操作系统第5章设备管理(3)

OperatingSystemPage12019/10/4OperatingSystemPage22019/10/4第五章设备管理I/O系统I/O控制方式缓冲管理设备分配设备处理磁盘存储器管理OperatingSystemPage32019/10/4磁盘存储器管理磁盘存储器管理的主要任务磁盘性能简述磁盘调度磁盘高速缓存(DiskCache)提高磁盘I/O速度的其它方法廉价磁盘冗余阵列现代操作系统的重要任务之一：设法改善磁盘系统的性能OperatingSystemPage42019/10/4磁盘存储器管理磁盘存储器管理的主要任务为文件分配存储空间合理地组织文件地存储方式，以提高磁盘的访问速度提高磁盘存储空间地利用率提高磁盘I/O速度，改善文件性能确保文件系统的可靠性（备份）OperatingSystemPage52019/10/4磁盘存储器管理磁盘存储器管理的主要任务磁盘性能简述磁盘调度磁盘高速缓存(DiskCache)提高磁盘I/O速度的其它方法廉价磁盘冗余阵列OperatingSystemPage62019/10/45.6磁盘存储器管理5.6.1磁盘性能简述1.图5-22磁盘的格式化磁盘包括一个或多个盘片，每片分2面，每面可分成若干条磁道，各磁道之间有间隙，每条磁道上可存储相同数目的二进制位，磁盘密度即每英寸之中所存储的位数。显然内层磁道的密度较外层磁道的密度大。OperatingSystemPage72019/10/4磁盘性能简述盘片扇区磁头磁道OperatingSystemPage82019/10/4磁盘性能简述OperatingSystemPage92019/10/4磁盘性能简述OperatingSystemPage102019/10/4磁盘性能简述OperatingSystemPage112019/10/4磁盘性能简述OperatingSystemPage122019/10/4磁盘性能简述OperatingSystemPage132019/10/4磁盘性能简述数据的组织和格式盘片（1个或多个）、盘面、磁道、扇区扇区有标识符字段和数据字段Gap102031292293FieldGapFieldGapGapFieldGapFieldGap17741515201774151520IDDataIDDataGap1292293FieldGapField1774151520IDDataSectorPhysicalSector0PhysicalSector1PhysicalSector29BytesSynchByteTrack#Head#Sector#Bytes1211CRC3SynchByteDataCRC15122600Bytes/SectorGap存储相同数目的二进制位间隙定界符段校验OperatingSystemPage142019/10/42.磁盘的类型1)固定头磁盘这种磁盘在每条磁道上都有一读/写磁头，所有的磁头都被装在一刚性磁臂中。通过这些磁头可访问所有各磁道，并进行并行读/写，有效地提高了磁盘的I/O速度。这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上。2)移动头磁盘每一个盘面仅配有一个磁头，也被装入磁臂中。为能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能移动以进行寻道。可见，移动磁头仅能以串行方式读/写，致使其I/O速度较慢；但由于其结构简单，故仍广泛应用于中小型磁盘设备中。OperatingSystemPage152019/10/4磁盘性能简述访盘时间组成寻道时间旋转延迟时间传输时间OperatingSystemPage162019/10/4磁盘性能简述磁盘访问时间寻道时间Ts这是指把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。该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，即Ts=m×n+s旋转延迟时间Tτ这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。如：7200r/min每转=60000ms/7200r=8.33ms平均旋转延迟=（0+8.33)/2=4.16是一常数，与磁盘驱动器的速度有关一般：0.2高速：=0.1启动磁臂时间2msOperatingSystemPage172019/10/4磁盘性能简述传输时间Tt指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。其大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数Tτ和Tt相同，则访问时间=Ts+Tτ+TtrNbTt12asbTTrrN如b=N/2，则Tτ=1/(2r)=Tt可见，寻道时间TS和旋转延迟时间Tτ基本上都与所读/写数据的字节数无关，而且它通常占据了访问时间中的大部分目前磁盘的传输速率已达到80MB/s以上，数据传输时间所占的比例更低。可见，适当地集中数据传输，将有利于提高传输效率OperatingSystemPage182019/10/43.磁盘访问时间寻道时间:20ms磁盘通道传输速率:1MB/s转速r=3600rpm每扇区512字节每磁道32扇区目标：读128k数据1.寻道时间TS：TS=m*n+S；2.旋转延时间Tr：Tr＝1/2r3.数据传输时间Tt：Tt＝b/rN访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN60*16k=960k1MB/s顺序组织(20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220(ms)随机组织(20＋8.3＋0.5)×256＝7373(ms)OperatingSystemPage192019/10/4磁盘存储器管理磁盘存储器管理的主要任务磁盘性能简述磁盘调度磁盘高速缓存(DiskCache)提高磁盘I/O速度的其它方法廉价磁盘冗余阵列在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标就是使磁盘的平均寻道时间最少。