第3节 操作系统关于磁盘

磁盘块号
第4单元 设备管理
第3节 磁盘——特别的外设！
磁盘的结构 磁盘的访问 磁盘访问的优化 举例
优化目标
磁盘访问的平均时间尽量少 磁盘访问次数尽量少
磁盘访问优化的目标：磁盘访问时间尽量少
磁盘访问时间 = 写入控制器时间 + 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间
IDE控制器
磁盘的使用整理
进程1 block
进程2 block请求队列 磁盘 驱动
sec,head ,cyl
磁 盘 控 制 器
cyl
sec
head
(1) 进程提出盘块请求 (2) I/O系统用电梯算法排队 (3) 驱动程序从队列中取出请求块 (4) 驱动程序算出cyl,head,sector (5)完成端口写，驱动设备工作
从CHS到扇区号
CHS得到的扇区号是? 扇区号=C(HeadsSectors) + HSectors + S
Heads:一个柱面上的磁头数 Sectors:一个磁道上的扇区数
从扇区号如何得到CHS？
C=扇区号/ (HeadsSectors) H=扇区号%(HeadsSectors)/ Sectors S=扇区号%(HeadsSectors)%Sectors
第4单元 设备管理
第3节 磁盘——特别的外设！
磁盘的结构 磁盘的访问 磁盘访问的优化 举例
认识一下磁盘
画一个示意图:
盘面
看看俯视图:
扇区 磁道
磁盘的读写单位是扇区 扇区大小：512字节
磁盘的物理地址(CHS)
柱面C ylinder 磁头Head（磁道号、盘面号） 扇区Sector
(6)磁盘工作完成，发中断信号，中断处理
第4单元 设备管理
第3节 磁盘——特别的外设！
磁盘的结构 磁盘的访问 磁盘访问的优化 举例
举例：磁盘块VS（柱面、磁道、扇区）
• 假设一个磁盘由128个柱面组成，每个柱面上有 16个磁道，每个磁道上有8个扇区，一个扇区大小 为512个字节，8个连续扇区组成一块，问这个磁 盘空间有多少个磁盘块？每块大小是多少？
扇区嫌小了？
组块！如8个扇区组成1块！
整个磁盘 块0 块1 … 块n
第4单元 设备管理
第3节 磁盘——特别的外设！
磁盘的结构 磁盘的访问 磁盘访问的优化 举例
如果直接通过设备管理提供的接口访问？
读磁盘：需要设备号、磁盘块号！ 写磁盘：提供设备号，返回块号 文件名
文件系统
0 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199
SCAN: 磁头共移动 236磁道，和SSTF一 样!
根据其特征，SCAN 也被称为电梯算法!
这些请求的等待时 间较长，只因所在 方向不够幸运!
SCAN导致延迟不均
C-SCAN
SCAN+直接移到另一端：两端请求都能很快处理
继续该实例: 磁头开始位置=53；
2
5 5 5 40
7
2 3 3 6
7
1 8 5 3
2
5 5 5 40
7
2 3 3 6
7
1 5 8 3
优化目标
磁盘访问的平均时间尽量少 磁盘访问次数尽量少 移臂调度、旋转调度
优化目标
磁盘访问的平均时间尽量少 磁盘访问次数尽量少
缓冲：延迟写、提前读 读写单位：CHS-扇区--磁盘块
作业
Leabharlann Baidu• 5-3 • 5-4
总结
• 操作系统自己用磁盘可以用磁盘块寻址 • 磁盘的访问是可以优化的
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
0 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199
CSCAN: 磁头共移动 188+200磁道! 其中200会较快!
还可以考虑旋转时间：
旋转调度：调度扇区访问的顺序
柱面号 盘面号 扇区号
柱面号 盘面号 扇区号
寻道时间：手臂移到要访问的柱面的时间
旋转时间：磁盘旋转，直到要访问的扇区转到读写头下
如何减少平均寻道时间？
通过改变排队顺序影响寻道时间
磁臂
多个进程通过队列使用磁盘
block
进程1 进程2
block
请求队列
磁盘 驱动
chs
磁 盘 控 制 器
cyl head
sec
如果不改变排队
先到达的先访问
一个实例: 磁头开始位置=53；
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
0 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199
SSTF: 磁头共移动236 磁道，要少很多!
SSTF存在饥饿问题
SCAN
沿着一个方向移动，遇到请求就处理
磁头开始位置=53，正往低地址方向移动；
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
磁盘的线性地址——将所有扇区统一编号！
整个磁盘 0柱面 柱面0 柱面1 … 柱面n 扇区0 一个柱面 磁头0 磁头1 … 磁头k 扇区1 …
扇区k*p-1
1柱面 扇区kp
扇区kp+1
…
扇区2k*p-1
一个磁道 扇区0 扇区1 … 扇区p
。。。。。。。。。。。
按照(C,H,S)将扇区形成一 维扇区编号
0 14 37 53 65 67 98
FCFS: 磁头共移 动640磁道!
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
122 124 183 199
磁头在长途奔袭!
SSTF（Shortest-seek-time First）
离当前磁头最近的优先访问
继续该实例: 磁头开始位置=53；