第五章 输入输出系统 5.8 磁盘存储器的性能和调度
一、磁盘性能简述
1.数据组织和格式
- 物理地址形式：磁道号（柱面号）——磁头号——扇区
- 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都用来记录信息，每面一个磁头
- 磁道从外缘，以“0”开始编号，往里面递增。所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组成一个柱面
- 每个扇区大小为600字节（数据512字节），内层外层磁道的磁密度不同
- 可随机访问某块数据，但不能定位到某个字节
eg.一个10GB容量的磁盘，有8个双面可存储盘片，共16个盘面，每面有16383个磁道（柱面），63个扇区。
2.磁盘的访问过程
- 寻道 ：磁头移动定位到指定磁道
- 旋转延迟：等待指定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
3.磁盘访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN
- 寻道时间：TS=m*n+s
m：常量，与磁盘驱动器速度有关，n：磁道数，s：磁臂启动时间。
对一般的磁盘， 其寻道时间将随寻道距离的增加而增大， 大体上是5-30 ms。
- 旋转延迟时间：指定扇区旋转到磁头下所需时间。 设每秒r转，则Tr＝1/2r（均值） 对于7200转/分，平均延迟时间为4.2ms
- 数据传输时间：Tt＝b/rN
b：读写字节数，r：磁盘每秒钟的转数，N：每道上的字节数
二、磁盘调度算法（先来先服务FCFS，最短寻道时间优先SSTF，扫描算法SCAN，循环扫描算法CSCAN）
1.先来先服务FCFS
- 按访问请求到达的先后次序服务
- 仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合
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
- 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，“饥饿”现象
3.扫描算法（电梯算法）SCAN
- 当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在移动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；
- 否则改变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复
4.循环扫描算法CSCAN
- 总是向一个方向移动
- 移动臂到达最后个一个柱面后，立即带动读写磁头快速返回到最里的欲访问磁道
- 返回时不为任何的等待访问者服务
- SSTF、SCAN及CSCAN几种调度算法中， 都可能出现磁臂停留在某处不动的情况——磁臂粘着”。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(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。在高密度磁盘上容易出现此情况。
