第6章設(shè)備管理(2)

1、12022-3-76.7 6.7 緩沖管理緩沖管理6.7.16.7.1緩沖的引入緩沖的引入緩沖技術(shù)的主要原因是:#緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種設(shè)備(包括中央處理機(jī))的運(yùn)行速度差異甚大，CPU的運(yùn)行速度是以微秒甚至以納秒計(jì)，而設(shè)備的運(yùn)行速度則是以毫秒甚至以秒計(jì)；（速度的差異） 事實(shí)上，凡在數(shù)據(jù)到達(dá)速率與其離去速率不同的地方，都可設(shè)置緩沖區(qū)，以緩和它們之間的速率不匹配的矛盾。22022-3-7#減少對(duì)CPU中斷頻率，放寬對(duì)CPU中斷的響應(yīng)時(shí)間的限制。例（p209） #解決數(shù)據(jù)粒度不匹配的問題。#為了提高CPU與外設(shè)的并行程度 緩沖的引入可顯著的提高CPU和I/P設(shè)

2、備間的并行操作程度，提高系統(tǒng)在吞吐量和設(shè)備的利用率。32022-3-7圖 5-10 利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖 1位緩沖9.6 Kb/s8位緩沖寄存器送內(nèi)存9.6 Kb/s8位緩沖寄存器9.6 Kb/s送內(nèi)存(b)(a)(c)42022-3-7#如用一位緩沖來接收，則必須在每收到一位數(shù)據(jù)時(shí)便中斷一次CPU，并在下一位數(shù)據(jù)到來之前要求CPU進(jìn)行中斷處理以取走輸入數(shù)據(jù) #若設(shè)一個(gè)8位的緩沖，則可每收8位數(shù)據(jù)中斷一次CPU，但在第9位數(shù)據(jù)到來之前仍必須完成中斷處理#若再增加8位的緩沖，則可每收8位數(shù)據(jù)中斷一次CPU，并允許CPU在下8位數(shù)據(jù)到來期間處理前8位數(shù)據(jù)的中斷。52022-3-7常用的緩沖技術(shù)常

3、用的緩沖技術(shù)1 1、單緩沖、單緩沖2 2、雙緩沖、雙緩沖3 3、環(huán)形緩沖、環(huán)形緩沖4 4、緩沖池、緩沖池 62022-3-76.7.2 單緩沖單緩沖最簡(jiǎn)單的一種緩沖形式。當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一最簡(jiǎn)單的一種緩沖形式。當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一I/O請(qǐng)求請(qǐng)求時(shí)，時(shí)，OS為之分配一緩沖區(qū)。為之分配一緩沖區(qū)。對(duì)于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，對(duì)于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，OS再將再將數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。對(duì)于輸出：進(jìn)程先將數(shù)據(jù)傳入緩沖區(qū)，對(duì)于輸出：進(jìn)程先將數(shù)據(jù)傳入緩沖區(qū)，OS再將再將數(shù)據(jù)送出到設(shè)備。數(shù)據(jù)送出到設(shè)備。72022-3-7n單緩沖：只為設(shè)備設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)的情形稱為單緩沖：只為設(shè)備設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)的情形稱為“

4、單緩沖單緩沖”。圖是單緩沖的工作示意，它表示產(chǎn)。圖是單緩沖的工作示意，它表示產(chǎn)生數(shù)據(jù)者（即生產(chǎn)者）不是把數(shù)據(jù)直接送給接收生數(shù)據(jù)者（即生產(chǎn)者）不是把數(shù)據(jù)直接送給接收數(shù)據(jù)者（即接收者），而是把數(shù)據(jù)送入到所設(shè)置數(shù)據(jù)者（即接收者），而是把數(shù)據(jù)送入到所設(shè)置的緩沖區(qū)中。接收數(shù)據(jù)者總是從緩沖區(qū)中去取所的緩沖區(qū)中。接收數(shù)據(jù)者總是從緩沖區(qū)中去取所需要的數(shù)據(jù)。需要的數(shù)據(jù)。n對(duì)于塊設(shè)備：系統(tǒng)處理時(shí)間為對(duì)于塊設(shè)備：系統(tǒng)處理時(shí)間為MAX(C,T)+M工作區(qū)處理(C )緩沖區(qū)傳送(M )輸入(T )I/O 設(shè)備(a )T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b )用戶進(jìn)程82022-3-7雙緩沖技術(shù)雙緩沖技術(shù)為了加快

