操作系统---磁盘

磁盘的结构

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

磁道 : 磁盘的盘面被划分成一个个磁道, 一个圈就是一个磁道

扇区 : 每一个磁道被划分成一个个扇区, 每个扇区就是一个个 " 数据块 ", 各个扇区存放的数据量相同

( 最内侧磁道上的扇区面积最小, 因此数据密度最大 )

数据的读写

盘面, 柱面

如何根据地址读取一个块 :

磁盘的分类

根据磁头是否可以移动 :

1. 活动头磁盘

   

2. 固定头磁盘

根据盘片是否可以更换 :

1. 固定盘磁盘
2. 可换盘磁盘

磁盘调度算法 ( 寻道时间 )

一次读 / 写操作所需要的时间

graph LR A[一次读/写操作所需要的时间]---B[寻道时间] A---C[延迟时间] A---D[传输时间]

寻找时间 (寻道时间)

在读 / 写数据之前, 把磁头移动到指定磁道所花的时间

• 启动磁头臂的时间
• 移动磁头的时间

延迟时间

通过旋转磁盘, 使磁头定位到目标扇区所需要的时间

传输时间

由磁盘读出 或 向磁盘写入数据所需要的时间

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

最短寻找时间优先 SSTF

SSTF算法会优先处理的磁道是离当前磁头最近的磁道, 可以保证每一次的寻道时间最短, 但是并不能保证总体寻道时间最短 ( 贪心 )

• 可能产生 饥饿 现象

扫描算法 SCAN ( 电梯算法 )

SSTF算法产生饥饿的原因 : 磁头可能会在一个小区域内来回移动

SCAN :

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

LOOK调度算法 ( SCAN的改进 )

在扫描算法的基础上增加 :

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

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, C-SCAN算法就是为了解决这个问题, 规定只有磁头朝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情况

C-LOOK 调度算法

C-LOOK = C-SCAN + LOOK

总结

减少磁盘 ( 延迟时间 ) 的办法

延迟时间 : 把目标扇区转动到磁头下所花的时间

由于磁头读入一个扇区数据后需要一小段时间处理, 如果逻辑上相邻的扇区在物理上也相邻, 则读入几个连续的逻辑扇区, 可能需要很长的 " 延迟时间 ".

交替编号

采用交替编号的策略, 让逻辑上相邻的扇区在物理上有一定的间隔, 可以使读取连续的逻辑扇区所需要的延迟时间更小

错位命名

将盘面之间的扇区不同样按顺序编号

而是使用0号盘面的1号扇区下是1号盘面的4号扇区....这样的方式

这样使得读取完磁盘块之后还有一段时间处理, 从而减少了延迟时间

磁盘地址结构的设计

采用 ( 柱面号, 盘面号, 扇区号 )--- 三维, 二维, 一维

磁盘管理

磁盘初始化

1. 进行低级格式化 ( 物理格式化 ), 将磁盘的各个磁道划分为扇区, 一个扇区通常可分为头, 数据区, 尾三个部分. 管理扇区所需要的各种数据结构 ( 校验码等 )一般存放在头, 尾两个部分
2. 将磁盘分区 , 每个分区由若干柱面组成
3. 进行逻辑格式化, 创建文件系统. 包括创建文件系统的根目录, 初始化

磁盘的引导块

计算机开机时需要进行一系列初始化的工作, 这些初始化工作是通过执行初始化程序 (自举程序) 完成的.

初始化程序 ( 自举程序 ) 如果直接放在ROM中, 会很不方便, 因为ROM中的数据无法更改, 解决方法 :

1. ROM中只存放很小的 " 自举装入程序 "

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

坏块的管理

对于简单的磁盘 ,可以在逻辑格式化时, 对磁盘进行坏块检查, 表明哪些扇区是坏扇区. 这种处理方式中, 坏块对操作系统不透明

对于复杂的磁盘 , 磁盘控制器 ( 磁盘设备内部的一个硬件部件 ) 会维护一个坏块链表. 在磁盘出厂前进行低级格式化时就将坏块链进行初始化. 会保留一些 " 备用扇区 " 用于替换坏块. 这种方案称为扇区备用 . 这种处理方式中, 坏块对操作系统透明.