OperatingSystemPage202019/10/4磁盘调度先来先服务FCFS(First-Come,FirstServed)根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度优点：简单、公平，不会出现请求长期得不到满足缺点：未优化，平均寻道时间长平均寻道长度：55.31461841123810150701607290211819393584555移动距离被访问的下一个磁道100道开始55、58、39、18、90、160、150、38、1840383955589010015016018418先来先服务FCFS(First-Come,FirstServed)OperatingSystemPage222019/10/4磁盘调度最短寻道时间优先SSTF(ShortestSeekTimeFirst)要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近优点：使每次寻道时间最短缺点：不能保证平均寻道时间最短；可能导致距离远的进程总也得不到服务平均寻道长度：27.524184101601321502018138163935532581090移动距离被访问的下一个磁道100道开始55、58、39、18、90、160、150、38、1840383955589010015016018418最短寻道时间优先STF(ShortestSeekTimeFirst)OperatingSystemPage242019/10/4FCFS调度算法SSTF调度算法100道开始被访问的下一个磁道移动距离5545583391918219072160701501038112184146平均寻道长度：55.3100道开始被访问的下一个磁道移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：27.5OperatingSystemPage252019/10/43.扫描(SCAN)算法1)进程“饥饿”现象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”(Starvation)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请求必须优先满足。对SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法，即可防止老进程出现“饥饿”现象。OperatingSystemPage262019/10/4磁盘调度扫描(SCAN)算法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”(Starvation)现象050160OperatingSystemPage272019/10/4磁盘调度扫描(SCAN)算法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算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向磁头移动：自里向外自外向里又称为“电梯调度算法”OperatingSystemPage282019/10/4磁盘调度扫描(SCAN)算法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算法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向磁头移动：自里向外自外向里又称为“电梯调度算法”平均寻道长度：27.82018138163935532589490241841016050150移动距离被访问的下一个磁道100道开始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、184OperatingSystemPage292019/10/4SCAN调度算法SSTF调度算法100道开始被访问的下一个磁道移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：27.5100道开始，增加方向被访问的下一个磁道移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：27.8OperatingSystemPage302019/10/40383955589010015016018418磁盘调度缺点：刚移过的磁道的等待时间长OperatingSystemPage312019/10/4磁盘调度循环扫描(CSCAN)算法规定磁头单向移动减少刚移过的磁道的等待时间平均寻道长度：27.532903581655139203816618241841016050150移动距离被访问的下一个磁道100道开始，增加方向55、58、39、18、90、160、150、38、184OperatingSystemPage322019/10/40383955589010015016018418磁盘调度OperatingSystemPage332019/10/4SCAN调度算法CSCAN调度算法100道开始，增加方向被访问的下一个磁道移动距离1505016010184249094583255339163811820平均寻道长度：27.8100道开始，增加方向被访问的下一个磁道移动距离15050160101842418166382039155165839032平均寻道长度：27.5OperatingSystemPage342019/10/4SSTF调度算法CSCAN调度算法100道开始，增加方向被访问的下一个磁道移动距离15050160101842418166382039155165839032平均寻道长度：27.5100道开始被访问的下一个磁道移动距离90105832553391638118201501321601018424平均寻道长度：27.5OperatingSystemPage352019/10/4磁盘调度N-Step-SCAN和FSCAN调度算法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，称为“磁臂粘着”(Armstickiness)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。而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FSCAN算法FSCAN算