5、輸入輸出速度，引入雙緩沖技術(shù)。為了加快輸入輸出速度，引入雙緩沖技術(shù)。原理：原理：設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)buf1和buf2。讀入數(shù)據(jù)時(shí)，首先輸入設(shè)備向buf1填入數(shù)據(jù)，然后進(jìn)程從buf1提取數(shù)據(jù)，在進(jìn)程從buf1提取數(shù)據(jù)的同時(shí)。輸入設(shè)備向buf2中填數(shù)據(jù)。當(dāng)buf1取空時(shí)，進(jìn)程又從buf2中提取數(shù)據(jù)，與此同時(shí)輸入設(shè)備向buf1填數(shù)。如此交替使用兩個(gè)緩沖區(qū)，使CPU和設(shè)備的并行操作的程度進(jìn)一步提高。 92022-3-7雙緩沖技術(shù)雙緩沖技術(shù)工作區(qū)用戶進(jìn)程緩沖區(qū)1緩沖區(qū)2I/O 設(shè)備T1(緩沖1)M1C1M2C2M3C3T2(緩沖2)T3(緩沖3)M4C4T4(緩沖4)(a)(b)對(duì)于一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間約為對(duì)

6、于一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間約為Max(C,T)102022-3-7雙緩沖技術(shù)雙緩沖技術(shù)#對(duì)于字符設(shè)備，若采用行輸入方式，則采用雙緩沖通常能消除用戶的等待時(shí)間，即用戶在輸入完第一行后，在CPU執(zhí)行第一行中的命令時(shí)，用戶可繼續(xù)向第二緩沖區(qū)輸入下一行數(shù)據(jù) #雙向通信（P211)緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(a) 單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(b) 雙緩沖112022-3-76.7.3 6.7.3 環(huán)形緩沖技術(shù)環(huán)形緩沖技術(shù) 當(dāng)生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度基本匹配時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度基本匹配時(shí)，雙緩沖能獲得較好效果。但若雙緩沖能獲得較好效果。但若兩者速度相差兩者速度相差甚遠(yuǎn)時(shí)，效果不太理想甚遠(yuǎn)

7、時(shí)，效果不太理想。但隨著緩沖區(qū)的數(shù)。但隨著緩沖區(qū)的數(shù)量增加，使情況有所改善。因此引入環(huán)形緩量增加，使情況有所改善。因此引入環(huán)形緩沖技術(shù)。沖技術(shù)。122022-3-7環(huán)形緩沖技術(shù)是在主存中分配一組大小相等的存儲(chǔ)區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來。系統(tǒng)中有個(gè)緩沖區(qū)鏈?zhǔn)字羔?，指向第一個(gè)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)中有一個(gè)指向下一個(gè)緩沖區(qū)的指針，最后一個(gè)緩沖區(qū)中的指針指向第一個(gè)緩沖區(qū)，從而形成循環(huán)緩沖區(qū)鏈。如圖所示。系統(tǒng)可循環(huán)使用這些緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)用于輸入(輸出)時(shí)，還要有兩個(gè)指針I(yè)N和OUT。132022-3-7圖圖142022-3-7 環(huán)形緩沖的組成環(huán)形緩沖的組成n 多個(gè)緩沖區(qū)（R，G，C）n 多個(gè)指

8、針 圖 5-14 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent152022-3-72. 環(huán)形緩沖的使用環(huán)形緩沖的使用n Getbuf過程n Releasebuf過程 圖 5-14 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent162022-3-73.進(jìn)程同步進(jìn)程同步 圖 5-14 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrentNexti指針追趕上Nextg指針。系統(tǒng)受計(jì)算限制(2) Nextg指針

9、追趕上Nexti指針。 系統(tǒng)受I/O限制172022-3-76.7.4 6.7.4 緩沖池緩沖池循環(huán)緩沖區(qū)一般用于特定的進(jìn)程，屬于專用緩沖區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，將會(huì)有許多這樣的環(huán)形緩沖區(qū)，這不僅要消耗大量的內(nèi)存空間，利用率也不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個(gè)進(jìn)程共享。 182022-3-76.7.4 6.7.4 緩沖池緩沖池 緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，池中各緩沖區(qū)的大小與用于I/O的設(shè)備的基本信息單位相似，緩沖池屬于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。緩沖池中各緩沖區(qū)可用于輸出信息，也可用于輸入信息，并可根據(jù)需要組成各種緩沖區(qū)隊(duì)列。 192022-3-7

