) 指针交付。只将指向高速缓存中某区域的指针， 交付给请求者进程。
后一种方式由于所传送的数据量少，因而节省了数据从磁盘高速缓存
3. 置换算法
由于请求调页中的联想存储器与高速缓存(磁盘I/O中)的工作情况不同， 因而使得在置换算法中所应考虑的问题也有所差异。因此，现在不少系统 在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久未使用这一原则外， 还考虑了以下几点： (1) 访问频率。 (2) 可预见性。 (3) 数据的一致性。
磁盘存储器管理
9.1.1 磁盘性能简述
旋转延迟时间（rotational latency time）Tr 指定扇区移动到磁头下所经历的时间。 Tr=1/2r （平均情况下，需要旋转半圈） r—磁盘以秒计的旋转速度 一个7200（转/每分钟）的硬盘，则旋转延迟时间为 60×1000÷7200÷2＝4.17毫秒。 一个5400（转/每分钟）的硬盘，旋转延迟时间为 60×1000÷5400÷2＝5.56毫秒。 一个300/600（转/每分钟）软盘，平均旋转延迟时间为 60×1000÷300÷2＝100毫秒, 60×1000÷600÷2＝50毫秒。
9.1.2 磁盘调度算法
磁头从100#磁道开始
被访问的下一个磁道号
移动距离（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
最短寻道时间优先
SSTF（Shortest Seek Time First）
选择要访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近的进程
6
碎片。
7
9.2.2 链接分配
9.2.2 链接分配
file
start
end
jeep
9
25
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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旋转延迟时间（rotational latency time）Tr 指定扇区移动到磁头下所经历的时间。 Tr=1/2r （平均情况下，需要旋转半圈） r—磁盘以秒计的旋转速度 一个7200（转/每分钟）的硬盘，则旋转延迟时间为 60×1000÷7200÷2＝4.17毫秒。 一个5400（转/每分钟）的硬盘，旋转延迟时间为 60×1000÷5400÷2＝5.56毫秒。 一个300/600（转/每分钟）软盘，平均旋转延迟时间为 60×1000÷300÷2＝100毫秒, 60×1000÷600÷2＝50毫秒。
9.1.2 磁盘调度算法
磁头从100#磁道开始
被访问的下一个磁道号
移动距离（磁道数）
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平均寻道长度：55.3
最短寻道时间优先
SSTF（Shortest Seek Time First）
选择要访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近的进程
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9.2.2 链接分配
9.2.2 链接分配
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选择要访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近的进程 1. 优点 每次的寻道时间最短 2. 缺点 不能保障平均寻道时间最短,出现进程“饥饿”现象
9.1.2
磁盘调度算法
从100磁道开始
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）
90
58 55
10
32 3
39
38 18 150 160
16
72 20 132 10
优点 较好的寻道性能，又能防止进程“饥饿”现象，被广泛应用与大 、中、小型机及网络中的磁盘调度 缺点 可能使进程的请求被严重推迟
9.1.2
磁盘调度算法
从100磁道开始，向磁道号增加的方向移动 被访问的下 一个磁道号 移动距离 （磁道数）
150
160 184
50
10 24
90
58 55 39 38
9.1.2
磁盘调度算法
一．先来先服务FCFS（First-Come,First-Served）
最简单的磁盘调度算法，根据进程请求访问磁盘的先后次 序进行调度。 1. 优点 公平、简单，每个进程的请求都能依次得到处理，不会 出现某个进程长时间得不到满足的情况。 2. 缺点 未对寻道进行优化，平均寻道时间可能较长
10
24 166
38
39 55 58 90
20
1 16 3 32
平均寻道长度：27.5
9.1.2
9.1.2
磁盘调度算法
磁头从100#磁道开始
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）
55
58 39
45
3 19Biblioteka 1890 160 150 38
21
72 70 10 112
184
146
平均寻道长度：55.3
9.1.2
磁盘调度算法
二．最短寻道时间优先 SSTF（Shortest Seek Time First）
9.1.1
磁盘性能简述
E. 柱面 (Cylinders) 不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道 与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面 可以互换使用。 扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本 参数，帮这些 参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：
