本科生操作系统原理学习记录
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第十二章 磁盘管理
12.1 磁盘组成
盘片：存储数据的介质；正反两面都可以存储数据；本身是吕，上面涂上磁介质
磁头：读写数据，沿磁盘半径移动
主轴：马达驱动，是盘片旋转；固定速度旋转；7200 rpm 5400rpm
盘片的组成：
磁道：磁头在盘片表面划出的圆形；从盘面外缘 “0”开始编号
扇区：磁道被划分为若干个弧段
柱面：具有相同编号的磁道形成一个圆柱
12.2 磁盘控制器和接口
接口：ATA（串行接口）、SATA（串行接口）、USB、SCSI（并行接口）、SAS
磁盘控制器：
缓冲区：
12.3 地址映射关系
块号：LBA
磁盘地址(CHS)：
Cylinder：柱面 磁道C
Head：磁头 面H
Sector：扇区S
SPT：每个磁道最大扇区数
HPC：最大磁头数
12.4 磁盘访问时间
磁盘旋转速度：60-250转/秒
RPM：每分钟旋转次数；如7200RPM
定位时间：
寻道时间：移动磁臂到所需磁道时间；平均寻道时间：1/3磁道移动 （1-4ms）
旋转延迟：等待扇区移动到磁头下时间；平均选1/2圈时间：1/(2*RPM/60)
传输时间：
传输率：传输总字节数 / 传输时间
12.5 磁盘管理
低级格式化（物理格式化）
将磁盘分成扇区，以便磁盘控制器读写
分区：将磁盘分成分区、主分区和扩展分区
高级格式化：逻辑格式化，创建文件系统
引导块：引导扇区
12.6 磁盘调度算法
磁盘调度：为了减少磁盘访问时间
访问时间：寻道时间：磁头移动到访问扇区所在磁道的时间
旋转延迟时间：将访问扇区转到磁头下的时间
传输时间：将数据从磁盘送到内存的时间
假定有一个请求序列(0-199道)：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67
磁头当前位置在53
目标：磁头移动距离最小，寻道时间最短
先来先服务FCFS
按照请求提交时间访问
优点：简单、公平
缺点：寻道时间长
最短寻道时间优先算法SSTF
每次移动到离当前位置最近的磁道
优点：寻道距离短
缺点：存在饥饿，磁头频繁变换移动方向，增加寻道时间
扫描算法SCAN
磁头从磁盘一端向另一端移动，沿途响应服务请求
到达另一端时，磁头改变移动方向；磁头在磁盘上来回扫描
优点：同一方向扫描，寻道时间短
缺点：有的请求等待时间长
循环扫描算法C-SCAN
Circular Scan
单向处理请求
- 磁头从磁盘外道（0道）移到内道过程中处理请求
- 内道移动到外道的过程中不处理请求
优点：
更均匀的等待时间
循环Look算法C-LOOK
C-SCAN变形
磁头只移动到一个方向上最远请求为止，而不是继续到磁盘尽头
慕课单元作业
1、磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？
由随机访问时间 + 传输时间 + 系统开销时间
随机访问时间由平均寻道时间和旋转延迟时间组成
平均寻道时间：1/3磁道移动 旋转延迟：平均旋转1/2圈时间 1/(2*RPM/60)
传输时间 = 传输总字节 / 传输率
2、若磁头的当前位置为100磁道（共200磁道），磁头正向磁道号增加方向移动。现有一磁盘读写请求队列：23、132、19、61、190、29、4、18、40。若采用先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、扫描算法SCAN和C-SCAN，试计算出平均寻道长度各为多少？
先来先服务：
（100-23） + （132-23）+（132-19）+（61-19）+（190-61）+（190-29）+（29-4）+（18-4）+（40-18）= 692
692 / 9 = 77道
最短寻道时间优先：
132 - 100 + 190-132 + 190 - 61 + 61 - 40 + 40 - 29 + 29 - 23 + 23 -19 + 19-18 + 18 - 4 = 276
276 / 9 = 30.7道
扫描算法：
132 - 100 + 190-132 + 190 - 61 + 61 - 40 + 40 - 29 + 29 - 23 + 23 -19 + 19-18 + 18 - 4 = 276
276 / 9 = 30.7道
C-SCAN：
132 - 100 + 190-132 + 4 - 0 + 18 - 4 + 19 -18 + 23 - 19 + 29 - 23 + 40 - 29 + 61 - 40 = 151
151 / 9 = 16.8道
3、磁盘访问请求往往不是均衡分布在磁盘各处的。例如，在一个采用索引分配的文件系统中，索引表所在的柱面比仅包含文件内容的柱面的访问频率要高。假设知道50%的请求都是对一小部分固定数目柱面。那么，请问对这种情况，本章讨论的调度算法中哪种性能较好？为什么？
选用最短寻道时间优先算法性能更好。
因为50%的请求都是对一小部分固定柱面进行寻道，彼此之前距离不大，这样就可以让磁头一直在这个区域来回调动，对比FCFS和扫描算法的大幅度波动来说具有更少的寻道时间。
4、一个磁盘有8个盘片，每个盘片有200个磁道，每个磁道划分为128个扇区。请问：
1）这个磁盘的容量多大？
8 * 2 * 200 * 128 * 512B = 200MB
2）如果磁头移动一个磁道距离的时间是0.02ms，那么这个磁盘的平均寻道时间大约是多少？
平均寻道时间：200*0.02 / 3 = 1.33ms