10、n緩沖池：系統(tǒng)為同類型的緩沖池：系統(tǒng)為同類型的I/O設(shè)備設(shè)置一個(gè)公共緩沖設(shè)備設(shè)置一個(gè)公共緩沖隊(duì)列，既用于輸入，也用于輸出。它是多緩沖的一隊(duì)列，既用于輸入，也用于輸出。它是多緩沖的一種變異，以避免緩沖區(qū)使用上忙閑不均的現(xiàn)象。種變異，以避免緩沖區(qū)使用上忙閑不均的現(xiàn)象。n緩沖池組成：緩沖池組成： 3類緩沖區(qū)類緩沖區(qū),3個(gè)隊(duì)列和個(gè)隊(duì)列和4種工作緩沖區(qū)種工作緩沖區(qū)。n無論現(xiàn)在用于輸入的還是用于輸出的，它們?cè)谟猛隉o論現(xiàn)在用于輸入的還是用于輸出的，它們?cè)谟猛旰?，都?xì)w還到空閑的緩沖區(qū)隊(duì)列中，受系統(tǒng)的統(tǒng)一后，都?xì)w還到空閑的緩沖區(qū)隊(duì)列中，受系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和調(diào)配。管理和調(diào)配。202022-3-72. Getbuf過

11、程和過程和Putbuf過程過程 （互斥與同步）（互斥與同步） Procedure Getbuf(type) begin Wait(RS(type); Wait(MS(type); B(number) =Takebuf(type); Signal(MS(type); end Procedure Putbuf(type, number) begin Wait(MS(type); Addbuf(type, number); Signal(MS(type); Signal(RS(type); end 212022-3-73. 緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式收容輸入；提取輸入；收容輸出；提取輸出收容輸

12、入；提取輸入；收容輸出；提取輸出 圖 5-15 緩沖區(qū)的工作方式 hinsoutsinhout收 容 輸 入提 取 輸 出用 戶程 序提 取 輸 入收 容 輸 出緩 沖 池222022-3-7n在利用在利用RS-232接口進(jìn)行通信時(shí)，其通信速率接口進(jìn)行通信時(shí)，其通信速率為為9.6kb/s(b為為bit)。如果在通信接口中僅設(shè)。如果在通信接口中僅設(shè)置了一個(gè)置了一個(gè)8位寄存器作為緩沖寄存器，這意味位寄存器作為緩沖寄存器，這意味著大約每隔（）的時(shí)間便要中斷一次著大約每隔（）的時(shí)間便要中斷一次CPU，且要求且要求CPU必須在（）時(shí)間內(nèi)予以響應(yīng)。必須在（）時(shí)間內(nèi)予以響應(yīng)。nA、80us B、0.1ms

13、C、0.8ms D、1msnE、8ms232022-3-7n假定把磁盤上一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的信息輸入到一單緩沖假定把磁盤上一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的信息輸入到一單緩沖區(qū)的時(shí)間區(qū)的時(shí)間T為為100us，將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶，將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)的時(shí)間為區(qū)的時(shí)間為50us，而，而CPU對(duì)這一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算對(duì)這一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)間為的時(shí)間為50us。這樣，系統(tǒng)對(duì)每一塊數(shù)據(jù)的處理。這樣，系統(tǒng)對(duì)每一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間為時(shí)間為()；如果將單緩沖改為雙緩沖，則系統(tǒng)對(duì)每；如果將單緩沖改為雙緩沖，則系統(tǒng)對(duì)每一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間為（）一塊數(shù)據(jù)的處理時(shí)間為（）nA、50us 、100us C、150us D、200usn

14、E、250us242022-3-7n緩沖技術(shù)中的緩沖池在緩沖技術(shù)中的緩沖池在_中中.A、內(nèi)存、內(nèi)存 、外存、外存 C、ROM D、寄存器、寄存器n如果如果I/O所花費(fèi)的時(shí)間比所花費(fèi)的時(shí)間比CPU處理時(shí)間短得多處理時(shí)間短得多的話的話,則緩沖區(qū)則緩沖區(qū)_.A、最有效、最有效 B、幾乎無效、幾乎無效C、均衡、均衡 D、以上都不是、以上都不是252022-3-7操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的目的是為了增強(qiáng)系操作系統(tǒng)中采用緩沖技術(shù)的目的是為了增強(qiáng)系統(tǒng)（）能力；為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)統(tǒng)（）能力；為了使多個(gè)進(jìn)程能有效地同時(shí)處理輸入和輸出，最好使用（）處理輸入和輸出，最好使用（）nA、串行操作、串行操作 、并行

15、操作、并行操作 C、控制操作、控制操作D、中斷操作中斷操作nA、緩沖池、緩沖池 、單緩沖、單緩沖 C、雙緩沖、雙緩沖 D、循環(huán)緩沖、循環(huán)緩沖n引入緩沖區(qū)能使引入緩沖區(qū)能使 CPU與與I/O設(shè)備之間速度不匹設(shè)備之間速度不匹配的情況得到改善，但并不能減少設(shè)備中斷配的情況得到改善，但并不能減少設(shè)備中斷CPU的次數(shù)。的次數(shù)。 （ ）262022-3-7n2011n2013272022-3-76.8 6.8 磁盤存儲(chǔ)器管理磁盤存儲(chǔ)器管理 目前，幾乎所有隨機(jī)存取的文件，都是目前，幾乎所有隨機(jī)存取的文件，都是存放在磁盤上，磁盤存放在磁盤上，磁盤I/O速度的高低將直接速度的高低將直接影響文件系統(tǒng)的性能。影響文