存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数 1.44M =2×80×18×512
9.1.1
磁盘性能简述
2. 旋转延迟时间（rotational latency time）Tr 指定扇区移动到磁头下所经历的时间。 Tr=1/2r （平均情况下，需要旋转半圈） r—磁盘以秒计的旋转速度 一个7200（转/每分钟）的硬盘，则旋转延迟时间为 60×1000÷7200÷2＝4.17毫秒。 一个5400（转/每分钟）的硬盘，旋转延迟时间为 60×1000÷5400÷2＝5.56毫秒。 一个300/600（转/每分钟）软盘，平均旋转延迟时间为 60×1000÷300÷2＝100毫秒, 60×1000÷600÷2＝50毫秒。
第九章
磁盘存储器管理
内容 磁盘I/O 外存分配方法 空闲存储空间的管理 磁盘容错技术 文件系统性能的改善 数据一致性控制
9.1
磁盘I/O
提高I/O速度的主要途径： 1. 选择性能好的磁盘 2. 采用适当的调度算法 3. 设置磁盘高速缓冲区 9.1.1 9.1.2 磁盘性能简述 磁盘调度算法
94
32 3 16 1
18
20
平均寻道长度：27.8
9.1.2
磁盘调度算法
四． 循环扫描算法CSCAN(Circular SCAN) 规定磁头单向移动，即使最小磁道号与最大磁道号紧邻， 形成循环。
从100磁道开始，向磁道号增加的方向移动
被访问的下 一个磁道号
150
移动距离 （磁道数）
50
160
184 18
9.1.1
磁盘性能简述
一．数据的组织
1. 盘片（Platter ） 磁盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁 性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两 面，都可记录信息。 B. 磁道 (Tracks) 盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为 磁道。 C. 扇区(Sectors) 盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，硬 盘每个扇区可存储512字节信息。FAT32模式下，每个扇区的 容量为4KB。每个扇区的大小相当与一个盘块。 D. 磁头(Heads) 每个盘片的每一面都会有一个读写头（read-write head ），来读取相应盘面的内容。习惯用磁头号来区分。
184
24
平均寻道长度：27.4
9.1.2
磁盘调度算法
三．扫描算法SCAN
1. 进程“饥饿”现象 在SSTF中，若不断有新进程到来，且其访问的磁道与当 前磁道的距离较近，这种进程被优先执行，而老进程一直得 不到满足。 2. SCAN算法 不仅考虑访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的 是磁头的当前移动方向，又称电梯调度算法。
9.1.1
磁盘性能简述
二．磁盘的类型
1. 固定头磁盘
每条磁道上都有一个读/写磁头，所有的磁头被装入一个磁臂 通过这些磁头可以访问所有磁道，并进行并行读写 主要用于大容量磁盘
2. 移动头磁盘
每个盘面仅有一个磁头，被装入一个磁臂中
为能访问盘面上的所有磁道，该磁头必须移动以进行寻道 只能串行读/写，致使I/O速度较慢
结构简单，广泛应用中、小型磁盘，微机上的硬盘和软盘，都采 用移动磁头结构
9.1.1
磁盘性能简述
三．磁盘访问时间
1. 寻道时间（seek time）Ts 把磁头从当前位置移到指定磁道所经历的时间，一般为2 －30毫秒，平均约为10毫秒。 Ts=m*n+s s--磁盘的启动时间,大约3ms； m--每移动一条磁道所经历的时间，对一般磁盘：m＝ 0.3ms，对高速磁盘：m<＝0.1ms； n--移动的磁道数目；
9.1.1
磁盘性能简述
3. 传输时间Tt 数据从磁盘读出，或向磁盘写数据所经历的时间，约 为零点几个毫秒,可以忽略不计。 Tt＝b/rN b—读写的字节数 r—磁盘以秒计的旋转速度 N—一条磁道上的字节数 访问时间Ta=Ts+Tr+Tt=(m*n+s)+1/2r+b/rN
9.1.2
磁盘调度算法
移动磁头－－磁道为哪个进程服务 旋转磁盘－－扇区为哪个进程服务 目标－－各进程对磁盘的平均访问时间（主要是平均寻 道时间，即平均移动的磁道数目）最小
9.1.2
磁盘调度算法
从100磁道开始
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）
90
58 55
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优点 较好的寻道性能，又能防止进程“饥饿”现象，被广泛应用与大 、中、小型机及网络中的磁盘调度 缺点 可能使进程的请求被严重推迟
9.1.2
磁盘调度算法
从100磁道开始，向磁道号增加的方向移动 被访问的下 一个磁道号 移动距离 （磁道数）
150
160 184
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9.1.2
磁盘调度算法
一．先来先服务FCFS（First-Come,First-Served）
最简单的磁盘调度算法，根据进程请求访问磁盘的先后次 序进行调度。 1. 优点 公平、简单，每个进程的请求都能依次得到处理，不会 出现某个进程长时间得不到满足的情况。 2. 缺点 未对寻道进行优化，平均寻道时间可能较长
10
24 166
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平均寻道长度：27.5
