17 操作系统第四章 磁盘管理 磁盘的结构 磁盘调度算法 减少磁盘延迟时间的方法

1 磁盘的结构

1.1 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

磁盘介绍：

1.2 磁盘如何读取数据

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。

1.4 盘面、柱面、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。

1.5 磁盘的分类

1.6 磁盘的结构小结

2 磁盘调度算法

2.1 一次磁盘读/写操作需要的时间

1. 寻找时间（寻道时间）T_s：在读/写数据前，将磁头移动到指定磁道所花的时间。
   ①启动磁头臂是需要时间的。假设耗时为s；
   ②移动磁头也是需要时间的。假设磁头匀速移动，每跨越一个磁道耗时为m，总共需要跨越n条磁道。则：
   寻道时间T_s=s+m*n

现在的硬盘移动一个磁道大约需要0.2ms，磁臂启动时间约为2ms

2. 延迟时间T_R：通过旋转磁盘，使磁头定位到目标扇区所需要的时间。设磁盘转速为r（单位：转/秒，或转/分），则平均所需的延迟时间T_R=（1/2）*（1/r）=1/2r
   1/r就是转一圈需要的时间。找到目标扇区平均需要转半圈，因此再乘以1/2

硬盘的典型转速为5400转/分，或7200转/分，磁盘转速越高，延迟时间越小，读写速度越快

3. 传输时间T：从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间，假设磁盘转速为r，此次读/写的字节数为b，每个磁道上的字节数为N。则：
   传输时间T_t=（1/r）*（b/N）=b/（rN）

每个磁道要可存N字节的数据，因此b字节的数据需要b/N个磁道才能存储。而读/写一个磁道所需的时间刚好又是转一圈所需要的时间1/r

4. 总的平均存取时间T_t=T_s+1