第8章 磁盘存储器的管理

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8.2.1 连续组织方式

连续组织方式的主要优缺点

优点

结构简单，容易实现。 支持顺序存取和随机存取。 顺序存取速度快。

所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。 缺点

要求有连续的存储空间，不利于动态扩充。 容易形成碎片，空间利用不充分。 必须事先知道文件的长度，用户不方便。


又称“电梯”算法。
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法

循环扫描(CSCAN)算法

SCAN方法的缺点

刚移过的磁道的等待时间长。 规定磁头单向移动。减少刚移过的磁道的等 待时间。

解决方法

8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法 当N值很大时，N步扫

移动头磁盘

每一个盘面仅配有一个磁头，也被装入磁臂中。为 能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能移动以 进行寻道。可见，移动磁头仅能以串行方式读/写， 致使其I/O速度较慢；但由于其结构简单， 故仍广 泛应用于中小型磁盘设备中。
8.1.1 磁盘性能简述

磁盘访问时间 常数，与磁盘驱 寻道时间Ts 一般：0.2ms 动器的速度有关 高速： <=0.1ms 把磁臂 (磁头)移动到指定磁道上所经历的时 间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n 条磁道所花费的时间之和， 即 Ts=m×n+s
种类很多 外存空间组织、地址与存取方式非常复杂 I/O过程方式非常复杂

8.2 外存的组织方式

对外存的要求——方便、效率、安全

在读写外存时不涉及硬件细节，使用逻辑地址 和逻辑操作。

存取速度尽可能快，容量大且空间利用率高
外存上存放的信息安全可靠，防止来自硬件的 故障和他人的侵权。 方便地共享，动态扩缩，携带拆卸，了解存储 情况和使用情况。

描性能接近于SCAN性 N-Step-SCAN和FSCAN 调度算法 能；N=1 ， N步扫描性 N-Step-SCAN算法 能便退化为FCFS

在SSTF、 SCAN及CSCAN几种调度算法中， 都可 能出现磁臂停留在某处不动的情况，称为“磁臂粘 着”(Armstickiness)。 N步SCAN算法是将磁盘请求队列分成若干个长度为 N的子队列，磁盘调度将按FCFS算法依次处理这些 子队列。 而每处理一个队列时又是按SCAN算法， 对一个队列处理完后，再处理其他队列。 FSCAN算法 FSCAN算法是N步SCAN算法的简化， 即其只将磁 盘请求队列分成两个子队列。一是由当前所有请求 I/O的进程形成的队列，由磁盘调度按SCAN算法进 行处理。在扫描期间，新出现的所有请求I/O的进程， 则放入另一个等待处理的请求队列。
不会出现请求长期得 不到满足；
缺点：未优化， 平均寻道时间 长。
8.1.2 早期的磁盘调度算法

最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First)

要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最 优点：使每次寻道时 间最短； 近。
缺点：不能保证平均 寻道时间最短；可能 导致距离远的进程总 也得不到服务。
隐式链接 每个物理块的最末一个字(或第一个字)作为链 接字，它指出后继块的物理地址。链首指针存 放在该文件目录中。文件的结尾块的指针为 “∧”。 优点 离散存储，空间利用率高； 顺序存取效率高。 缺点 随机存取效率太低，若要访问第i个物理块， 必须读出前i-1个。
8.2.2 链接组织方式

8.2 外存的组织方式

文件的结构


文件的逻辑结构(File Logical Structure)。
文件的物理结构， 又称为文件的存储结构， 文件在外存上的存储组织形式。 如何才能有效地利用外存空间? 如何提高对文件的访问速度?