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9.1.2
磁盘调度算法
磁头从100#磁道开始
被访问的下 一个磁道号
移动距离 （磁道数）
55
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平均寻道长度：55.3
9.1.2
磁盘调度算法
二．最短寻道时间优先 SSTF（Shortest Seek Time First）
9.1.1
磁盘性能简述
E. 柱面 (Cylinders) 不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道 与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面 可以互换使用。 扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本 参数，帮这些 参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：
存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数 1.44M =2×80×18×512
9.1.1
磁盘性能简述
2. 旋转延迟时间（rotational latency time）Tr 指定扇区移动到磁头下所经历的时间。 Tr=1/2r （平均情况下，需要旋转半圈） r—磁盘以秒计的旋转速度 一个7200（转/每分钟）的硬盘，则旋转延迟时间为 60×1000÷7200÷2＝4.17毫秒。 一个5400（转/每分钟）的硬盘，旋转延迟时间为 60×1000÷5400÷2＝5.56毫秒。 一个300/600（转/每分钟）软盘，平均旋转延迟时间为 60×1000÷300÷2＝100毫秒, 60×1000÷600÷2＝50毫秒。
第九章
磁盘存储器管理
内容 磁盘I/O 外存分配方法 空闲存储空间的管理 磁盘容错技术 文件系统性能的改善 数据一致性控制
9.1
磁盘I/O
提高I/O速度的主要途径： 1. 选择性能好的磁盘 2. 采用适当的调度算法 3. 设置磁盘高速缓冲区 9.1.1 9.1.2 磁盘性能简述 磁盘调度算法
94
32 3 16 1
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平均寻道长度：27.8
9.1.2
磁盘调度算法
四． 循环扫描算法CSCAN(Circular SCAN) 规定磁头单向移动，即使最小磁道号与最大磁道号紧邻， 形成循环。
从100磁道开始，向磁道号增加的方向移动
被访问的下 一个磁道号
150
移动距离 （磁道数）
50
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9.1.1
磁盘性能简述
一．数据的组织
1. 盘片（Platter ） 磁盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁 性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两 面，都可记录信息。 B. 磁道 (Tracks) 盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为 磁道。 C. 扇区(Sectors) 盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，硬 盘每个扇区可存储512字节信息。FAT32模式下，每个扇区的 容量为4KB。每个扇区的大小相当与一个盘块。 D. 磁头(Heads) 每个盘片的每一面都会有一个读写头（read-write head ），来读取相应盘面的内容。习惯用磁头号来区分。
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平均寻道长度：27.4
9.1.2
磁盘调度算法
三．扫描算法SCAN
1. 进程“饥饿”现象 在SSTF中，若不断有新进程到来，且其访问的磁道与当 前磁道的距离较近，这种进程被优先执行，而老进程一直得 不到满足。 2. SCAN算法 不仅考虑访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的 是磁头的当前移动方向，又称电梯调度算法。
9.1.1
磁盘性能简述
二．磁盘的类型
1. 固定头磁盘
每条磁道上都有一个读/写磁头，所有的磁头被装入一个磁臂 通过这些磁头可以访问所有磁道，并进行并行读写 主要用于大容量磁盘
2. 移动头磁盘
每个盘面仅有一个磁头，被装入一个磁臂中
为能访问盘面上的所有磁道，该磁头必须移动以进行寻道 只能串行读/写，致使I/O速度较慢
结构简单，广泛应用中、小型磁盘，微机上的硬盘和软盘，都采 用移动磁头结构
9.1.1
磁盘性能简述
三．磁盘访问时间
1. 寻道时间（seek time）Ts 把磁头从当前位置移到指定磁道所经历的时间，一般为2 －30毫秒，平均约为10毫秒。 Ts=m*n+s s--磁盘的启动时间,大约3ms； m--每移动一条磁道所经历的时间，对一般磁盘：m＝ 0.3ms，对高速磁盘：m<＝0.1ms； n--移动的磁道数目；
9.1.1
磁盘性能简述
3. 传输时间Tt 数据从磁盘读出，或向磁盘写数据所经历的时间，约 为零点几个毫秒,可以忽略不计。 Tt＝b/rN b—读写的字节数 r—磁盘以秒计的旋转速度 N—一条磁道上的字节数 访问时间Ta=Ts+Tr+Tt=(m*n+s)+1/2r+b/rN
9.1.2
磁盘调度算法
移动磁头－－磁道为哪个进程服务 旋转磁盘－－扇区为哪个进程服务 目标－－各进程对磁盘的平均访问时间（主要是平均寻 道时间，即平均移动的磁道数目）最小