操作系统教学课件：第5章 设备管理2

1、第6章 输入输出系统第6章 输入输出系统n6.6 6.6 磁盘存储器管的性能和调度磁盘存储器管的性能和调度6.6 磁盘存储器提高磁盘I/O速度的主要途径：（1）选择性能好的磁盘（2）采用好的磁盘调度算法（3）设置磁盘高速缓存（Disk Cache）（4）其它方法（5）采用高度可靠、快速的容量磁盘系统_廉价磁盘冗余阵列1.磁盘性能n磁盘性能简述磁盘性能简述n数据的组织数据的组织n磁盘结构磁盘结构、磁道、柱面、扇区、磁道、柱面、扇区n磁盘物理块的地址：柱面号磁盘物理块的地址：柱面号 磁头号磁头号 扇区号扇区号n磁盘类型（磁盘类型（固定头磁盘、移动头磁盘固定头磁盘、移动头磁盘）n访问时间访问时间n寻

2、道时间：寻道时间：将磁头从当前位置移到指定磁道所经历时间将磁头从当前位置移到指定磁道所经历时间n旋转延迟时间：旋转延迟时间：指定扇区移动到磁头下面所经历时间指定扇区移动到磁头下面所经历时间n传输时间：传输时间：将扇区上的数据从磁盘读出将扇区上的数据从磁盘读出/ /向磁盘写入数据所经历的向磁盘写入数据所经历的时间。时间。磁磁 盘盘 结结 构构磁臂磁头2.磁盘调度算法n磁盘调度算法磁盘调度算法n先来先服务先来先服务FCFSFCFSn最短寻道时间优先最短寻道时间优先SSTFSSTFn扫描扫描(SCAN)(SCAN)算法算法n循环扫描循环扫描(CSCAN)(CSCAN)算法算法n* * *N-STEP

3、-SCANN-STEP-SCAN调度算法调度算法n* * *FSCANFSCAN调度算法调度算法FCFS 先来先服务按进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。FCFS下磁道移道数98451838537146122 85141081241106559672总道数总道数640平均平均80例：假设一个请求序列：例：假设一个请求序列：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 磁头当前的位磁头当前的位置在置在53。特点：简单、较合理，但未对寻道进行优化。最短寻道时间优先（SSTF）选择从当前磁头位置所需寻道时间最短选择从当前磁头位置所需寻道时间最短的请求。的请求。SSTF下磁道下磁

4、道移道移道数数6512672373014 23988412224124218359总道数总道数236平均平均29.5例：假设一个请求序列：例：假设一个请求序列：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 磁头当前的位置在磁头当前的位置在53。特点：寻道性能比FCFS好，但不能保证寻道时间最短，且有可能引起某些请求的饥饿。扫描算法（SCAN）n磁头从磁盘的一端开始向另一端移动，沿途响应访问请求，直到到达了磁盘的另一端，此时磁头反向移动并继续响应服务请求。有时也称为电梯算法。SCAN磁头向磁道号增加的方向移动下磁道移道数65126729831122 241242183593

5、71461423总道数299平均37.4例：假设一个请求序列：例：假设一个请求序列：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 磁头当前的位置在磁头当前的位置在53。特点：寻道性能较好，避免了饥饿，但不利于远离磁头一端的访问请求。下磁道移道数37161423655167 2983112224124218359总道数208平均26 磁头开始向磁道号减少的方向移动例：假设一个请求序列：例：假设一个请求序列：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 磁头当前磁头当前的位置在的位置在53。循环扫描算法（CSCAN）规定磁头单向移动 。例如：向磁道号增加

6、的方向移动时响应请求。CSCAN下磁道移道数65126729831122 24124218359141693723总道数322平均40.3例：假设一个请求序列：例：假设一个请求序列：98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 磁头当前的位置在磁头当前的位置在53。特点：消除了对两端磁道请求的不公平。特点：消除了对两端磁道请求的不公平。SSTFSSTF、SCANSCAN及及CSCANCSCAN存在的问题存在的问题n磁臂粘着磁臂粘着 在SSTF、SCAN及CSCAN几种调度算法中，可能出现磁臂停留在某处的情况，即反复请求某一磁道，从而垄断了整个磁盘设备，这种现象称为磁臂粘着

7、。N-STEP-SCANN-STEP-SCAN调度算法调度算法n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，而每一子队列按SCAN算法处理。 N=1 FCFS算法 N很大 SCAN算法 N取半长度 FSCAN算法FSCANFSCAN调度算法调度算法n 将磁盘请求队列分成两个子队列，一个由当前所有请求磁盘的I/O进程形成，由磁盘调度按照SCAN算法进行处理。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到处理的请求队列。返回3. 3.设置磁盘高速缓存设置磁盘高速缓存（Disk CacheDisk Cache） 目前，由于磁盘的目前，由于磁盘的

