【正文】 進(jìn) 程管理 64磁道扇區(qū)柱面讀寫磁頭磁頭臂盤片傳動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)方向 進(jìn) 程管理 65w磁道 ：當(dāng)傳動(dòng)裝置固定在某個(gè)位置時(shí)，若盤面旋轉(zhuǎn)一圈，磁頭所能訪問(wèn)的圓環(huán)區(qū)域；w柱面 ：在所有盤面上，半徑相同的所有磁道即組成一個(gè)柱面；w扇區(qū) ：每一個(gè)磁道被劃分為若干個(gè)扇區(qū)；w磁盤的訪問(wèn)過(guò)程 ：以扇區(qū)作為最小的尋址和存取單位。首先移動(dòng)傳動(dòng)裝置，通過(guò)它來(lái)移動(dòng)磁頭，從而定位正確的柱面。然后選中相應(yīng)的磁頭，等我們想要的扇區(qū)正好路過(guò)這個(gè)磁頭正下方的時(shí)候，就可以對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)了。 進(jìn) 程管理 66w如何寫一個(gè)字節(jié)？讀－修改－寫252。 讀入包含該字節(jié)的扇區(qū)；252。 修改該字節(jié)；252。 把整個(gè)扇區(qū)寫回到磁盤； 進(jìn) 程管理 67參數(shù) IBM 360KB軟盤 Barracuda 180硬盤柱面數(shù) 40 24247磁道數(shù) ∕ 柱面 2 24扇區(qū) ∕ 磁道 9 609(平均 )扇區(qū) ∕ 磁盤 720 35742023字節(jié)數(shù) ∕ 扇區(qū) 512 512磁盤容量 360KB 181GB柱面定位 (相鄰 ) 6毫秒 柱面定位 (平均 ) 77毫秒 旋轉(zhuǎn)時(shí)間 200毫秒 扇區(qū)傳送時(shí)間 22毫秒 17微秒 進(jìn) 程管理 68w硬盤的格式化可分為三個(gè)步驟，即低級(jí)格式化、分區(qū)和高級(jí)格式化。w低級(jí)格式化：標(biāo)出 磁道 和 扇區(qū) ，在相鄰的扇區(qū)之間有狹窄的間隙隔開(kāi)。一個(gè)扇區(qū)的格式是：相位編碼（ preamble）＋數(shù)據(jù)區(qū)＋糾錯(cuò)碼（ ECC）。F 相位編碼：以某個(gè)特定的位組合模式開(kāi)始，向硬件表明這是一個(gè)新扇區(qū)的開(kāi)始。還包括柱面號(hào)、扇區(qū)號(hào)、扇區(qū)大小等類似信息；F 數(shù)據(jù)區(qū)：由格式化程序確定其大小，一般 512；F 糾錯(cuò)碼：包含冗余信息，用來(lái)糾正讀取錯(cuò)誤。 磁盤格式化 進(jìn) 程管理 69w分區(qū) ：用分區(qū)軟件把整個(gè)硬盤劃分為若干個(gè)邏輯分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可視為一個(gè)獨(dú)立的磁盤。在多數(shù)計(jì)算機(jī)上，用第 0個(gè)扇區(qū)來(lái)存放一些系統(tǒng)啟動(dòng)代碼和一個(gè)分區(qū)表，記錄了每個(gè)分區(qū)的起始扇區(qū)和大小。w高級(jí)格式化 ：對(duì)每一個(gè)邏輯分區(qū)，分別進(jìn)行一種高級(jí)格式化（即通常的格式化操作），生成一個(gè)引導(dǎo)塊、空閑存儲(chǔ)管理結(jié)構(gòu)、根目錄和一個(gè)空白的文件系統(tǒng)。對(duì)不同的分區(qū)，可以使用不同的文件系統(tǒng)，如 FAT1 FAT3 NTFS等。 進(jìn) 程管理 70磁盤的訪問(wèn)是以扇區(qū)作為最小的尋址和存取單位，在訪問(wèn)一個(gè)磁盤扇區(qū)時(shí)，所需的時(shí)間主要有：254。 柱面定位時(shí)間：磁頭在磁頭臂牽引下，移動(dòng)到指定柱面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；254。 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：等待指定的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭的正下方所需的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間；它與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，如：軟盤轉(zhuǎn)速可為 600rpm(每分鐘轉(zhuǎn)速 )，硬盤可為 7,200rpm至 10,000rpm；254。 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間：從指定扇區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間。 磁盤調(diào)度算法 進(jìn) 程管理 71方法 1：合理地組織磁盤數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。例子：磁盤轉(zhuǎn)速為 10,000rpm，每個(gè)磁道有 300個(gè)扇區(qū) ,每個(gè)扇區(qū)有 512字節(jié)，現(xiàn)要讀一個(gè) 150KB的文件。