苏州大学操作系统概念第12章

第12章大容量存储器结构6.2目录1.磁盘结构2.磁盘调度3.磁盘管理4.RAID结构5.三级存储结构1、磁盘结构6.4磁盘结构磁盘驱动器：一个一维的逻辑块的数组逻辑块：最小的传输单位物理结构：柱面道扇区磁臂磁盘通过I/O总线和计算机连接：EIDE,ATA,SATA,USB,FibreChannel,SCSI,SAS,Firewire磁盘控制器6.5磁盘示意图6.6地址映射关系逻辑地址：（逻辑块号p，块内偏移o）物理地址：（柱面c，道t，扇区s，扇区内偏移o）p/每道扇区数Q1sQ1/每柱面道数ct6.7磁盘特性磁盘旋转速度：60–250转/秒磁盘传输速率（Transferrate）：在磁盘和计算机间传输数据的速率。定位时间/随机访问时间（Positioningtime，random-accesstime)：寻道时间（seektime）：移动磁臂到所需柱面的时间；旋转延迟(rotationallatency）：等待扇区移动到磁臂下的时间6.8磁盘特性磁盘半径：3.5”,2.5”,1.8”磁盘容量：30GB-3TB性能传输率（理论）：6Gb/sec传递的总的字节数除以传输时间有效传输率（真实）：1Gb/sec寻道时间：3ms-12ms平均寻道时间：1/3磁道移动（1ms-4-ms)旋转延迟1/(RPM*60)平均：1/26.9例子访问延迟=平均随机访问时间=平均寻道时间+平均旋转延迟快速磁盘：3ms+2ms=5ms慢速磁盘：9ms+5.56ms=14.56ms平均I/O时间=访问延迟+传输时间+系统开销例子：4KB块，7200RPM磁盘，5ms平均寻道时间，1Gb/sec传输率，0.1ms控制开销：5ms+1/(7200/60)sec+4KB/1Gb/sec+0.1ms=5.1ms+4.17ms+4/131072sec=9.27ms+.03ms=9.3ms6.10第一个商业磁盘1956IBMRAMDAC计算机包括IBMModel350磁盘存储系统5M(7bit)characters50x24”plattersAccesstime=1second6.11磁盘附属磁盘存储有两种方式：1.通过I/O端口，主机附属存储2.通过网络连接，网络附属存储6.12网络附加存储6.13存储区域网络2、磁盘调度6.15磁盘调度依据操作系统的职责之一就是有效的使用硬件对磁盘驱动器，要保证较快的访问速度访问时间包括：寻道时间：磁臂将磁头移动到包含目标扇区的柱面的时间旋转延迟：磁盘需要将目标扇区转动到磁头下的时间将寻道时间减到最小寻道时间寻道距离6.16请求系列有几种磁盘I/O请求的服务调度算法假定有一个请求序列(0-199).：98,183,37,122,14,124,65,67磁头当前位置在536.17先来先服务FCFS总的磁头移动为640柱面6.18SSTF最短寻道时间优先从当前磁头位置选择最短寻道时间的请求SSTF调度基本上是一种最短作业优先（SJF）调度，可能导致一些请求得不到服务总的磁头移动为236柱面6.19SCAN扫描算法磁臂从磁盘的一端向另一段移动，沿途响应服务请求。当到达另一端时，磁头改变移动方向，继续处理。磁头在磁盘上来回扫描有时被称为电梯算法总的磁头移动为208柱面6.20C-SCAN提供比SCAN算法更为均匀的等待时间磁头从磁盘一段移到另一端，随着移动不断的处理请求。不过，当磁头移到另一端时，马上返回到磁盘开始，返回时并不处理请求将柱面当作一个环链，将最后柱面和第一柱面相连总的磁头移动为383柱面6.21C-SCAN6.22C-LOOKC-SCAN的一种变形磁头只移动到一个方向上最远的请求为止。