磁盘存储器管理课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,School of Management,Tianjin University,SLIDE,1,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,磁盘性能简述,数据的组织和格式,实际的硬盘都组织成多个盘片，每片分两面，每面分成若干条磁道，磁道间有间隙,磁道又被分成许多扇区，每条磁道上扇区数目典型为,10至100，每个扇区包含相同的字节数，相当于一个盘块,School of Management磁盘存储器管理磁盘性,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,用磁道号、磁头号和扇区号来标识一个扇区,School of Management磁盘存储器管理用磁道,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,磁盘格式化,每个扇区容量,600BYTE，其中512BYTE存放数,据。,标,志,字,段,数据字段,定界符,School of Management磁盘存储器管理磁盘格,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,School of Management磁盘存储器管理,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,2 磁盘类型,固定头磁盘,:提高并行读写能力，主要用于大容量磁盘,移动头磁盘：寻道功能，结构简单，速度慢,School of Management磁盘存储器管理2 磁,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,3 磁盘访问时间,寻道时间T,s,：是指把磁头移动到指定磁道上所经历底时间，是启动磁臂的时间S与磁头移动N条磁道所花费的时间之和,旋转延迟时间T,：是指指定扇区移动到磁头下面所经历的时间,平均T,为50100ms,传输时间Tt：是指向磁盘写入数据所经历的时间,与每次读/写的字节数b和旋转速度有关,School of Management磁盘存储器管理 3,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,因此总的访问时间,T,a,为上面三项之和：,T,a,T,s,1/2r+b/rN,寻道时间和旋转延迟时间占据了访问时间中的大部分，而传输所占的时间比重是比较小的。,磁盘调度,-当多个进程需要访问磁盘时,磁盘调度的目标是使磁盘的,平均寻道时间最少，,以使进程对磁盘的平均访问时间最小，目前常使用的有先来先服务，最短寻道时间优先及扫描算法等,School of Management磁盘存储器管理因此总,School of Management,Tianjin University,先来先服务寻道算法,FCFS（First-come，First-served）,一种最简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的,先后次序,进行调度,。,优点,公平、简单，每个进程的请求都能依次得到处理。,缺点,未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。,磁盘存储器管理,School of Management先来先服务寻道算法优,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,最短寻道时间优先算法,SSTF,该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道，距离最短，以使每次的寻道时间最短，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短,会可能导致某个进程发生,“,饥饿,”,的现象，因为只要有新进程的请求到达，其所要访问的磁道与当前所在磁道的距离较近，其,I/O请求必优先满足,School of Management磁盘存储器管理最短寻,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,FCFS算法（从100#磁道开始）,被访问的下一个磁道号,移动距离（磁道数）,55,45,58,3,39,19,18,21,90,72,160,70,150,10,38,112,184,146,平均寻道长度：,55.3,SSTF算法（从100#磁道开始）,被访问的下一个磁道号,移动距离（磁道数）,90,10,58,32,55,3,39,16,38,1,18,20,150,132,160,10,184,24,平均寻道长度：,27.5,School of Management磁盘存储器管理FCF,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,扫描算法,SCAN,为了避免,“,饥饿,”,现象，对,SSTF算法略加修改形成扫描算法，该算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是,磁头的当前移动方向,。这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，又称电梯调度算法。,磁臂由磁盘的一端开始，移动到磁盘的另一端，在移动过程中，为访问请求服务。然后调转方向，从此端移动到另一端。,School of Management磁盘存储器管理扫描算,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,循环扫描,CSCAN（Circular SCAN）,为了减少SCAN算法造成的某些进程的请求被严重推迟，CSCAN算法规定磁头单向移动。