16、件系統(tǒng)的性能。282022-3-7n磁盤設(shè)備可包括一或多個(gè)盤片，每片分為兩磁盤設(shè)備可包括一或多個(gè)盤片，每片分為兩面，每面可分成若干條磁道，各磁道之間留面，每面可分成若干條磁道，各磁道之間留有必要的間隙，每條磁道上可存儲(chǔ)相同數(shù)目有必要的間隙，每條磁道上可存儲(chǔ)相同數(shù)目的二進(jìn)制位。的二進(jìn)制位。n磁盤密度：每英寸中所存儲(chǔ)的位數(shù)，顯然而磁盤密度：每英寸中所存儲(chǔ)的位數(shù)，顯然而內(nèi)層磁道的密度較外層磁道的密度高。內(nèi)層磁道的密度較外層磁道的密度高。n每條磁道又分成若干個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)的大每條磁道又分成若干個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)的大小相當(dāng)于一個(gè)盤塊，各扇區(qū)之間也保留一定小相當(dāng)于一個(gè)盤塊，各扇區(qū)之間也保留一定的間隙。的間

17、隙。6.8.1 磁盤性能簡(jiǎn)述磁盤性能簡(jiǎn)述292022-3-7柱面柱面扇區(qū)扇區(qū)磁臂磁臂磁頭磁頭側(cè)視圖側(cè)視圖302022-3-7磁道磁道扇區(qū)扇區(qū)俯視圖俯視圖312022-3-7n信息記錄在磁道上，多個(gè)盤片，正反兩面都信息記錄在磁道上，多個(gè)盤片，正反兩面都用來記錄信息，每面一個(gè)用來記錄信息，每面一個(gè)磁頭磁頭n所有盤面中處于同一磁道號(hào)上的所有磁道組所有盤面中處于同一磁道號(hào)上的所有磁道組成一個(gè)成一個(gè)柱面柱面n物理地址形式：物理地址形式：n 柱面號(hào)（磁道號(hào)）柱面號(hào)（磁道號(hào)）n 磁頭號(hào)磁頭號(hào)n 扇區(qū)號(hào)扇區(qū)號(hào)柱面、磁頭、扇區(qū)柱面、磁頭、扇區(qū)322022-3-7柱面、磁頭、扇區(qū)柱面、磁頭、扇區(qū)332022-3-

18、7柱面、磁頭、扇區(qū)柱面、磁頭、扇區(qū)342022-3-7典型參數(shù)典型參數(shù)n20G：n 39813 柱面柱面n 16 頭頭n 63 扇區(qū)扇區(qū)n60G：n 28733 柱面柱面n 16 頭頭n 255 扇區(qū)扇區(qū)352022-3-7n溫盤：溫盤：IBM公司推出的公司推出的Winchester(溫氏溫氏)硬硬盤，它的特點(diǎn)是：盤，它的特點(diǎn)是：“工作時(shí)，磁頭懸浮在高工作時(shí)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸。速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸。使用時(shí)，磁頭沿高速旋轉(zhuǎn)的盤片上做徑向移使用時(shí)，磁頭沿高速旋轉(zhuǎn)的盤片上做徑向移動(dòng)動(dòng)”，這便是現(xiàn)在所有硬盤的雛形。今天高，這便是現(xiàn)在所有硬盤的雛形。今天高

19、端硬盤容量雖然高達(dá)上百端硬盤容量雖然高達(dá)上百GB，但它卻仍然沒，但它卻仍然沒有脫離有脫離“溫徹斯特溫徹斯特”的動(dòng)作模式。的動(dòng)作模式。 磁盤的格式化磁盤的格式化362022-3-7n溫盤中一條磁道格式化的情況。每條磁道含溫盤中一條磁道格式化的情況。每條磁道含有有3030個(gè)固定大小的扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)容量為個(gè)固定大小的扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)容量為600600個(gè)字節(jié)，其中個(gè)字節(jié)，其中512512個(gè)字節(jié)存放數(shù)據(jù)，其余用作個(gè)字節(jié)存放數(shù)據(jù)，其余用作存放控制信息。每個(gè)扇區(qū)包括兩個(gè)字段：存放控制信息。每個(gè)扇區(qū)包括兩個(gè)字段：n標(biāo)識(shí)符字段標(biāo)識(shí)符字段n數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段 磁盤的格式化磁盤的格式化372022-3-7磁盤的格式化磁

