第12章大容量存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)12.1大容量存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介12.2磁盤結(jié)構(gòu)（自學(xué)）12.3磁盤附屬（自學(xué)）12.4磁盤調(diào)度11.5磁盤管理12.6交換空間12.7RAID12.8穩(wěn)定存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)12.9三級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)12.1大容量存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介地址映射邏輯塊變換為（磁道，柱面，扇區(qū)）扇區(qū)0：最外面柱面的第一個(gè)磁道第一個(gè)扇區(qū)磁盤類型固定頭磁盤（同盤面的每磁道一個(gè)讀寫(xiě)磁頭）移動(dòng)頭磁盤（一個(gè)盤面才一個(gè)讀寫(xiě)磁頭）P387圖12.1移動(dòng)磁頭的磁盤裝置磁盤訪問(wèn)時(shí)間磁盤訪問(wèn)時(shí)間＝尋道時(shí)間＋旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間＋傳輸時(shí)間尋道時(shí)間＝移動(dòng)一道的時(shí)間m×道數(shù)n＋啟動(dòng)時(shí)間s最小化尋道時(shí)間要最短的尋道距離n旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間＝磁盤每秒的轉(zhuǎn)速×旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)度傳輸時(shí)間＝(傳輸字節(jié)數(shù)/一個(gè)磁道字節(jié)數(shù))×轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間目的：盡可能減少尋道距離12.4磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度算法：①先來(lái)先服務(wù)(FCFS)②最短尋道時(shí)間優(yōu)先(SSTF)③SCAN調(diào)度算法(電梯調(diào)度)④C-SCAN調(diào)度算法(單向電梯調(diào)度)⑤LOOK調(diào)度算法假定有以下磁盤請(qǐng)求（磁道編號(hào)從0－199）98,183,37,122,14,124,65,67當(dāng)前磁頭位置為5312.4.1FCFS先來(lái)先服務(wù)■根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度總移動(dòng)磁道數(shù)：64012.4.2SSTF最短尋道時(shí)間優(yōu)先■

要求訪問(wèn)的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近，則先被訪問(wèn)總移動(dòng)磁道數(shù)：236考慮1：SSTF是否具有最小的移動(dòng)距離？考慮2：若不斷有近距離的新請(qǐng)求到達(dá)，則對(duì)遠(yuǎn)距離請(qǐng)求會(huì)有何影響1.SSTF非最佳。若移動(dòng)次序?yàn)椋?3,37,14,65,67,98,122,124,183則移動(dòng)距離為2082.遠(yuǎn)距離請(qǐng)求“餓死”12.4.3SCAN調(diào)度(電梯調(diào)度)下一個(gè)要訪問(wèn)的磁道是和當(dāng)前磁頭移動(dòng)方向相同且距離最近的，到達(dá)另一端則磁頭反方向移動(dòng)改進(jìn)：可以不移動(dòng)到頂端就回頭(LOOK算法)考慮：當(dāng)磁頭越過(guò)某一磁道繼續(xù)向前時(shí)，此時(shí)又有一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)該磁道，則最大需要移動(dòng)2圈改進(jìn)：?jiǎn)蜗蛞苿?dòng)(C-SCAN算法)12.4.4C-SCAN單向電梯調(diào)度磁頭只能單方向移動(dòng)，直到末端改進(jìn)：可以不移動(dòng)到頂端就回頭(C-LOOK算法)考慮：當(dāng)磁頭越過(guò)某一磁道繼續(xù)向前時(shí)，此時(shí)又有一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)該磁道，則最大需要移動(dòng)1圈＋返回時(shí)間12.4.5LOOK調(diào)度注意：大部分書(shū)的電梯調(diào)度SCAN實(shí)際就是LOOK算法12.4.6磁盤調(diào)度算法的選擇SSTF較為普通且很有吸引力SCAN和C-SCAN對(duì)磁盤負(fù)荷較大的系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行得更好，這是因?yàn)樗豢赡墚a(chǎn)生饑餓問(wèn)題對(duì)于任何調(diào)度算法，性能依賴于請(qǐng)求的類型與數(shù)量磁盤服務(wù)請(qǐng)求很大程度上受文件分配方法所影響磁盤調(diào)度算法應(yīng)作為一個(gè)操作系統(tǒng)的獨(dú)立模塊，這樣如果有必要，它可以替換成另一個(gè)不同的算法。SSTF或LOOK是比較合理的缺省算法12.5磁盤管理磁盤初始化低級(jí)格式化：劃分磁道，扇區(qū)，并為每個(gè)扇區(qū)填充控制信息（損耗性操作）分區(qū)：將磁盤分為由若干個(gè)柱面組成的分區(qū)，操作系統(tǒng)把每一個(gè)分區(qū)作為獨(dú)立的磁盤來(lái)使用高級(jí)格式化：創(chuàng)建文件系統(tǒng)（生成引導(dǎo)區(qū)信息、初始化FAT表、標(biāo)注邏輯壞道等）磁盤格式化12.5.2引導(dǎo)塊系統(tǒng)初始化計(jì)算機(jī)在正常啟動(dòng)運(yùn)行之前，必須要運(yùn)行一個(gè)初始化自舉程序來(lái)初始化系統(tǒng)的各個(gè)方面，找到操作系統(tǒng)內(nèi)核并裝入內(nèi)存，然后啟動(dòng)操作系統(tǒng)引導(dǎo)塊自舉程序很小一部分保存在ROM中，絕大部分保存在磁盤的引導(dǎo)塊(0磁道0扇區(qū))上12.5.3壞塊●簡(jiǎn)單的IDE磁盤，壞扇區(qū)可以手工處理Format：查找壞扇區(qū)，如果找到壞扇區(qū)，它就在FAT條目中寫(xiě)上特殊值通知分配程序不要使用該塊。Chkdsk：使用過(guò)程中出現(xiàn)壞扇區(qū)，用磁盤掃描程序來(lái)搜索磁盤壞扇區(qū)，并把它們鎖定在一邊。壞扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常會(huì)丟失。●高端計(jì)算機(jī)上的SCSI磁盤，壞塊處理更聰明扇區(qū)備用或轉(zhuǎn)寄：低級(jí)格式化將一些塊放在一邊作為備用，操作系統(tǒng)對(duì)此并不知道。控制器可以用備用塊替代壞塊12.6交換空間交換空間概念

