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1、操作系统操作系统Operating Systems第五章第五章 设备管理设备管理 5.6 5.6 磁盘存储器的管理磁盘存储器的管理 5.6.1 5.6.1 磁盘性能描述磁盘性能描述1 1数据的组织和格式数据的组织和格式 盘面9盘面8盘面7盘面6盘面5盘面4盘面3盘面2盘面1盘面0轴心读写磁头主杆扇区磁道磁道间隔扇区间隔磁盘扇区磁盘扇区一个扇区称为一个盘块一个扇区称为一个盘块(或数据块或数据块)磁盘结构磁盘结构每个盘面有一个每个盘面有一个读写磁头读写磁头所有的读写磁头都固定在所有的读写磁头都固定在唯一的移动臂上同时移动唯一的移动臂上同时移动在磁头位置下的所有磁道在磁头位置下的所有磁道组成的圆柱体
2、称组成的圆柱体称柱面柱面，磁盘磁盘2 2磁盘的类型磁盘的类型1)1)固定头磁盘固定头磁盘l在在每条磁道每条磁道上都有一读上都有一读/写磁头，所有的磁头都被装在写磁头，所有的磁头都被装在一刚性磁臂中。一刚性磁臂中。l这些磁头可访问所有各磁道，并进行这些磁头可访问所有各磁道，并进行并行读并行读/写写。l这种结构的磁盘主要用于这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘大容量磁盘上。上。2)2)移动头磁盘移动头磁盘l每每一个盘面一个盘面仅配有仅配有一个磁头一个磁头，也被装入磁臂中。，也被装入磁臂中。l该磁头必须能移动以进行该磁头必须能移动以进行寻道寻道。l本节主要针对这类磁盘的本节主要针对这类磁盘的I/O进行讨
3、论。进行讨论。3 3磁盘访问时间磁盘访问时间寻道寻道时间时间旋转旋转延迟延迟时间时间传输传输时间时间磁盘访问时间磁盘访问时间寻道时间寻道时间l移动磁头到指定磁道上所经历的时间移动磁头到指定磁道上所经历的时间；旋转延迟时间旋转延迟时间l移动某扇区到磁头下所经历时间移动某扇区到磁头下所经历时间；l平均旋转延迟时间平均旋转延迟时间传输时间传输时间l从磁盘读或向磁盘写数据所经历时间从磁盘读或向磁盘写数据所经历时间；(式式3)Ts=m n+s (式式1)rNbT tTr=1/2r (式式2)访问时间访问时间寻道时间和旋转延迟时间基本上都寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读与所读/写数据的多少写数据的多少
4、无关无关，它通常占据了访问时间中的大头。，它通常占据了访问时间中的大头。适当地集中数据适当地集中数据(不要太零散不要太零散)传输，将有利于提高传输效传输，将有利于提高传输效率。率。rNbr21TTsa访问时间访问时间5.6.2 5.6.2 磁盘调度算法磁盘调度算法1 1先来先服务算法先来先服务算法2 2最短寻道时间优先算法最短寻道时间优先算法3 3扫描扫描(SCAN)(SCAN)算法（电梯调度算法）算法（电梯调度算法）4 4循环扫描循环扫描(CSCAN)(CSCAN)算法算法在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标就是使磁盘的
5、目标就是使磁盘的平均寻道时间最少平均寻道时间最少。先来先服务算法先来先服务算法 根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度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，不会出现请求长期得不到满足优点：简单、公平，不会出现请求长期得不到满足 缺点：未优化，平均寻道时间长缺点：未优化，平均寻道时间长磁盘调度：磁盘调度：55 58 39 18 90 160 150 38 18403839555890 10015016018418先来先服务算法先来先服务算法平均寻道长度：平均寻道长度：55.31461841123810150701607290211819393584555移动距离移动距离被访问
6、的下一个磁道被访问的下一个磁道100道开始道开始最短寻道时间优先算法最短寻道时间优先算法SSTF要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近优点：使每次寻道时间最短优点：使每次寻道时间最短缺点：不能保证平均寻道时间最短；可能导致距离远的进缺点：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程总也得不到服务0383955589010015016018418FCFS调度算法调度算法 SSTF调度算法调度算法100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离55455833919182190721607015010381121
7、84146平均寻道长度：平均寻道长度：55.3100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：平均寻道长度：27.5进程进程“饥饿饥饿”现象现象SSTF算法可能导致某个进程发生算法可能导致某个进程发生“饥饿饥饿”现象。现象。l只要不断有新进程的请求到达，且其所要访问的磁道只要不断有新进程的请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近，这种新进程的与磁头当前所在磁道的距离较近，这种新进程的I/O请请求必然优先满足。求必然优先满足。可防止老进程出现可防止老进程出现“饥饿饥饿”
8、现象现象l对对SSTF算法略加修改后所形成的算法略加修改后所形成的SCAN算法算法扫描扫描(SCAN)(SCAN)算法算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向是磁头当前的移动方向又称为又称为“电梯调度算法电梯调度算法”缺点：缺点：刚移过的磁道的等待时间长刚移过的磁道的等待时间长0255075100125150175200150160184905855383918扫描扫描(SCAN)(SCAN)算法（电梯调度算法）算法（电梯调度算法）55 58 39 18 90 160 150 38 184SCAN调度算法调度算
9、法 SSTF调度算法调度算法100道开始道开始被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：平均寻道长度：27.5100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：平均寻道长度：27.8“循环扫描循环扫描”算法算法CSCAN规定磁头单向移动规定磁头单向移动减少刚移过的磁道的等待时间减少刚移过的磁道的等待时间“循环扫描循环扫描”算法算法CSCAN55 58 39 18 90
10、160 150 38 1840255075100125150175200150160184905855383918SCAN调度算法调度算法 CSCAN调度算法调度算法100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：平均寻道长度：27.8100道开始，增加方向道开始，增加方向被访问的下一个磁被访问的下一个磁道道移动距离移动距离15050160101842418166382039155165839032平均寻道长度：平均寻道长度：35.8作业作业假定磁盘有假定磁盘有20
11、0 个柱面，编号个柱面，编号0-199，当前存取臂的位，当前存取臂的位置在置在143 号柱面上，并刚刚完成了号柱面上，并刚刚完成了125 号柱面的服务请求号柱面的服务请求，如果请求队列的先后顺序是：，如果请求队列的先后顺序是：86,147,91,177,94,150,102,175,130；试问：为完成上述请求，下列算；试问：为完成上述请求，下列算法存取臂移动的总量是多少？并算出存取臂移动的顺序。法存取臂移动的总量是多少？并算出存取臂移动的顺序。（1）先来先服务算法）先来先服务算法FCFS;（2）最短查找时间优先算法）最短查找时间优先算法SSTF:（3）扫描算法）扫描算法SCAN（电梯调度）（电梯调度）（4）循环扫描算法（循环扫描算法（CSAN）