20、盤的格式化Gap102031292293Field Gap Field GapGap Field Gap Field Gap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293Field Gap Field1774151520IDDataSectorPhysical Sector 0Physical Sector 1Physical Sector 29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes 1211CRC3SynchByteDataCRC15122600 Bytes/SectorGap圖 5-22 磁盤的格式化 382022-

21、3-7n常見的分類有常見的分類有: :n硬盤和軟盤硬盤和軟盤n單片盤和多片盤單片盤和多片盤n固定頭磁盤和活動(dòng)頭磁盤固定頭磁盤和活動(dòng)頭磁盤磁盤的類型磁盤的類型392022-3-7n固定頭磁盤：每個(gè)磁道設(shè)置一個(gè)磁頭，變換固定頭磁盤：每個(gè)磁道設(shè)置一個(gè)磁頭，變換磁道時(shí)不需要磁頭的機(jī)械移動(dòng)，速度快但成磁道時(shí)不需要磁頭的機(jī)械移動(dòng)，速度快但成本高本高n移動(dòng)頭磁盤：一個(gè)盤面只有一個(gè)磁頭，變換移動(dòng)頭磁盤：一個(gè)盤面只有一個(gè)磁頭，變換磁道時(shí)需要移動(dòng)磁頭，速度慢但成本低磁道時(shí)需要移動(dòng)磁頭，速度慢但成本低磁盤的類型磁盤的類型402022-3-7n磁盤啟動(dòng)時(shí)，磁頭首先處于磁盤啟動(dòng)時(shí)，磁頭首先處于0磁道，磁盤磁道，磁盤從接

22、到命令到向目標(biāo)扇區(qū)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)從接到命令到向目標(biāo)扇區(qū)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)完畢共經(jīng)歷三個(gè)階段：完畢共經(jīng)歷三個(gè)階段： u尋道尋道 ：磁頭沿徑向移動(dòng)，移到目標(biāo)扇區(qū)所在磁頭沿徑向移動(dòng)，移到目標(biāo)扇區(qū)所在磁道的上方（注意，不是目標(biāo)扇區(qū)，而是目磁道的上方（注意，不是目標(biāo)扇區(qū)，而是目標(biāo)扇區(qū)所在的磁道）標(biāo)扇區(qū)所在的磁道）u旋轉(zhuǎn)延遲：旋轉(zhuǎn)延遲：找到目標(biāo)磁道后通過盤片的旋轉(zhuǎn)，找到目標(biāo)磁道后通過盤片的旋轉(zhuǎn)，使得要目標(biāo)扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭的下方使得要目標(biāo)扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭的下方 u數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)在磁盤與內(nèi)存之間的實(shí)際傳數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)在磁盤與內(nèi)存之間的實(shí)際傳輸輸磁盤的訪問過程磁盤的訪問過程412022-3-7n尋道時(shí)間尋道時(shí)間Ts：這是指

23、把磁臂(磁頭)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nTs=mn+sn其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)，對(duì)一般磁盤， m=0.2；對(duì)高速磁盤，m0.1, 磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為2 ms。 這樣，對(duì)一般的溫盤， 其尋道時(shí)間將隨尋道距離的增加而增大， 大體上是530 ms。 磁盤的訪問時(shí)間磁盤的訪問時(shí)間422022-3-7n旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tr：這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)于硬盤，典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為5400 r/min，每轉(zhuǎn)需時(shí)11.1 ms。n最大最小的平均值即旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間作為平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間，有的書上稱為平均

24、等待時(shí)間。平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間T為5.55 msn對(duì)于軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300 r/min或600 r/min，這樣，平均T為50100 ms。磁盤的訪問時(shí)間磁盤的訪問時(shí)間432022-3-7磁盤的訪問時(shí)間磁盤的訪問時(shí)間n數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間Tt：這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。 Tt的大小與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)： rNbTtrNbrTTsa21其中，r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)， 當(dāng)一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時(shí)，Tt與T相同， 因此， 可將訪問時(shí)間Ta表示為： 442022-3-7練習(xí)練習(xí)n若磁盤的轉(zhuǎn)速提高一倍，則_。n供選

