第6章输入输出系统分解.ppt

* * 磁盘性能简述 1. 数据的组织和格式 为了在磁盘上存储数据，必须先将磁盘低级格式化。图6-28是一种温切斯特盘(Winchester disk，硬盘的祖先)中一条磁道格式化的情况。每个扇区包括两个字段： 　　(1) 标识符字段 　　(2) 数据字段（512个字节，用于存放数据） 磁盘设备可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)，各磁道间留有必要的间隙。 每条磁道又被逻辑上划分成若干个扇区(sectors)，一个扇区称为一个盘块(或数据块)，各扇区之间保留一定的间隙(图5-23) * 磁盘的数据布局 磁盘驱动器的结构 Tu 6-228 P215 * 磁盘的格式化 硬盘制造业的先驱，温盘IBM公司，首次提出了“温彻斯特”技术，采用“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”， * 寻道时间Ts 把磁头移动到指定磁道上所经历的时间，包含启动磁臂时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和。 （m是常数，与磁盘速度有关） Ts = m ×n +s 3. 磁盘访问时间 旋转延迟时间Tr 指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。 5400转-- 5.55ms；7200转—4.16ms；15000转—2ms Eg. 5400转=5400RPM: 1转所需时间=60*1000/5400 ms=11.111ms 平均延时为0.5转， =1转/2=5.55ms * 传输时间Tt 把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。 Tt的大小与每次读/写的字节数b和旋转速度有关。 r为磁盘每秒钟的转数； N为一条磁道上的字节数； 一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tt与Tr相同，访问时间Ta为： （1/2r 为旋转延时） 3. 磁盘访问时间 * 寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读/写数据的多少无关，而且它通常占据了访问时间中的大头。 例如：假定寻道时间和旋转延迟时间平均为20 ms，磁盘传输速率为10 MB/s，要传输10 KB的数据，总的访问时间为21 ms。当传输100 KB数据时，访问时间也只是30 ms。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，适当地集中数据传输，将有利于提高传输效率。 * 6.8.2 早期的磁盘调度算法 1. 先来先服务FCFS（First-Come，First-Served） 2. 最短寻道时间优先SSTF（Shortest Seek Time First） 与进程调度相似，是分配策略： * 先来先服务FCFS 最简单，根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。 优点： 公平、简单，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； 缺点： 未对寻道进行优化，使平均寻道时间可能较长，仅适用于磁盘请求较少的场合。 * 先来先服务FCFS 图5-25　FCFS调度算法 * 最短寻道时间优先SSTF 选择与当前磁头所在的磁道距离最近的磁盘请求，使每次的寻道时间最短。 算法不能保证平均寻道时间最短。 可能导致“饥饿”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。 * 最短寻道时间优先SSTF 图5-26　SSTF调度算法 图5-25　FCFS调度算法 * 6.8.3 基于扫描的磁盘调度算法 3. 扫描（SCAN）算法 （电梯调度算法） 4. 循环扫描算法(CSCAN) 5. N-Step SCAN 和FSCAN调度算法 与进程调度相似，是分配策略： * 考虑到要访问的磁道与当前磁道间的距离， 更考虑磁头当前的移动方向。 磁头只作单方向移动，直到到达边缘磁道，然后反向移动。 下次访问的磁道，只能在此头移动的前方，且选择磁头移动距离最近的一个磁盘 算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称电梯调度算法。 消除了饥饿现象 扫描(SCAN)算法 * 图5-27　SCAN调度算法示例 图5-26　SSTF调度算法 * 循环扫描算法(CSCAN) 为了减少这种延迟，CSCAN算法规定磁头单向移动，到达外边缘后，则迅速返回最内侧的磁道重新进行下一轮扫描。 　　SCAN算法既能获得较好的寻道性能，又能防止“饥饿”现象，故被广泛用于大、中、小型机器和网络中的磁盘调度。 　　SCAN存在的问题：当磁头刚从里向外移动而