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学习二十一 磁盘存储器 5.9 磁盘存储器 5.9.1 磁盘结构 5.9.2 磁盘调度算法 5.9.3 磁盘高速缓存 5.9.4 提高磁盘I/O速度的其它方法 5.9.5 廉价磁盘冗余阵列 5.9.1 磁盘结构 寻址规则：磁道、磁头、扇区； 磁道：最外为0磁道； 磁盘格式化 低级格式化：对磁道进行格式化、每个分区的起始扇区（或起始磁道）和大小都被记录在磁盘0扇区的主引导记录分区记录（MBR）所包含的分区表中、标记活动分区。 高级格式化：设置分区的引导块、一个空文件系统。 磁盘I/O时间 查找时间（寻道时间） 把磁头移动到指定磁道上所经历的时间。 等待时间（旋转时间） 磁头移动到指定扇区所经历的时间； 传输时间 从磁盘读数据或向磁盘写数据所经历的时间。 磁盘I/O时间70%左右用于查找时间。 5.9.2 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） 优点：平均寻道长度最小； 缺点：某进程发生“饥饿”现象； 3. 扫描（SCAN）算法（电梯调度算法） 当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。直至再无更外的磁道时，才将磁臂换向自外向里移动。 该算法避免了“饥饿”现象的发生。 4. 循环扫描（CSCAN）算法 SCAN算法可使对某一磁道的访问时间延迟为2倍的磁道数，为减少这种延迟，规定磁头单向移动。 这种请求延迟时间缩小为T+Smax，T为自里向外访问完要访问的磁道所需的寻道时间，Smax是将磁头从最外面被访问的磁道直接移到最里面欲访问的磁道所需的寻道时间。 “磁臂粘着”（Armstickiness）：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。 N－Step-SCAN算法是将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，每个子队列又是按SCAN算法。 FSCAN是N－Step-SCAN算法的简化，将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SCAN算法进行处理；另一个是在扫描期间新出现的所有磁盘请求，该请求被推迟到下一次扫描时处理。 5.9.3 磁盘高速缓存 磁盘高速缓存的形式 在内存中开辟一个单独的存储空间； 将所有未用的内存空间变为一个缓冲池； 数据交付方式 数据交付：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； 指针交付：只将高速缓存中某区域的指针交付给请求者进程； 置换算法 最近最久未使用算法LRU、最近未使用算法NRU及最少使用算法LFU等。 考虑的因素： 最近最久未使用； 访问频率，其访问频率没有页面的访问频率高； 可预见性，高速缓存中的数据块有较强的可预见性； 数据一致性，尽量减少内存与磁盘中数据不一致的盘块数； 周期性地写回磁盘 UNIX操作系统：Update进程每隔30秒调用SYNC系统调用，将已修改的盘块写回磁盘； MS-DOS：只要高速缓存中的某盘块数据被修改，便立即将它写回磁盘； 5.9.4 提高磁盘I/O速度的其它方法 提前读（Read-Ahead） 延迟写 优化物理块的分布：连续的物理盘块分配，以簇或块为单位； 虚拟盘：利用内存空间仿真磁盘，又称为RAM盘； 5.9.5 廉价磁盘冗余阵列 1987年美国加利福尼亚大学伯克莱分校提出RAID（Redundant Array of Inexpensive Disk）。 并行交叉存取 RAID分级 RAID的特点 可靠性高； 磁盘I/O速度高； 性能/价格比高； * RAID组合 *