第5节 磁盘 磁盘的结构 磁盘的地址 磁盘访问的优化 磁盘使用过程 举例.

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1 第5节 磁盘 磁盘的结构 磁盘的地址 磁盘访问的优化 磁盘使用过程 举例

2 对我们来说，磁盘无疑是最重要的设备，我们下载的电影放在这里，我们写的论文也放在这里…
磁盘与主机之间的连结 总线控制器 CPU-内存总线 图形控制器 PCI总线 IDE控制器 对我们来说，磁盘无疑是最重要的设备，我们下载的电影放在这里，我们写的论文也放在这里…

3 认识一下磁盘 画一个示意图: 盘面 看看俯视图: 扇区是磁盘的寻址单位、访问单位 磁道 扇区 磁盘的数据单位是扇区 扇区大小：512字节

4 磁盘的地址 磁盘访问时间 = 写入控制器时间 + 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间
柱面C ylinder 磁头Head（磁头号、盘面号） 扇区Sector 磁盘访问时间 = 写入控制器时间 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间

5 最直接的使用磁盘地址 磁盘控制器 程序 只要往控制器中写柱面、磁头、扇区、缓存位置 IDE控制器 这个程序就是驱动程序
sec cyl head 程序 sec,head,cyl 只要往控制器中写柱面、磁头、扇区、缓存位置 IDE控制器 这个程序就是驱动程序 三维地址（CHS）可以变为一维地址

6 从CHS到扇区号 扇区编号，按照(C,H,S)将扇区形成一维扇区数组，数组索引就是扇区编号 磁臂 柱面1 柱面2 柱面n … 整个磁盘
磁道1 磁道2 磁道k … 一个柱面 扇区1 扇区2 扇区p … 一个磁道 kp 扇区编号，按照(C,H,S)将扇区形成一维扇区数组，数组索引就是扇区编号 (k+1)p (k+2)p …

7 一个柱面上的编号 0号扇区 0号扇区 1号扇区 问题：1号扇区在哪里?

8 从CHS到扇区号 问题：C、H、S得到的扇区号是? C(HeadsSectors) + HSectors + S 问题：接下来呢? 1
1 6 问题：接下来呢? 6 7号扇区 问题：C、H、S得到的扇区号是? C(HeadsSectors) + HSectors + S

9 从扇区到盘块 为什么要组块？ I/O系统用盘块访问磁盘
每次读写1 K：碎片0.5K；读写速度100K/秒；每次读写1 M：碎片0.5M；读写速度约40M/秒 扇区大小 空间利用率 读写速度 为什么要组块？ I/O系统用盘块访问磁盘 扇区大小固定，但是太小了，一次读写一个扇区太费时了，所以操作系统可以每次读/写连续的几个扇区(盘块)

10 文件的引入 第3层抽象 第2层抽象 第1层抽象 sec cyl head 磁盘 驱动 文件 I/O系统 文件名+偏移 BLOCK CHS

11 磁盘访问优化 减少访问磁盘的总时间 减少访问磁盘的次数 磁盘调度：移臂调度、旋转调度 缓冲：延迟写、提前读
读写单位：CHS-扇区--磁盘块 虚拟盘：用内存当磁盘用

12 磁盘访问优化 磁盘访问时间 = 写入控制器时间 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间 IDE控制器 旋转时间最短 寻道时间最短

13 FCFS SSTF SCAN C-SCAN 多个进程通过队列使用磁盘(第二层抽象) 磁盘控制器 进程1 磁盘 驱动 进程2 请求队列
I/O子系统 多个进程通过队列使用磁盘(第二层抽象) 进程1 磁盘控制器 sec cyl head block sec,head,cyl 磁盘 驱动 请求队列 进程2 block 多个磁盘访问请求出现在请求队列怎么办? 磁盘调度 寻道的时间最短 FCFS SSTF SCAN C-SCAN

14 FCFS磁盘调度 先到达的先访问 FCFS: 磁头共移动640磁道! 一个实例: 磁头开始位置=53；
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199 磁头在长途奔袭!

15 SSTF磁盘调度（Shortest-seek-time First）
离当前磁头最近的优先访问 SSTF存在饥饿问题 继续该实例: 磁头开始位置=53； 请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199 SSTF: 磁头共移动236磁道，要少很多! 如果在处理183之前又来一些中间磁道的请求，则…

16 这些请求的等待时间较长，只因所在方向不够幸运!
SCAN磁盘调度 沿着一个方向移动，遇到请求就处理 继续该实例: 磁头开始位置=53； 请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199 SCAN: 磁头共移动236磁道，和SSTF一样! 这些请求的等待时间较长，只因所在方向不够幸运! 根据其特征，SCAN也被称为电梯算法! SCAN导致延迟不均

17 C-SCAN磁盘调度 SCAN+直接移到另一端：两端请求都能很快处理 继续该实例: 磁头开始位置=53；
请求队列=98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 14 37 53 65 67 98 122 124 183 199 CSCAN中的C是环的意思! CSCAN: 磁头共移动 磁道! 其中200会较快! 140(183199) 没有必要

18 还可以考虑： 旋转调度：调度扇区访问的顺序 柱面号 盘面号 扇区号 2 7 7 5 2 1 5 3 8 5 3 5 40 6 3
柱面号 盘面号 扇区号 柱面号 盘面号 扇区号

19 磁盘的使用整理 磁盘控制器 进程1 磁盘 驱动 进程2 请求队列 (1) 进程“得到盘块号”，算出扇区号(sector)
cyl head block sec,head,cyl 磁盘 驱动 进程2 请求队列 block (1) 进程“得到盘块号”，算出扇区号(sector) (2) 用扇区号make req，用电梯算法add_request (3) 进程sleep_on (4) 驱动程序算出cyl,head,sector (5)完成端口写，驱动设备工作 (6)磁盘工作完成，发中断信号，中断处理 唤醒进程!

20 读磁盘 用户 读test.c 202-212个字节 目录解析找到/，读入/内容找到xx，再找到test.c的inode 数据盘块
open(/xx/test.c) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 read(fd,202,10,a) 根据test.c的inode和偏移 得到盘块789 写入电梯队列 add_request(789) 磁盘驱动 从队列中取出789，算出cyl,head,sector sec cyl head 写磁盘控制器 outp(cyl,head,sector)

21 举例：磁盘块VS（柱面、磁道、扇区） 假设一个磁盘由128个柱面组成，每个柱面上有 16个磁道，每个磁道上有8个扇区，一个扇区大小 为512个字节，8个连续扇区组成一块，问这个磁 盘空间有多少个磁盘块？每块大小是多少？

22 谢谢！ 操作系统自己用磁盘可以用磁盘块寻址，操作系 统之上的应用程序用文件名+字节流访问文件。