磁盘组织与管理

磁盘的结构

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磁盘、磁道、扇区

磁盘的表面由一些磁性物质组成,可以用这些磁性物质来记录二进制数据。

磁盘的盘面 被划分为一个个磁道。

一个磁道又被划分成一个个扇区,每个扇区存放的数据量相同(如1KB)。
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如何在磁盘中读/写数据

需要把“磁头”移动到想要读/写的扇区所在的磁道。磁盘会转起来,让目标扇区从磁头下面划过,才能完成对扇区的读/写操作。
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盘面、柱面

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磁盘的物理地址

可用(柱面号,盘面号,扇区号)来定位任意一个“磁盘块”。在“文件的物理结构”小节中,我们经常提到文件数据存放在外存中的几号块,这个块号就可以转换成(柱面号,盘面号,扇区号)的地址形式。

可根据该地址读取一个“块”
1.根据“柱面号”移动磁臂,让磁头指向指定柱面;
2.激活指定盘面对应的磁头;
3.磁盘旋转的过程中,指定的扇区会从磁头下面划过,这样就完成了对指定扇区的读/写。

磁盘的分类

磁头可以移动的称为活动头磁盘,磁臂可以来回伸缩来带动磁头定位磁道。
磁头不可 移动的称为固定头磁盘。这种磁盘中每个磁道有一个磁头。
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盘片可以更换的称为可换盘磁盘
盘片不可更换的称为固定盘磁盘

知识点回顾与重要考点

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磁盘调度算法

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一次磁盘读/写操作需要的时间

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延迟时间和传输时间都与磁盘转速相关,且为线性相关。而转速是硬件的固有属性,因此操作系统也无法优化延迟时间和传输时间。

但是操作系统的磁盘调度算法会直接影响寻道时间。

先来先服务算法(FCFS)

根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。
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优点:公平;如果请求访问的磁道比较集中的话,算法性能还算过得去。
缺点:如果有大量进程竞争使用磁盘,请求访问的磁道很分散,则FCFS在性能上很差,寻道时间长。

最短寻找时间优先(SSTF)

SSTF算法会优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道。可以保证每次的寻道时间最短,但是并不能保证总的寻道时间最短。(其实就是贪心算法的思想,只是选择眼前最优,但是总体未必最优)。
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优点:性能较好,平均寻道时间短。
缺点:可能产生“饥饿”现象。
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产生饥饿的原因在于:磁头在一个小区域内来回来去地移动。

扫描算法(SCAN)

为了防止SSTF算法饥饿的问题,可以规定:只有磁头移动到最外侧磁道的时候才能往内移动,移动到最内侧磁道的时候才能往外移动。这就是扫描算法(SCAN)的思想。由于磁头移动的方式很像电梯,因此也叫电梯算法。
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优点:性能较好,平均寻道时间较短,不会产生饥饿现象。

缺点:
1.只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请求之后就不需要再往右移动磁头了。
2.SCAN算法对于各个位置磁道的响应频率不平均(如:假设此时磁头正在往右移动。且刚处理过90号磁道,那么下次处理90号磁道的请求就需要等磁头移动很长一段距离;而响应了184号磁道的请求之后,很快又可以再次响应184号磁道的请求了)。

LOOK调度算法

如果在磁头移动方向 上已经没有别的请求,就可以立即改变磁头移动方向。(边移动边观察,因此叫LOOK)。
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优点:比起SCAN算法来,不需要每次都移动到最外侧或最内侧才改变磁头方向,使寻道时间进一步缩短。

循环扫描算法(C-SCAN)

SCAN算法对于各个位置磁道的响应频率不平均,而C-SCAN算法就是为了解决这个问题。规定只有磁头朝某个特定方向移动时才处理磁道访问请求,而返回时直接快速移动至起始端而不处理任何请求
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优点:比起SCAN来,对于各个位置磁道的响应频率很平均。

缺点:只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请求之后就不需要再往右移动磁头了;并且,磁头返回时其实只需要返回到18号磁道即可,不需要返回到最边缘的磁道。另外,比起SCAN算法来,平均寻道时间更长。

C-LOOK调度算法

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知识点回顾与重要考点

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减少延迟时间的方法

前情回顾

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减少延迟时间的方法:交替编号

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磁盘地址结构的设计

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读取地址连续的磁盘块时,采用(柱面号,盘面号,扇区号)的地址结构可以减少磁头移动消耗的时间。

减少延迟时间的方法:错位命名

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知识点回顾与重要考点

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磁盘的管理

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磁盘初始化

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引导块

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ROM中只存放很小的“自举装入程序”。
完整的自举程序放在磁盘的启动块(即引导块/启动分区 )上,启动块位于磁盘的固定位置

开机时计算机先运行“自举装入程序”,通过执行该程序就可找到引导块,并将完整的“自举程序”读入内存,完成初始化。

拥有 启动分区的磁盘称为启动磁盘或系统磁盘(C:盘)。

坏块的管理

坏了、无法正常使用的扇区就是“坏块”。这属于硬件故障,操作系统是无法修复的。应该将坏块标记出来,以免错误地使用到它。
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知识点回顾与重要考点

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