,当磁头移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描,School of Management磁盘存储器管理循环扫,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,（从,100#磁道开始，向磁道号增加的方向）,被访问的下一个磁道号,移动距离（磁道数）,150,50,160,10,184,24,90,94,58,32,55,3,39,16,38,1,18,20,平均寻道长度：,27.8,SCAN调度算法示例,（从,100#磁道开始，向磁道号增加的方向）,被访问的下一个磁道号,移动距离（磁道数）,150,50,160,10,184,24,18,166,38,20,39,1,55,16,58,3,90,32,平均寻道长度：,27.5,CSCAN调度算法示例,School of Management磁盘存储器管理（从1,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,N-Step-SCAN和FSCAN调度算法,1）N-Step-SCAN算法：,在,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，即进程垄断了整个磁盘设备。我们把这一现象称为,“,磁臂粘着,”,。,N步SCAN算法是将磁盘请求队列分成若干个长度为N的子队列，磁盘调度将按FCFS算法依次处理这些子队列。,每处理一个队列时又是按SCAN算法，对一个队列处理完后，再处理其他队列。,School of Management磁盘存储器管理N-S,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,当正在处理某子队列时，如果又出现新的磁盘I/O请求，便将新请求进程放入其他队列，这样就可避免出现粘着现象。,当N值取得很大时，会使N步扫描法的性能接近于SCAN算法的性能；当N=1时，N步SCAN算法便蜕化为FCFS算法。,2）,FSCAN算法,实际上是N步SCAN算法的简化，即FSCAN只将磁盘请求队列分成两个子队列。,School of Management磁盘存储器管理当正,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,一个是由当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列；在扫描期间，将新出现的所有请求磁盘I/O的进程，放入另一个等待处理的请求队列。,磁盘高速缓存（,Disk Cache）,是指利用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。这里的高速缓存是一组在逻辑上属于磁盘，而物理上是驻留在内存中的盘块.,School of Management磁盘存储器管理一个,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,通常高速缓存在内存中有两种形式：,第一种是在内存中开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定的；第二种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓存)共享。,置换算法：,现在不少系统在设计其高速缓存的置换算法时，除了考虑到最近最久未使用这一原则外，还考虑了以下几点：,School of Management磁盘存储器管理通常,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,(1)访问频率。(2)可预见性。(3)数据的一致性。,周期性地写回磁盘,为了防止在数据不一致的问题，尤其是系统发生故障时，必须提供周期性回写磁盘的功能；,在UNIX系统中专门增设了一个修改update程序，使之在后台运行，该程序周期性地调用一个系统调用SYNC。,School of Management磁盘存储器管理(1,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,MS-DOS中所采用的方法是：只要高速缓存中的某盘块数据被修改，便立即将它写回磁盘,但是会造成频繁启动磁盘。,提高磁盘,I/O速度的其它方法：,提前读,(Read-Ahead),延迟写,优化物理块的分布,虚拟盘,School of Management磁盘存储器管理MS,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,廉价磁盘冗余阵列,RAID,RAID:,为,Redundant Arrays of Independent Disks,的简称,中文为廉价冗余磁盘阵列。在1987年由美国柏克莱大学提出RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）理论,作为高性能的存储系统,巳经得到了越来越广泛的应用。,RAID的级别从RAID概念的提出到现在,巳经发展了多个级别,有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。RAID为使用者降低了成本、增加了执行效率,并提供了系统运行的稳定性。,School of Management磁盘存储器管理廉价磁,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,并行交叉存取,根据RAID所采用的方法不同，可以将其分为05六个级别，后来又增加了RAID6级和RAID7级。,School of Management磁盘存储器管理并行交,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,RAID 0级,数据分块，即把数据分布在多个盘上,非冗余阵列、无冗余信息,严格地说,它不属于RAID系列,RAID 1级,亦称镜像盘，使用双备份磁盘,每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到,另一个冗余盘（镜像盘），形成信息的两份复制品,特点：昂贵、系统可靠性高、效率低(冗余度太大，磁盘的利用率仅为50%,School of Management磁盘存储器管理 R,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,School of Management磁盘存储器管理,School of Management,Tianjin University,磁盘存储器管理,School of Management磁盘存储器管理,School of Management,Tianjin Univ