接着，它马上回头，而不是继续到磁盘的尽头总的磁头移动为323柱面6.23磁盘调度算法的选择SSTF较为普遍且很有吸引力SCAN和C-SCAN对于磁盘负荷较大的系统会执行的更好性能主要依赖于请求的数量和类型磁盘服务请求很大程度上受文件分配方法所影响磁盘调度算法应作为一个操作系统的独立模块，如果有必要，可以替换成另一个不同的算法SSTF或LOOK是比较合理的缺省算法3、磁盘管理6.25磁盘管理低级格式化（或物理格式化）：将磁盘分成扇区以便磁盘控制器能读和写为了使磁盘能保存文件，操作系统还需要在磁盘上记录它自己的数据结构将磁盘分成由一个或多个柱面组成的分区逻辑格式化，或称为“创建文件系统”引导块初始化系统自举程序保存在ROM中自举程序装载程序使用诸如扇区备用的方法来处理坏块6.26低级格式化例子6.27磁盘的格式化Gap1IDField0Gap2DataField0Gap3Gap1IDField1Gap2DataField1Gap3Gap1IDField29Gap2DataField29Gap3177415152017741515201774151520SynchByteDataCRC15122SynchByteTrack#Head#Sector#CRC12113BytesSectorPhysicalSector0PhysicalSector1PhysicalSector29Bytes600Bytes/Sector6.28Windows分区6.29高级格式化6.30引导区6.31坏块6.32交换空间管理交换空间－虚拟内存使用磁盘空间作为内存的扩充。交换空间在普通文件系统上加以创建，或在一个独立的磁盘上进行分区。交换空间管理在文件上创建Windows分区Linux4、RAID结构6.34RAID结构RAID－RedundantArraysofInexpensiveDisks可靠性考虑磁盘可靠性引入冗余性能考虑（数据分散）位级分散：数据的各个位分散在多个磁盘上块级分散：数据以块为单位分散在多个磁盘上RAID被分成了多个不同级别RAID0-RAID7RAID01，RAID10，RAID5E，RAID5EE，RAID506.35RAID的级别6.36RAID(0+1)and(1+0)5、三级存储结构6.38三级存储结构低价格是三级存储的主要特征通常，三级存储是用可移动媒介制造最为普通的可移动媒介有：软盘CD-ROM磁带他类型的三级存储设备6.39软盘软盘－由薄而灵活的盘片加上磁性涂料和保护性塑料盒所制成。大多数软盘只能存储约1MB，但相似技术可用于制造可容纳1GB的可移动磁盘可移动磁盘与硬盘几乎一样，但其记录层更容易因刮擦而受损6.40磁光盘磁光盘将数据记录在涂有磁性材料的硬盘片上激光被用来使大而弱的磁场就能记录一位采用一种称为Kerr效应的方法来读取数据与磁头相比，磁光头飞行时离表面更高，而且磁材料上加盖了较厚的塑料或玻璃的保护层，使磁光盘更能抵抗磁头碰撞光盘根本不使用磁。它们使用特殊材料，可以被激光所改变6.41可写光盘读写盘上的数据可以多次被修改WORM盘只能被写一次铝薄膜盘片夹在两个玻璃或塑料盘片间当写一位时，驱动器使用激光在铝薄膜上烧一小孔。信息可以被删除但不能被修改WORM盘是可靠的、经久的只读盘，如CD-ROM和DVD，从生产厂家出来时就有数据了6.42磁带相比磁盘，磁带更便宜且能存储更多的数据，但磁带访问要比磁盘慢很多对于不需要快速随机访问的情况，如磁盘数据的备份、存储海量数据，磁带更为经济一个磁盘驻留文件可以存档到磁带上，以节省存储成本；当需要该文件时，计算机可将它调回到磁盘以便经常使用6.43U盘和存储卡6.441981年到2000年硬磁盘价格（每兆字节）