8、I/OI/O速度远低内存的访问速度，速度远低内存的访问速度，而致使磁盘的而致使磁盘的I/OI/O成为计算机系统的瓶颈。为提高磁成为计算机系统的瓶颈。为提高磁盘的盘的I/OI/O速度，便采用磁盘高速缓存。速度，便采用磁盘高速缓存。n磁盘高速缓存的形式磁盘高速缓存的形式 n数据交付方式数据交付方式n置换算法置换算法n周期性地写回磁盘周期性地写回磁盘(1)(1)磁盘高速缓存的形式磁盘高速缓存的形式n 磁盘高速缓存磁盘高速缓存 是指内存中的一部分存储空间，用来暂存是指内存中的一部分存储空间，用来暂存从磁盘读出的一系列盘块中的信息。所以它是从磁盘读出的一系列盘块中的信息。所以它是一组在逻辑上属于磁盘，而

9、物理上是驻留在内一组在逻辑上属于磁盘，而物理上是驻留在内存中的盘块。存中的盘块。n磁盘高速缓存的形式磁盘高速缓存的形式n内存中单独的存储空间（大小固定）内存中单独的存储空间（大小固定）n未利用的存储空间未利用的存储空间_缓冲池（大小不固定）缓冲池（大小不固定）(2)数据交付方式n 数据交付方式 是指磁盘高速缓存中的数据传送给请求者是指磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程。系统采取两种方式，将数据交付给请求进程。系统采取两种方式，将数据交付给请求进程：进程：n数据交付: 系统直接将磁盘高速缓存中的数据传系统直接将磁盘高速缓存中的数据传送到请求者进程的内存工作区。送到请求者进程的内存工作区。n指针

10、交付:只将指向磁盘高速缓存中该数据的指只将指向磁盘高速缓存中该数据的指针，交付给请求者进程。针，交付给请求者进程。 (3)置换算法 在将磁盘中的盘块读入到磁盘高速缓存中时，若因在将磁盘中的盘块读入到磁盘高速缓存中时，若因磁盘高速缓存已满，则采用常用的算法进行置换：磁盘高速缓存已满，则采用常用的算法进行置换：n最近最久未使用算法LRU n最近未使用算法NRUn最少使用算法LFU4.提高磁盘I/O速度的其它方法 n提前读（Read_Ahead） 由于用户对文件的访问常用顺序方式，在读由于用户对文件的访问常用顺序方式，在读当前块时，可预知下一次要读的盘块，所以，可当前块时，可预知下一次要读的盘块，所

11、以，可采用预先读方式，即在读当前块的同时，连同将采用预先读方式，即在读当前块的同时，连同将下一块提前读入缓冲。当访问下一块数据时，其下一块提前读入缓冲。当访问下一块数据时，其已在缓冲中，而不需去启动磁盘已在缓冲中，而不需去启动磁盘I/OI/O。4.提高磁盘I/O速度的其它方法 n延迟写 在缓存中的数据在缓存中的数据, ,本应立即写回磁盘本应立即写回磁盘, ,考虑不久考虑不久之后可能会再用之后可能会再用, ,故不立即写回磁盘。故不立即写回磁盘。n优化物理块的分布 使磁头移动的距离最小（优化物理块的分布、使磁头移动的距离最小（优化物理块的分布、优化索引结点的分布）。优化索引结点的分布）。n虚拟盘

12、利用内存去仿真磁盘，又称为利用内存去仿真磁盘，又称为RAMRAM盘。（与磁盘。（与磁盘高速缓存的区别：盘高速缓存的区别：RAMRAM盘中的内容由用户控制，盘中的内容由用户控制，而缓存中的内容则由而缓存中的内容则由OSOS控制）控制）5.廉价磁盘冗余阵列（RAID） 是是19871987年由美国加利福尼来大学伯莱分校提出的，年由美国加利福尼来大学伯莱分校提出的，19881988年问世，即利用一台磁盘陈列控制器，来统一年问世，即利用一台磁盘陈列控制器，来统一管理和控制管理和控制一组磁盘驱动器一组磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。快速的大容量磁盘系统。n并行交叉存取并行交叉存取 nRAIDRAID的分级的分级nRAIDRAID的优点的优点（3）谦价磁盘冗余阵列（ RAID ）的优点 n