25、擇的答案：供選擇的答案：nA. 平均存取時(shí)間減半 B. 平均尋道時(shí)間減半nC. 存儲(chǔ)道密度提高一倍 D. 平均尋道時(shí)間不變 452022-3-7磁盤的訪問時(shí)間磁盤的訪問時(shí)間n由此看出在訪問時(shí)間中，尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)由此看出在訪問時(shí)間中，尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間基本上都與所讀寫數(shù)據(jù)的多少無關(guān)，而且它通間基本上都與所讀寫數(shù)據(jù)的多少無關(guān)，而且它通常占據(jù)了訪問時(shí)間的大頭。常占據(jù)了訪問時(shí)間的大頭。n適當(dāng)?shù)募袛?shù)據(jù)傳輸將有利于提高傳輸效率適當(dāng)?shù)募袛?shù)據(jù)傳輸將有利于提高傳輸效率462022-3-7練習(xí)練習(xí)n磁盤上的每一個(gè)物理塊要用三個(gè)參數(shù)來定位，首先磁盤上的每一個(gè)物理塊要用三個(gè)參數(shù)來定位，首先要把移動(dòng)臂移動(dòng)

26、并定位到不同盤面上具有相同編號(hào)要把移動(dòng)臂移動(dòng)并定位到不同盤面上具有相同編號(hào)的磁道位置，表示該位置的參數(shù)稱（）號(hào)。的磁道位置，表示該位置的參數(shù)稱（）號(hào)。A柱面柱面 B盤面盤面 C扇區(qū)扇區(qū) D磁頭磁頭n設(shè)磁盤的轉(zhuǎn)速為設(shè)磁盤的轉(zhuǎn)速為10ms/轉(zhuǎn)，盤面劃分轉(zhuǎn)，盤面劃分10個(gè)扇區(qū)，當(dāng)個(gè)扇區(qū)，當(dāng)前磁頭在第三塊的開始位置，則花費(fèi)（）毫前磁頭在第三塊的開始位置，則花費(fèi)（）毫秒的時(shí)間可以把第二塊的信息讀到主存（假設(shè)，旋秒的時(shí)間可以把第二塊的信息讀到主存（假設(shè)，旋轉(zhuǎn)是按由塊號(hào)從小到大方向的）轉(zhuǎn)是按由塊號(hào)從小到大方向的）nA、1B、2 C、9 D、10123472022-3-7分析分析n要提高磁盤的訪問速度主要應(yīng)從

27、以下兩方面要提高磁盤的訪問速度主要應(yīng)從以下兩方面入手：入手：n數(shù)據(jù)的合理組織數(shù)據(jù)的合理組織n磁盤的調(diào)度算法磁盤的調(diào)度算法482022-3-76.8.2 磁盤調(diào)度算法磁盤調(diào)度算法n當(dāng)多個(gè)訪盤請(qǐng)求在等待時(shí)，采用一定的策略，對(duì)這當(dāng)多個(gè)訪盤請(qǐng)求在等待時(shí)，采用一定的策略，對(duì)這些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，旨在降低平均磁盤服些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排，旨在降低平均磁盤服務(wù)時(shí)間，達(dá)到公平、高效務(wù)時(shí)間，達(dá)到公平、高效n公平：一個(gè)公平：一個(gè)I/O請(qǐng)求在有限時(shí)間內(nèi)滿足請(qǐng)求在有限時(shí)間內(nèi)滿足n高效：減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間浪費(fèi)高效：減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間浪費(fèi)n1 先來先服務(wù)先來先服務(wù)FCFSn2 最短尋道時(shí)間優(yōu)先

28、最短尋道時(shí)間優(yōu)先SSTFn3 SCAN算法算法n4 循環(huán)掃描算法循環(huán)掃描算法CSCAN492022-3-7n根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度n優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，公平，每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，公平，每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依次得到處理；次得到處理；n缺點(diǎn)：效率不高，相鄰兩次請(qǐng)求可能會(huì)造成缺點(diǎn)：效率不高，相鄰兩次請(qǐng)求可能會(huì)造成最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁頭反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)械也不利增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)械也不利n僅適應(yīng)于請(qǐng)求磁盤僅適應(yīng)于請(qǐng)求磁盤I/O的進(jìn)程數(shù)目較少的場(chǎng)合的進(jìn)程數(shù)目較少的場(chǎng)合1 先來先服務(wù)先來先服務(wù)

29、502022-3-7n假設(shè)磁盤訪問序列：假設(shè)磁盤訪問序列：98，183，37，122，14，124，65，67n讀寫頭起始位置：讀寫頭起始位置：53n安排磁頭服務(wù)序列安排磁頭服務(wù)序列n計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）例例512022-3-7圖解圖解98，183，37，122，14，124，65，67磁頭走過的總道數(shù)：磁頭走過的總道數(shù)：640522022-3-7例例圖 5-23 FCFS調(diào)度算法532022-3-7n優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁頭最近的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先服務(wù)，主要考慮尋道優(yōu)先n 優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間；優(yōu)點(diǎn)：改善了

