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5.8.1 磁盘性能简述
1、磁盘的结构和布局
2、磁盘的类型
3、磁盘数据的组织和格式
4、磁盘的访问过程
5、磁盘访问时间
5.8.2 磁盘调度算法
1、先来先服务 FCFS
2、最短寻道时间优先 SSTF
3、扫描算法#xff08;电梯算法#xff09;SCAN
4、循环扫描算法 …目录
5.8.1 磁盘性能简述
1、磁盘的结构和布局
2、磁盘的类型
3、磁盘数据的组织和格式
4、磁盘的访问过程
5、磁盘访问时间
5.8.2 磁盘调度算法
1、先来先服务 FCFS
2、最短寻道时间优先 SSTF
3、扫描算法电梯算法SCAN
4、循环扫描算法 CSCAN
5、磁臂粘着
6、调度算法的选择 5.8.1 磁盘性能简述
1、磁盘的结构和布局 图中水墨色空心圆柱就是所有盘面上的 0 号磁道对应的柱面。 磁盘片每个磁盘片都有两个盘面一个磁盘可以有一个或多个磁盘片。盘面上有磁道 -- 扇区磁道间隔 -- 扇区间隔。磁道用于记录信息每个磁道又被分为了多个扇区。扇区又被称为盘块或数据块大小为 600B存储数据 512B 。柱面所有盘面上位于同一磁道号上的所有磁道组成一个柱面。磁头每一个盘面都有一个磁头。 扇区除了存储数据的字节其它的字节用于校验数据和记录状态。 物理地址形式柱面号 -- 磁头号 -- 扇区号 柱面号用于指示是哪个磁道磁头号用于指示是哪个盘面。 2、磁盘的类型
固定头磁盘每个磁道都有一个磁头I/O 速度快。移动头磁盘每个盘面仅有一个磁头I/O 速度慢。 3、磁盘数据的组织和格式 典型的参数20GB60GB39813 柱面28733 柱面16 头16 头63 扇区255 扇区 柱面 -- 磁道数头 -- 盘面数 4、磁盘的访问过程
由三个动作组成
寻道磁头移动定位到指定的磁道。旋转延迟等待指定的扇区从磁头下旋转经过。数据传输数据在磁盘与内存之间的实际传输。 5、磁盘访问时间 旋转延迟时间取的是一个均值极端情况分别为扇区刚好在磁头下和扇区刚好错过磁头。 5.8.2 磁盘调度算法
当有多个进程都请求访问磁盘时由于它们访问的磁道各不相同因此磁头需要频繁地来回移动以进行寻道操作。
磁头的寻道操作属于机械运动花费的时间较长而且过度的寻道操作会大大缩短磁盘的寿命。因此必须采用适当的磁盘调度算法使得在尽可能公平的情况下缩短平均寻道时间并使磁头移动距离最小。 1、先来先服务 FCFS
按访问请求到达的先后次序服务。
优点简单公平。缺点效率不高。 相邻两次请求可能会造成最内到最外的柱面寻道使磁头反复移动增加了服务时间对机械也不利。 例、假设磁盘访问序列9818337122141246567磁头起始位置53问
安排磁头的服务序列计算磁头移动总道数 磁头移动总道数640 平均寻道长度80 2、最短寻道时间优先 SSTF
优先选择距当前磁头最近的访问请求进行服务主要考虑寻道优先。
优点改善了磁盘平均服务时间。缺点造成某些访问请求长期等待得不到服务。 注意计算时一定要仔细不要选错了下一磁道 磁头移动总道数236平均寻道长度29.5 SSTF 算法虽然能获得较好的寻道性能 但却可能导致某个进程发生饥饿现象。因为只要不断有新进程的请求到达且其所要访问的磁道与磁头当前所在磁道的距离较近这种新进程的 I/O 请求将会被优先满足。而距离较远的老进程将会一直得不到满足。 3、扫描算法电梯算法SCAN 对 SSTF 算法略加修改后所形成的 SCAN 算法 即可防止进程出现饥饿现象。SCAN 算法克服了 SSTF 算法的缺点既考虑了距离又考虑了方向。 SCAN 具体做法
① 当设备无访问请求时磁头不动
② 当设备有访问请求时磁头按一个方向移动。在移动的过程中对遇到的访问请求进行服务然后判断该方向上是否还有访问请求如果有则继续扫描
③ 否则改变移动方向并为经过的访问请求服务如此反复。 SCAN 算法举例
例、假设磁盘访问序列9818337122141246567磁头起始位置53并且此时磁头是在向内移动。 磁头移动总道数208平均寻道长度26 SCAN 算法的优缺点
① 优点SCAN 算法既能获得较好的寻道性能又能防止饥饿现象故被广泛用于大、中、小型机器和网络中的磁盘调度。
② 缺点当磁头刚从里向外移动而越过了某一磁道时恰好又有一进程请求访问此磁道这时该进程必须等待待磁头继续从里向外然后再从外向里扫描完所有要访问的磁道后才处理该进程的请求致使该进程的请求被大大地推迟。 为了减少这种延迟推出 CSCAN 算法规定磁头单向移动。 4、循环扫描算法 CSCAN SCAN 算法杜绝了饥饿但假如对磁道的请求是均匀分布的那么在磁头改变方向时便会发现靠近磁头的请求很少因为改变方向前刚刚服务过而远离磁头的请求较多从而导致这些请求的等待时间较长。 CSCAN 具体做法
总是按照一个方向进行移动假设是从里向外移动。移动臂到达最后一个柱面后立即带动磁头快速返回到最里的欲访问磁道。返回时磁头不为任何访问请求服务直到返回后才开始对访问请求进行扫描。 CSCAN 算法举例 虽然返回的过程中没有为任何访问请求进行服务但是在计算总磁道时还是要计算返回时移动经过的磁道数。 例、假设磁盘访问序列9818337122141246567磁头起始位置53并且此时磁头是在向外移动。 磁头移动总道数352平均寻道长度44 5、磁臂粘着
在 SSTF、SCAN 及 CSCAN 这几种调度算法中 都可能出现磁臂停留在某处不动的情况。
例如有一个或几个进程对某一磁道有较高的访问频率 即这个/这些进程反复请求对某一磁道的 I/O 操作从而垄断了整个磁盘设备。
我们把这一现象称为磁臂粘着Armstickiness。 在高密度磁盘上容易出现此情况因为与低密度磁盘相比它在一个扇区/一条磁道中容纳的数据更多所以可能导致进程需要多次访问才能读取完其中的数据。 6、调度算法的选择
实际系统相当普遍地采用 SSTF 算法因为它简单有效且性价比好。SCAN 算法更适用于磁盘负担重的系统。磁盘负担很轻的系统也可以采用 FCFS 算法。 一般要将磁盘调度算法作为操作系统的单独模块编写利于修改和更换。