虛擬內(nèi)存用到的磁盤空間（會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能）交換空間的使用：不同內(nèi)存管理有不同使用方法動(dòng)態(tài)分配、頁(yè)式、段式：保存整個(gè)進(jìn)程映像請(qǐng)求分頁(yè)：存儲(chǔ)換出內(nèi)存的頁(yè)交換空間太小容易造成死機(jī)現(xiàn)象交換空間的位置在普通文件系統(tǒng)上加以創(chuàng)建簡(jiǎn)單大文件（外部碎片）在獨(dú)立的磁盤分區(qū)上（如Unix/Linux）。（內(nèi)部碎片）有些OS較為靈活，可由系統(tǒng)管理員來(lái)選擇使用以上哪種方式12.7RAID磁盤冗余陣列●目的：組合小的廉價(jià)磁盤來(lái)代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用。●廉價(jià)磁盤榮譽(yù)陣列(RAID)：利用一臺(tái)磁盤陣列控制器，來(lái)統(tǒng)一管理和控制一組(幾臺(tái)到幾十臺(tái))磁盤驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)高度可靠的、快速的大容量磁盤系統(tǒng)●

RAID還可以提供良好的容錯(cuò)能力（不同的RAID級(jí)別有不同的容錯(cuò)能力），在任何一塊硬盤出現(xiàn)問(wèn)題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤的影響。現(xiàn)在已開(kāi)始廣泛地用于大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中習(xí)題1假設(shè)磁道數(shù)為0——199，申請(qǐng)調(diào)度的盤塊兒分別在98,183,37,122,14,124,65,67磁道上。當(dāng)前硬盤磁頭在第53號(hào)磁道，向磁道增大方向訪問(wèn)。試采用下列4種磁盤調(diào)度算法的平均尋道時(shí)間和磁道的訪問(wèn)次序。（1）先來(lái)先服務(wù)FCFS（2）最短尋道時(shí)間優(yōu)先FCFS（3）電梯調(diào)度(掃描算法)SCAN（4）單向電梯調(diào)度(循環(huán)掃描算法)C-SCAN習(xí)題2假定磁盤的移動(dòng)臂現(xiàn)在處于第8柱面，有如下6個(gè)請(qǐng)求者等待訪問(wèn)磁盤，請(qǐng)你列出最省時(shí)間的響應(yīng)次序序號(hào)柱面號(hào)磁頭號(hào)扇區(qū)號(hào)1963275631520649445209567152習(xí)題3當(dāng)前磁盤讀寫(xiě)位于柱面號(hào)20，此時(shí)有多個(gè)磁盤請(qǐng)求