第9章 磁盘存储器管理

计算机操作系统 汤子瀛教材的课件

第9章 磁盘存储器管理计算机系统中，文件是存放在外存中的，文件系统必须实 现磁盘存储空间的管理、文件名到文件存储空间的映射等功能； 另一方面，虚拟存储器的实现也需要容量大、存取速度快的磁 盘存储器，故如何提高磁盘存储器的性能，直接影响到整个计 算机性能的提高。 本章重点介绍磁盘存储器管理的下面几个主要任务：

为文件分配必要的存储空间； 合理地组织文件的存取方式，以提高对文件的访问速度； 提高磁盘存储空间的利用率； 提高对磁盘的I/O速度，以改善文件系统的性能； 采取必要的冗余措施，来确保文件系统的可靠性。

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§9.1 磁盘I/O(1)

§9.1 磁盘I/O

磁盘I/O速度的高低，将直接影响到文件系统的性能。提高磁盘 I/O速度的主要途径有： 选择性能好的磁盘； 采用好的磁盘调度算法； 设臵磁盘高速缓冲区。

9.1.1 磁盘性能简述数据的组织磁盘包含一或多个盘片，每片分两面，每面又可分成若干条磁道， 磁道之间留有必要的空隙。 为简单起见，在每条磁道上存储相同数目的二进制位。因而，内 层磁道的存储密度(每英寸所存储的位数)较外层磁道的密度高。每 条磁通又分成若干个扇区，每个扇区的大小相当于一个盘块，各扇区 之间保留一定的间隙。 在磁盘存储数据前要格式化磁盘。

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§9.1 磁盘I/O(2)

§9.1 磁盘I/O

9.1.1 磁盘性能简述磁盘的类型磁盘可以从不同的角度进行分类：硬盘和软盘、单片盘和多片盘、 固定头磁盘和活动头磁盘等。 固定头磁盘：每条磁道都有一个读/写磁头，可对磁道并行读/写， I/O速度快，适用于大容量磁盘。 移动头磁盘：每个盘面一个磁头，该磁头能移动以进行寻道。只能 进行串行读/写， I/O速度较慢，但结构简单，曾经广泛用于中、小型 磁盘设备中。

磁盘的访问时间

寻道时间T :是把磁臂从当前位臵移动到指定磁道上所经历的时间。 旋转延迟时间T :是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。 传输时间T :指数据从磁盘读出，或向磁盘写入数据所经历的时间。s r t

在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间，基本上都与所读/写数 据的多少无关，而且它通常是占据了访问时间的大头。可见，适当地 集中数据(不要太零散)传输，将有利于提高传输效率。

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§9.1 磁盘I/O(3)

§9.1 磁盘I/O

9.1.2 早期的磁盘调度算法当有多个进程都请求访问磁盘时，应使各进程对磁盘的平均访 问时间(主要是寻道) 最小。因此，磁盘调度的目标应是使磁盘的平 均寻道时间最少。目前常用的磁盘调度算法有：①先来先服务；②最 短寻道时间优先

;③扫描算法；④循环扫描算法等。

先来先服务根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。优点：公平、简单， 且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期 得不到满足的情况。缺点：未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可 能较长。仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。

最短寻道时间优先算法选择要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近的进程， 以使每次的寻道时问最短。存在的问题：可能导致某些进程发生“饥 饿”。因为只要不断有所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较 近的新进程到达，就会出现“老进程饥饿”现象。这种调度算法不能 保证平均寻道时间最短。

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§9.1 磁盘I/O(4)

§9.1 磁盘I/O

9.1.3 各种扫描算法扫描(SCAN)算法SCAN算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先 考虑的是磁头的当前移动方向。在磁头正在自里向外移动时，所选择 的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离 最近的。这样自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才 将磁臂换向，自外向里移动。这时，每次选择即其要访问的磁道，在 当前磁道之内且距离最近者这样的进程来调度。 SCAN算法中磁头移动的规律似电梯的运行，又称为电梯调度算 法。算法既能获得较好的寻道性能，又能防止进程饥饿，被广泛用于 大、中、小型机和网络中的磁盘调度。 存在的问题：当磁头刚从里向外移动过某一磁道时，恰有一进程 请求访问此磁道，这时该进程必须等待，待磁头从里向外，然后再从 外向里扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进 程的请求被严重地推迟。

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§9.1 磁盘I/O(5)

§9.1 磁盘I/O

9.1.3 各种扫描算法循环扫描CSCAN 为了减少请求进程的延迟，CSCAN算法规定磁头单 向移动。若规定只自里向外移动，当磁头移到最外的被访 问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁 道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。 采用循环扫描方式后，上述请求进程的请求延迟，将 从原来的2T减为T+Smax,其中，T为由里向外(或相反) 扫描完所有要访问的磁道所需的寻道时间，而Smax是将磁 头从最外面被访问的磁道直接移到最里边欲访问的磁道所 需的寻道时间。

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§9.1 磁盘I/O(6)

§9.1 磁盘I/O

9.1.3 各种扫描算法N-Step-SCAN和FSCAN调度算法

N-Step-SCAN算法：SSTF、SCAN、CSCAN几种调度算法

都可能出现磁臂停留在某处不动的情况，称为磁臂粘着。在高 密度盘上更容易出现此情况。N-Step-SCAN算法将磁盘请求队 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。 这样就可避免出现粘着现象。N值取得很大时，其性能接近 SCAN算法；N=1时，则退化为FCFS算法。 FSCAN算法：本算法是N-Step-SCAN算法的简化。它只将磁 盘请求访问队列分成两个子队列。 一是当前所有请求磁盘I/O 的进程形成的队列，由磁盘调度按SCAN算法进行处理；另一 个则是在扫描期间，新出现的所有请求磁盘I/O进程组成的等待 处理的请求队列。从而使所有的新请求都将被推迟到下一次扫 描时处理。

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§9.2 外存分配方法(1)

§9.2 外存分配方法

在为文件分配外存空间时所要考虑的主要问题有： 怎样才能有效地利用外存空间； 提高对文件的访问速率。 常用的外存分配方法有：①连续分配；② 链接分配；③索引分配。在 一个系统中，通常仅采用其中的一种方法来为文件分配外存空间。

连续分配要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。一组盘块的地址 定义了磁盘上的一段线性地址，通常都位于一条磁道上，在进行读/写时， 不必移动磁头。 连续分配时，可把逻辑文件中的记录，顺序地存储到邻接的各物理盘 块中，形成称为顺序文件的物理文件。这种分配方式保证了逻辑文件中的 记录顺序与存储器中文件占用盘块的顺序的一致性。在目录项的“文件物 理地址”字段中，记录该文件第一个记录所在的盘块号和文件长度(以盘 块进行计量)。 连续分配的主要优点如下：①顺序访问容易，支持直接存取。②顺序 访问速度快，磁头的移动距离最少。 缺点：①要求有连续的存储空间，会产生出许多外部碎片，需花费大 量的机器时间定期地利用紧凑的方法 …… 此处隐藏：2861字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……