30、磁盤平均服務(wù)時(shí)間；n 缺點(diǎn)：造成某些訪問請(qǐng)求長期等待得不到缺點(diǎn)：造成某些訪問請(qǐng)求長期等待得不到服務(wù)，服務(wù)，“饑餓現(xiàn)象饑餓現(xiàn)象”2 最短尋道時(shí)間優(yōu)先最短尋道時(shí)間優(yōu)先542022-3-7圖解圖解65，67 ， 37， 14 ，98，122，124， 183 磁頭走過的總道數(shù)：磁頭走過的總道數(shù)：22498，183，37，122，14，124，65，67552022-3-7例例圖 5-24 SSTF調(diào)度算法 562022-3-7n克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既考慮了距離考慮了距離，同時(shí)又同時(shí)又考慮了方向考慮了方向n具體做法：當(dāng)設(shè)備無訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；具體做法：當(dāng)設(shè)備無訪問

31、請(qǐng)求時(shí)，磁頭不動(dòng)；當(dāng)有訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向移動(dòng)，在當(dāng)有訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向移動(dòng)，在移動(dòng)過程中對(duì)遇到的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，然移動(dòng)過程中對(duì)遇到的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問請(qǐng)求，如果有后判斷該方向上是否還有訪問請(qǐng)求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動(dòng)方向，并為經(jīng)過則繼續(xù)掃描；否則改變移動(dòng)方向，并為經(jīng)過的訪問請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)的訪問請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)3 SCAN算法（電梯算法）算法（電梯算法）572022-3-7圖圖582022-3-7圖解圖解37，14， 65，67 ， 98， 122， 124， 183磁頭走過的總道數(shù)：磁頭走過的總道數(shù)：20898，183，37，122，

32、14，124，65，67592022-3-7例例圖 5-24 SCAN調(diào)度算法 602022-3-7n（磁頭單向移動(dòng)）（磁頭單向移動(dòng)）n電梯算法杜絕了饑餓，但當(dāng)請(qǐng)求對(duì)磁道的電梯算法杜絕了饑餓，但當(dāng)請(qǐng)求對(duì)磁道的分布是均勻時(shí)，磁頭回頭，近磁頭端的請(qǐng)分布是均勻時(shí)，磁頭回頭，近磁頭端的請(qǐng)求很少（因?yàn)榇蓬^剛經(jīng)過），而遠(yuǎn)端請(qǐng)求求很少（因?yàn)榇蓬^剛經(jīng)過），而遠(yuǎn)端請(qǐng)求較多，這些請(qǐng)求等待時(shí)間要長一些。較多，這些請(qǐng)求等待時(shí)間要長一些。例如：總是自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移動(dòng)到最例如：總是自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移動(dòng)到最外的磁道并訪問后，立即返回到最里的欲外的磁道并訪問后，立即返回到最里的欲訪問的磁道，返回時(shí)不為任何的等待訪問

33、訪問的磁道，返回時(shí)不為任何的等待訪問者服務(wù)。返回后可再次從里向外進(jìn)行掃描者服務(wù)。返回后可再次從里向外進(jìn)行掃描 。稱為循環(huán)掃描算法稱為循環(huán)掃描算法4 循環(huán)掃描調(diào)度算法循環(huán)掃描調(diào)度算法612022-3-7圖解圖解622022-3-7例例圖 5-24 CSCAN調(diào)度算法 632022-3-7n1) N-Step-SCAN算法n 在SSTF、 SCAN及CSCAN幾種調(diào)度算法中， 都可能出現(xiàn)磁臂停留在某處不動(dòng)的情況， 例如，有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程對(duì)某一磁道有較高的訪問頻率， 即這個(gè)(些)進(jìn)程反復(fù)請(qǐng)求對(duì)某一磁道的I/O操作，從而壟斷了整個(gè)磁盤設(shè)備。 我們把這一現(xiàn)象稱為“磁臂粘著”(Armstickiness)

34、。在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況。 nN步SCAN算法是將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成若干個(gè)長度為N的子隊(duì)列，磁盤調(diào)度將按FCFS算法依次處理這些子隊(duì)列。 而每處理一個(gè)隊(duì)列時(shí)又是按SCAN算法，對(duì)一個(gè)隊(duì)列處理完后，再處理其他隊(duì)列。 當(dāng)正在處理某子隊(duì)列時(shí)，如果又出現(xiàn)新的磁盤I/O請(qǐng)求，便將新請(qǐng)求進(jìn)程放入其他隊(duì)列，這樣就可避免出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。 當(dāng)N值取得很大時(shí)，會(huì)使N步掃描法的性能接近于SCAN算法的性能； 當(dāng)N=1時(shí)， N步SCAN算法便蛻化為FCFS算法。 5 N-Step-SCAN和和FSCAN調(diào)度算法調(diào)度算法 642022-3-7n2) FSCAN算法n FSCAN算法實(shí)質(zhì)上是N步SCAN算法的簡(jiǎn)化， 即

