设备管理

  计算机是处理数据的机器，而数据就需要有地方存放。在计算机中，可供数据存放的地方并不太多，除了内存之外，最主要的存储数据的媒介就是磁盘。对于大多数计算机领域的人来说，磁盘通常被看做是一种外部设备。可是，对于现代操作系统来说，磁盘是不可或缺的。虽然早期的操作系统可以基于磁带，但由于操作系统复杂性和性能的不断提升，用磁带作为操作系统的载体已经不合时宜，取而代之的是磁盘。由于操作系统需要存放在磁盘上，且操作系统内的文件系统也是基于磁盘，所以，从某种程度来说，磁盘是操作系统不可分割的一部分，理解磁盘将对理解操作系统的原理具有重要的意义。

一、磁盘的结构

1、什么是磁盘？

  通俗地讲，磁盘就是以形状像盘子一样的磁性存储介质。

• 特性是持久，正常情况下数据存放在上面不会消失；

• 显著特征是磁性和圆形，因此被称为磁盘；

• 价格低廉，因此可以大量使用；

2、磁盘结构

• 盘面（Platter）：一个磁盘有多个盘面；

• 磁道（Track）：盘面上的圆形带状区域，一个盘面可以有多个磁道；

• 扇区（Track Sector）：磁道上的一个弧段，一个磁道可以有多个扇区，它是最小的物理储存单位，目前主要有 512 bytes 与 4 K 两种大小；

• 磁头（Head）：与盘面非常接近，能够将盘面上的磁场转换为电信号（读），或者将电信号转换为盘面的磁场（写）；

• 制动手臂（Actuator arm）：用于在磁道之间移动磁头；

• 主轴（Spindle）：使整个盘面转动。
  

二、磁盘调度算法

  读写一个磁盘块的时间的影响因素有：

• 旋转时间（主轴转动盘面，使得磁头移动到适当的扇区上）；

• 寻道时间（制动手臂移动，使得磁头移动到适当的磁道上）；

• 实际的数据传输时间。

  其中，寻道时间最长，因此磁盘调度的主要目标是使磁盘的平均寻道时间最短。

1、先来先服务

  按照磁盘请求的顺序进行调度。优点是公平和简单。缺点也很明显，因为未对寻道做任何优化，使平均寻道时间可能较长。

2、最短寻道时间优先

  优先调度与当前磁头所在磁道距离最近的磁道。虽然平均寻道时间比较低，但是不够公平。如果新到达的磁道请求总是比一个在等待的磁道请求近，那么在等待的磁道请求会一直等待下去，也就是出现饥饿现象。具体来说，两端的磁道请求更容易出现饥饿现象。

3、电梯算法

  电梯总是保持一个方向运行，直到该方向没有请求为止，然后改变运行方向。电梯算法（扫描算法）和电梯的运行过程类似，总是按一个方向来进行磁盘调度，直到该方向上没有未完成的磁盘请求，然后改变方向。因为考虑了移动方向，因此所有的磁盘请求都会被满足，解决了 SSTF 的饥饿问题。

参考：https://www.cnblogs.com/edisonchou/p/5136649.html
https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/docs/notes/计算机操作系统 - 设备管理.md