操作系統(tǒng)課件(4.4 外存儲(chǔ)設(shè)備管理)

1、徐小龍/WindowsLinuxMac OSOpenStackAndroidLinux外存儲(chǔ)設(shè)備管理本講內(nèi)容1. 典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型2. 硬盤的存儲(chǔ)空間管理3. 硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間4. 硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型順序存取存儲(chǔ)設(shè)備順序存取存儲(chǔ)設(shè)備1磁頭(正走,反走,正讀,反讀,正寫,反寫,倒帶)順序存取存儲(chǔ)設(shè)備是嚴(yán)格依賴信息的物理位置進(jìn)行定位和讀寫的存儲(chǔ)設(shè)備 具有容量大、穩(wěn)定可靠、卷可裝卸和便于保存等優(yōu)點(diǎn)典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型直接存取存儲(chǔ)設(shè)備直接存取存儲(chǔ)設(shè)備2磁盤是一種典型的直接(隨機(jī))存取存儲(chǔ)設(shè)備每個(gè)物理記錄有確定的位置和唯一的地址，可直接去快速存取任何一個(gè)物理塊外存儲(chǔ)設(shè)備管理本講內(nèi)容1

2、. 典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型2. 硬盤的存儲(chǔ)空間管理3. 硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間4. 硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法硬盤的存儲(chǔ)空間管理每個(gè)盤面有一個(gè)讀寫磁頭，所有的讀寫磁頭都固定在唯一的移動(dòng)臂上同時(shí)移動(dòng)。在一個(gè)盤面上的讀寫磁頭的軌跡稱磁道，在磁頭位置下的所有磁道組成的圓柱體稱柱面。一個(gè)磁道可被劃分成一個(gè)或多個(gè)物理塊，稱為扇區(qū)。 硬盤的存儲(chǔ)空間管理文件的信息通常不是記錄在同一盤面的各個(gè)磁道上，而是記錄在同一柱面的不同磁道上，使移動(dòng)臂的移動(dòng)次數(shù)減少，縮短存取信息的時(shí)間訪問磁盤上的一個(gè)物理記錄，依賴3個(gè)參數(shù)：（柱面號(hào)，磁頭號(hào)，塊號(hào)柱面號(hào)，磁頭號(hào)，塊號(hào)）外存儲(chǔ)設(shè)備管理本講內(nèi)容1. 典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型2. 硬盤的存儲(chǔ)空間管理

3、3. 硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間4. 硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間尋道時(shí)間尋道時(shí)間1指把磁頭依賴驅(qū)動(dòng)臂移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間。該時(shí)間是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間s與磁頭移動(dòng)n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和， 即 Ts=mn+sm是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)，因此尋道時(shí)間將隨尋道距離的增加而增大硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間2扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間例子：硬盤，旋轉(zhuǎn)速度為5400 r/min， 每轉(zhuǎn)需時(shí)11.1 ms， 平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為5.55 ms硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間3把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入的傳輸時(shí)間外存儲(chǔ)設(shè)備管理本講內(nèi)容1. 典型外存儲(chǔ)設(shè)備類型2. 硬盤的存儲(chǔ)空

4、間管理3. 硬盤的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間4. 硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法多個(gè)進(jìn)程并發(fā)訪問硬盤時(shí)，應(yīng)采用一種最佳的驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法，以使各進(jìn)程對(duì)硬盤的平均訪問時(shí)間最少硬盤訪問的時(shí)間中，尋道時(shí)間比重最大，磁盤調(diào)度的目標(biāo)，是使磁盤的平均尋道時(shí)間最少硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法先來先服務(wù)算法 電梯調(diào)度算法單向掃描算法 硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法199 177.175. 147.14313094.9186.0 硬盤有200個(gè)柱面，編號(hào)0199，當(dāng)前磁頭懸停的位置在143號(hào)柱面上，并剛剛完成了125號(hào)柱面的服務(wù)請(qǐng)求，如果請(qǐng)求隊(duì)列的先后順序是：86，147，91，177，94，150，102，175，130。硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法

5、先來先服務(wù)算法先來先服務(wù)算法 1199 177.175. 147.14313094.9186.0 磁頭移動(dòng)路徑為：143-86-147-91-177-94-150-102-175-130硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法最短查找時(shí)間優(yōu)先算法最短查找時(shí)間優(yōu)先算法2199 177.175. 147.14313094.9186.0 總是先執(zhí)行查找時(shí)間最短的硬盤請(qǐng)求，較先來先服務(wù)算法有更好的性能，但會(huì)出現(xiàn)饑餓現(xiàn)象，距離遠(yuǎn)的讀寫請(qǐng)求可能被長期推遲硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法最短查找時(shí)間優(yōu)先算法最短查找時(shí)間優(yōu)先算法2199 177.175. 147.14313094.9186.0 磁頭移動(dòng)路徑為：143-147-150-130-1

6、02-94-91-86-175-177硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法 “電梯調(diào)度電梯調(diào)度”算法算法3199 177.175. 147.14313094.9186.0 選擇沿臂的移動(dòng)方向最近的柱面，如果方向上沒有訪問請(qǐng)求時(shí)，就改變臂移動(dòng)方向，使移動(dòng)頻率極小化，也會(huì)出現(xiàn)饑餓現(xiàn)象硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法 “電梯調(diào)度電梯調(diào)度”算法算法3199 177.175. 147.14313094.9186.0 磁頭移動(dòng)路徑為：143-147-150-175-177-102-94-91-86硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法掃描算法掃描算法4199 177.175. 147.14313094.9186.0 臂沿一個(gè)方向移動(dòng)，掃過所有柱面，遇到硬盤

7、請(qǐng)求便進(jìn)行處理，直到最后一個(gè)柱面后，再向相反方向移動(dòng)，也會(huì)出現(xiàn)饑餓現(xiàn)象硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法掃描算法掃描算法4199 177.175. 147.14313094.9186.0 磁頭移動(dòng)路徑為：143-147-150-175-177-199-130-102-94-91-86硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法單向掃描算法單向掃描算法5199 177.175. 147.14313094.9186.0 臂總是從0號(hào)柱面至最大號(hào)柱面順序掃描，然后直接返回0號(hào)柱面，歸途中不再服務(wù)，適應(yīng)不斷有大量柱面均勻分布的存取請(qǐng)求硬盤驅(qū)動(dòng)臂調(diào)度算法分步分步掃描算法掃描算法6 磁臂粘著：進(jìn)程對(duì)某一磁道有較高的訪問頻率，反復(fù)請(qǐng)求對(duì)某一些磁道的I/O操作，從而壟斷了整個(gè)硬盤設(shè)備 將請(qǐng)求隊(duì)列分成若干長度為N的子隊(duì)