35、FSCAN只將磁盤請(qǐng)求隊(duì)列分成兩個(gè)子隊(duì)列。一個(gè)是由當(dāng)前所有請(qǐng)求磁盤I/O的進(jìn)程形成的隊(duì)列，由磁盤調(diào)度按SCAN算法進(jìn)行處理。在掃描期間，將新出現(xiàn)的所有請(qǐng)求磁盤I/O的進(jìn)程， 放入另一個(gè)等待處理的請(qǐng)求隊(duì)列。這樣，所有的新請(qǐng)求都將被推遲到下一次掃描時(shí)處理。 5 N-Step-SCAN和和FSCAN調(diào)度算法調(diào)度算法 652022-3-7調(diào)度算法的選擇調(diào)度算法的選擇n實(shí)際系統(tǒng)相當(dāng)普遍采用實(shí)際系統(tǒng)相當(dāng)普遍采用最短尋道時(shí)間優(yōu)先算最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法，因?yàn)樗?jiǎn)單有效，性價(jià)比好。法，因?yàn)樗?jiǎn)單有效，性價(jià)比好。n掃描算法更適于磁盤負(fù)擔(dān)重的系統(tǒng)。掃描算法更適于磁盤負(fù)擔(dān)重的系統(tǒng)。n磁盤負(fù)擔(dān)很輕的系統(tǒng)也可以采用先來先

36、服務(wù)磁盤負(fù)擔(dān)很輕的系統(tǒng)也可以采用先來先服務(wù)算法算法n一般要將磁盤調(diào)度算法作為操作系統(tǒng)的單獨(dú)一般要將磁盤調(diào)度算法作為操作系統(tǒng)的單獨(dú)模塊編寫，利于修改和更換。模塊編寫，利于修改和更換。662022-3-7練習(xí)練習(xí)活動(dòng)頭磁盤的訪問時(shí)間包括活動(dòng)頭磁盤的訪問時(shí)間包括_、_和和_。(1)什么是先來先服務(wù)磁盤調(diào)度調(diào)度算法什么是先來先服務(wù)磁盤調(diào)度調(diào)度算法?(2) 什么是最短尋道時(shí)間優(yōu)先磁盤調(diào)度算法什么是最短尋道時(shí)間優(yōu)先磁盤調(diào)度算法?(3) 什么是掃描磁盤調(diào)度算法什么是掃描磁盤調(diào)度算法? 磁盤調(diào)度主要是為了優(yōu)化磁盤調(diào)度主要是為了優(yōu)化_（1）尋道時(shí)間）尋道時(shí)間 （2）旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間）旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 （3） 傳輸傳輸時(shí)

37、間時(shí)間672022-3-7練習(xí)練習(xí)n下列磁盤調(diào)度算法中，平均尋道時(shí)間較短，下列磁盤調(diào)度算法中，平均尋道時(shí)間較短，但容易產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象的是（），電梯調(diào)度算但容易產(chǎn)生饑餓現(xiàn)象的是（），電梯調(diào)度算法是（），能避免磁臂粘著現(xiàn)象的算法是法是（），能避免磁臂粘著現(xiàn)象的算法是（）。（）。n（1）SSTF （2）FCFSn（3）SCAN （4）CSCANn（5）FSCANn在磁盤調(diào)度策略中有可能使在磁盤調(diào)度策略中有可能使I/O請(qǐng)求無限期等請(qǐng)求無限期等待的調(diào)度算法是待的調(diào)度算法是_. 682022-3-7練習(xí)練習(xí)n假定有一個(gè)具有假定有一個(gè)具有200個(gè)磁道（編號(hào)為個(gè)磁道（編號(hào)為0-199）的移動(dòng)頭磁盤，在完成了磁道的移動(dòng)頭磁盤，在完成了磁道125處的請(qǐng)求后，處的請(qǐng)求后，當(dāng)前正在磁道當(dāng)前正在磁道143處為一個(gè)請(qǐng)求服務(wù)。若請(qǐng)求處為一個(gè)請(qǐng)求服務(wù)。若請(qǐng)求隊(duì)列以隊(duì)列以FIFO次序存放，即次序存放，即86，147，91，177，94，150，102，175，130，計(jì)算下列，計(jì)算下列各算法中磁頭移動(dòng)次數(shù)各算法中磁頭移動(dòng)次數(shù)nFCFS SSTF SCAN CSCAN692022