磁盘存储管理幻灯片.pptVIP

* 磁盘存储器的管理 磁盘存储器管理的主要任务： 为文件分配必要地存储空间 合理地组织文件的存取方式，提高对文件的访问速度 提高磁盘存储空间的利用率，提高对磁盘的I/O速度 采取必要地冗余措施，确保文件系统的可靠性。 影响磁盘性能和数据安全性的主要因素： 转速、寻道时间 磁盘控制器：IDE、SCSI磁盘控制器 RAID（廉价磁盘冗余队列）磁盘容错技术 磁盘管理算法：磁盘调度算法和磁盘高速缓存。 　 磁盘存储器的管理 磁盘性能简述 数据的组织和格式 　　磁盘设备包括一或多个物理盘片，每个磁盘片分一个或两个存储面(surface)，每个磁盘面被组织成若干个同心环，这种环称为磁道(track)，各磁道之间留有必要的间隙。所有磁道由外向内依次由0开始编号，称为磁道号。 每条磁道上可存储相同数目的二进制位。这样，磁盘密度即每英寸中所存储的位数，显然是内层磁道的密度较外层磁道的密度高。每条磁道又被逻辑上划分成若干个扇区(sectors)，软盘大约为8～32个扇区，硬盘则可多达数百个。一个扇区称为一个盘块(或数据块)，常常叫做磁盘扇区。各扇区之间保留一定的间隙。 扇区是磁盘进行I/O传输的基本单位，也是磁盘空间分配的基本单位。 磁盘的结构和布局 　　为了在磁盘上存储数据，必须先将磁盘低级格式化。磁盘中每条磁道含有30个固定大小的扇区，每个扇区容量为600个字节，其中512个字节存放数据，其余的用于存放控制信息。每个扇区包括两个字段：（1）标识符字段，其中一个字节的SYNCH定界符，利用磁道号、磁头号及扇区号三者来标识一个扇区；CRC字段用于段校验。（2）数据字段，其中可存放512个字节的数据。 磁盘扇区 　　对磁盘，可以从不同的角度进行分类：硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定头磁盘和活动头(移动头)磁盘等。 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。 　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。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。在微型机上配置的温盘和软盘都采用移动磁头结构。 磁盘的类型 磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，所需时间为寻道时间 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间 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 其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘，m=0.2；对于高速磁盘，m≤0.1，磁臂的启动时间约为2 ms。 对于一般的温盘，其寻道时间将随寻道距离的增加而增大，大体上是5～30 ms。 磁盘访问时间 旋转延迟时间Tr 　　将磁头移动到指定扇区下面所经历的时间。 Tr=1 /(2r)，r为磁盘转速（转数/单位时间，秒） 不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘为300 r/min，硬盘一般为7200～15 000 r/min，甚至更高。 对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15 000 r/min，每转需时4 ms，平均旋转延迟时间Tr为2 ms； 而软盘，其旋转速度为 300 r/min或600 r/min，这样，平均Tr为50～100 ms。 一般使用简单的假定测量该值，即使用平均值：将磁盘旋转周期的一半作为旋转延迟的近似值，该方法在实际应用中也非常实用。因此，一般都将磁盘旋转周期的一半定义为旋转延迟。 磁盘访问时间 传输时间Tt 　　这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关: 其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，即N = 2 * b时，Tt=1/(2r)，Tt与Tr相同。 磁盘访问时间 磁盘的访问时间Ta表示为： 访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间 磁盘接收到读指令后，磁头从当前位置移动到目标磁道位置，所需时间为寻道时间 旋转磁盘，定位数据所在的扇区，所需时间为旋转延迟 从磁盘上读取数据，时间为数据传输时间 磁盘访问时间 由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间与所读/写数据的多少无关，它通常占据了访问时间中的大部分。