假設(shè)柱面定位 (平均 )時(shí)間為 ，旋轉(zhuǎn)延遲 (平均 )時(shí)間為旋轉(zhuǎn)時(shí)間的一半 (3ms)，扇區(qū)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 17微秒；(1)文件由同一個(gè)磁道上的 300個(gè)連續(xù)扇區(qū)構(gòu)成：(2)文件由 300個(gè)隨機(jī)分布的扇區(qū)構(gòu)成：隨機(jī)分布時(shí)的訪問(wèn)時(shí)間為連續(xù)分布時(shí)的 187倍 。如何提高磁盤訪問(wèn)速度？ + 3ms + 6ms = 。 (why?)( + 3ms + )*300 = 。 進(jìn) 程管理 72如何提高磁盤訪問(wèn)速度？ 方法 2：磁盤調(diào)度。w對(duì)于大多數(shù)磁盤來(lái)說(shuō)，柱面定位時(shí)間（磁頭移動(dòng)時(shí)間）在訪問(wèn)時(shí)間中占主要部分，因此減少平均的柱面定位時(shí)間將有效地改進(jìn)系統(tǒng)的輸入輸出性能。w基本思路：來(lái)自 不同進(jìn)程 的磁盤訪問(wèn)請(qǐng)求構(gòu)成一個(gè)隨機(jī)分布的請(qǐng)求隊(duì)列。磁盤調(diào)度的基本思路就是通過(guò)對(duì)這些 I/O請(qǐng)求的執(zhí)行順序進(jìn)行調(diào)整，來(lái)減少整個(gè)請(qǐng)求隊(duì)列所對(duì)應(yīng)的平均柱面定位時(shí)間。w磁盤調(diào)度算法：磁盤調(diào)度程序所采用的算法。誰(shuí)來(lái)做這件事情？ 進(jìn) 程管理 731. 先來(lái)先服務(wù)算法w先來(lái)先服務(wù) (FirstCome FirstServed, FCFS)：按訪問(wèn)請(qǐng)求到達(dá)的先后順序來(lái)依次執(zhí)行。w優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、公平；w缺點(diǎn)：效率不高。相鄰的兩次訪問(wèn)請(qǐng)求可能相距甚遠(yuǎn)，從而使磁頭反復(fù)地移動(dòng)較長(zhǎng)的距離。w舉例：假設(shè)一個(gè)磁盤總共有 200個(gè)柱面，它們的編號(hào)為 0－ 199，訪問(wèn)請(qǐng)求的到達(dá)順序?yàn)椋ㄖ嫣?hào)）：98， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67，磁頭的起始位置在 53，計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離。 進(jìn) 程管理 74（本圖摘自 Silberschatz, Galvin and Gagne： “Operating System Concepts” ）458514685108110592在 FCFS算法下，磁頭總共移動(dòng)距離為 640。 進(jìn) 程管理 752. 最短定位時(shí)間優(yōu)先w最短定位時(shí)間優(yōu)先 (Shortest Seek Time First, SSTF)：從訪問(wèn)請(qǐng)求隊(duì)列當(dāng)中，選擇從當(dāng)前磁頭位置出發(fā)，移動(dòng)最少的訪問(wèn)請(qǐng)求去執(zhí)行。w該算法的目標(biāo)是使每次磁頭移動(dòng)時(shí)間最少。它不一定是最短平均柱面定位時(shí)間，但比 FCFS算法有更好的性能。w如果要訪問(wèn)的扇區(qū)位于磁盤中間的柱面上，則比較有利；如果要訪問(wèn)的扇區(qū)位于磁盤兩側(cè)的柱面上，則不太有利，可能會(huì)處于饑餓狀態(tài)。 進(jìn) 程管理 76在 SSTF算法下，訪問(wèn)請(qǐng)求的執(zhí)行順序是： 6 63 1 9 12 12 在這 8次磁盤訪問(wèn)中，磁頭總共移動(dòng)的距離為 236，平均的移動(dòng)距離為 。122302384242 59 進(jìn) 程管理 77w電梯算法（ elevator algorithm），也叫掃描算法（SCAN）：磁頭從當(dāng)前的位置開(kāi)始，往一個(gè)方向移動(dòng)，依次執(zhí)行這條路徑上的所有訪問(wèn)請(qǐng)求，直到前面已無(wú)任何訪問(wèn)請(qǐng)求，然后反轉(zhuǎn)方向繼續(xù)進(jìn)行。w優(yōu)點(diǎn)：克服了 SSTF的缺點(diǎn)，既考慮了距離，同時(shí)又考慮了方向，不會(huì)有進(jìn)程處于饑餓狀態(tài)；w一個(gè)性質(zhì)：對(duì)于任何一組訪問(wèn)請(qǐng)求，磁頭移動(dòng)的總距離有一個(gè)固定的上界，即柱面總數(shù)的兩倍。3. 電梯算法 進(jìn) 程管理 78在電梯算法下，訪問(wèn)請(qǐng)求的執(zhí)行順序是： 3 16 6 9 12 12 在這 8次磁盤訪問(wèn)中，磁頭總共移動(dòng)的距離為 208，平均的移動(dòng)距離為 26。162351231242 59 進(jìn) 程管理 79下 課 啦