问题

8.2 外存的组织方式

外存的特点

容量大，断电后仍可保存信息，速度较慢，成 本较低 两部分组成：驱动部分+存储介质

启动磁臂时间 2ms
旋转延迟时间Tτ 指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。如： 7200r/min 每转=60000ms/7200r=8.33ms 平均旋转延迟=（0+8.33)/2=4.16
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘访问时间 传输时间Tt 可见，寻道时间TS和旋转 指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经 延迟时间Tτ基本上都与所 读/写数据的字节数无关， 历的时间。 其大小与每次所读 /写的字节数b 如b=N/2，则 而且它通常占据了访问时 Tτ=1/(2r)=T t 和旋转速度有关 间中的大部分

文件分配表（File Allocation Table, FAT）

8.2.2 链接组织方式

显式链接
FCB 2 物理块号 0 1 2 3 4 5 5 1 0 4 FAT
8.2.2 链接组织方式
ID Data ID Data 段校验 Gap Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap 1 0 2 0 3 1 29 2 29 3 Bytes 17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
定界符
ID Data Gap Field Gap Field Gap 1 29 2 29 3 17 7 41 515 20 600 Bytes/Sector
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法

扫描(SCAN)算法

进程“饥饿”现象

SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导 致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
0
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160
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法

扫描(SCAN)算法

算法过程

① 磁臂从磁盘的一端开始移动； ② 向另一端移动； ③ 同时当磁头移过每个柱面时，处理位于该柱面上 的服务请求； ④ 当到达另一端时，磁头改变移动方向，处理继续； ⑤ 磁头在磁盘上来回扫描。
顺序组织
每磁道32 扇区
目标：读 128k 数据 (20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220(ms) 随机组织 (20＋8.3＋0.5)×256＝7373(ms)
8.1.2 早期的磁盘调度算法

先来先服务FCFS(First-Come, First Served)

根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度 优点：简单、公平，
8.2.2 链接组织方式

隐式链接
文件名
0 4 8 12 1 10 2 5 6 3 7
文件目录 始址 9 末址 25
jeep
9 16 10 25 11 13 14 18 22 15 19 23 27 31
16 1 17 20 24 28 21
25 -1 26 29 30
8.2.2 链接组织方式

8.2 外存的组织方式

按文件的物理结构分类

顺序文件。把逻辑文件中的记录顺序地存储到 连续的物理盘块中。 链接文件。文件中的各个记录可以存放在不相 邻接的各个物理盘块中，通过物理块中的链接 指针，将它们连接成一个链表。 索引文件。文件中的各个记录可存储在不相邻 接的各个物理块中。


8.2 外存的组织方式
8.1.1 磁盘性能简述

磁盘访问时间
1.寻道时间TS：TS=m*n+S； 2.旋转延时间Tr：Tr＝1/2r 3.数据传输时间Tt ：Tt＝b/rN 访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN
寻道时间: 20ms 磁盘通道传输速率: 1MB/s 转速r=3600rpm 每扇区512字节
60*16k=960k<1MB/s

8.2.1 连续组织方式


8.2.2 链接组织方式
8.2.3 FAT技术


8.2.4 NTFS技术
8.2.5 索引组织方式
8.2.1 连续组织方式

每个文件分配一组相邻接的盘块。一组盘 块定义了磁盘上的一段线性地址。又称为 连续分配方式。

把逻辑文件中的记录顺序地存储到邻接的 各物理盘块中，这样所形成的文件结构称 为顺序文件结构，此时的物理文件称为顺
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述

存储相同数目 的二进制位
数据的组织和格式


盘片（1个或多个）、盘面、磁道、扇区
扇区有标识符字段和数据字段
Physical Sector 0 Physical Sector 1 Physical Sector 29
间隙
Sector
8.1 磁盘存储器的性能和调度
8.2 外存的组织方式
8.3 空闲空间的管理
8.4 提高磁盘I/O速度的途径
8.5 提高磁盘可靠性的技术
8.6 数据一致性控制
磁盘存储器管理的主要任务

为文件分配存储空间 合理地组织文件的存储方式，以提高 磁盘的访问速度 提高磁盘存储空间的利用率

提高磁盘I/O速度，改善文件性能
8.2.2 链接组织方式




基本方法 通过在每个盘块上的链接指针，将同属于一个 文件的多个离散的盘块链接成一个链表，把这 样形成的物理文件称为链接文件 特点：不要求连续存放 对于记录式文件一块中可包含一个或多个逻辑记 录，也可以若干物理块包含一个逻辑记录。 链接方式 隐式链接 显式链接

b Tt rN