hyz-os-2013-磁盘设备管理

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1、113六月2021北京交通大学计算机学院何永忠操作系统（A）北京交通大学计算机学院何永忠副教授第五章：设备管理第五章设备管理5.1I/O系统组成5.2I/O控制方式5.3设备管理目标、功能及结构5.4缓冲管理5.5设备分配5.6设备处理5.7磁盘存储器管理5.7磁盘存储器管理5.7.1磁盘性能简述5.7.2磁盘调度5.7.3磁盘高速缓冲5.7.4提高磁盘I/O速度的其它方法5.7.5廉价磁盘冗余阵列HardDiskDrives(HDDs)IBM/HitachiMicrodriveWesternDigitalDrivehttp://www.storagereview.

2、com/guide/Read/WriteHeadSideViewIBMPersonalComputer/AT(1986)30MBharddisk-$50030-40msseektime0.7-1MB/s(est.)磁盘的类型硬盘和软盘、单片盘和多片盘固定头磁盘在每条磁道上都有一个读写磁头，所有磁头装在一刚性磁臂上，通过这些磁臂可访问所有的磁道，并进行并行读写，能有效提高磁盘I/O速度，这种结构主要用于大容量磁盘活动头（移动头）磁盘每个盘面仅配有一个读写磁头，也被装入磁臂中，为了能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能够移动和进行寻道；移动头磁盘结构简单，但只能进行串行

3、读写故而I/O速度较慢，多用于中小型磁盘设备中PropertiesofaMagneticHardDiskPropertiesIndependentlyaddressableelement:sectorOSalwaystransfersgroupsofsectorstogether—“blocks”Adiskcanaccessdirectlyanygivenblockeithersequentiallyorrandomly.Typicalnumbers(dependingonthedisksize):500tomorethan20,000trackspersurfac

4、e32to800sectorspertrackZonedbitrecordingConstantbitdensity:morebits(sectors)onoutertracksApple][gs/oldMacs:speedvarieswithtracklocationTrackSectorPlatters数据的组织和格式基本数据组织层次盘片（[盘面]）：磁道：扇区（盘块）GAP1扇区0#物理扇区1#物理扇区IDField0GAP2GAP3DataField0GAP1IDField1GAP2GAP3DataField1SynchByteTrack#Sector#He

5、ad#CRCSynchByteDataCRC17B7B41B515B20B17B7B41B515B20B1B2B1B1B2B1B512B2BMagneticDiskCharacteristicCylinder:allthetracksundertheheadatagivenpointonallsurfacesRead/write:three-stageprocess:Seektime:positionthehead/armoverthepropertrack(intopropercylinder)Rotationallatency:waitforthedesire

6、dsectortorotateundertheread/writeheadTransfertime:transferablockofbits(sector)undertheread-writeheadDiskLatency=QueuingTime+Controllertime+SeekTime+RotationTime+XferTimeHighestBandwidth:TransferlargegroupofblockssequentiallyfromonetrackSectorTrackCylinderHeadPlatterSoftwareQueue(Dev

7、iceDriver)HardwareControllerMediaTime(Seek+Rot+Xfer)RequestResult移动头磁盘访问时间构成寻道时间Ts把磁臂（磁头）从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间Ts=m×n+s旋转延迟时间Tr指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间Tr=1/2r数据传输时间Tt把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间Tt=bytes/(r×bytesPerTrack)访问时间中，数据传输时间所占比例相当小，而寻道时间和旋转延迟时间基本上均与所读写的数据量无关，所以适当地集中数据传输（不要太零散）将有利于提高传输效率Typic