操作系统复习4.2.0-磁盘组织和管理

磁盘的结构

磁盘、磁道、扇区

磁盘划分n圈磁道，每条磁道划分为多个扇区

磁盘读写

磁头移动到需要读写的扇区所在的磁道来完成读写
磁盘转起来让目标扇区在磁头下面划过

盘面和柱面

分类

按磁头分类：磁头可伸缩移动、不可伸缩移动(同一盘面上有多个磁头)
按盘片分类：盘片不可换的固定磁盘和盘片可换的可换盘磁盘

磁盘调度算法

磁盘读写耗时

寻找时间/寻道时间

读写数据时，将磁头移动到指定磁道所花的时间：启动磁头臂、移动磁头
T = 启动磁头臂时间 + 越过一个磁道耗时 * 跨越磁道数
寻找时间与磁盘调度算法相关

延迟时间

通过旋转磁盘，将磁头定位到目标扇区所需时间，设磁盘转速为r，平均所需的延迟时间为 1/2 * 1/r，即1/2转除以转速

传输时间

从磁盘读写数据耗时，设转速r，读写字节数b，每个磁道上的字节数n，T = 1/r * b/n
与转速线性相关，即与硬件相关，操作系统无法优化

FCFS

SSTF

SCAN

LOOK

S-SCAN

C-LOOK

总结

FCFS先来先服务带有公平属性，但在访问的磁道分散时会疲于寻道，降低性能
SSTF则是优先处理离磁头近的磁道，保证每次寻道时间短，但可能产生饥饿，且整体时间未必最优
SCAN则是每次扫描到磁道边界才返回，平均寻道时间短，不饥饿，但移动强制碰到边界才能改变方向，磁道响应频率不平均
LOOK则是解决了SCAN的扫描方向问题，移动方向上没有别的请求就改变磁头移动方向
S-SCAN则解决SCAN对各个磁道的响应频率不平均，在碰到边界才返回的基础上，增加了返回时不处理任何请求，直至返回起始端
C-LOOK则是S-SCAN基础上无需碰到边界才返回

磁盘减少延迟

若要读取的扇区连续分布，会造成时间浪费
因为磁头读取数据后，需要时间处理数据，而此时磁盘继续转动，只有等下一次转到磁头下才能继续读取，这增加了延迟时间

交替编号

逻辑上相邻的扇区在物理上有一定间隔，使得延迟时间减少

错位命名

磁盘地址结构的设计

按照(柱面号、盘面号、扇区号)方便连续读取

磁盘管理

磁盘初始化

物理格式化—>磁盘分区—>逻辑格式化

引导块

计算机开机时需要通过执行初始化程序（自举程序）进行一系列初始化的工作
磁盘的启动块（引导块/启动分区）中存放着自举程序，位置固定
拥有启动分区的磁盘称为启动磁盘和系统磁盘
ROM中只存放很小的自举装入程序，开机时先运行此程序，通过此程序可以找到引导块，并将完整的自举程序读入内存，完成初始化

坏块

无法正常使用的扇区就是坏块，系统无法修复，因此需要标记出来

对于简单磁盘，可以在逻辑格式化时对整个硬盘进行坏块检查，在FAT表中标明坏扇区
对于复杂硬盘，磁盘内部有个磁盘控制器来维护一个坏块链表，磁盘出厂前进行物理格式化时就将坏块链进行初始化，并保留一些备用扇区用于替换坏块