操作系统(第四版)第06-2章.ppt

第九章 磁盘存储器管理 概述 物理块与存储介质 物理块(块) 在文件系统中，文件的存储设备常常划分为若干大小相等的物理块。同时也将文件信息划分成相同大小的逻辑块（块），所有块统一编号。以块为单位进行信息的存储、传输，分配 存储介质:磁盘，磁带，光盘 1. 磁 带 永久保存大容量数据 顺序存取设备： 前面的物理块被存取访问之后, 才能存取后续的物理块的内容, 存取速度较慢，主要用于后备存储， 或存储不经常用的信息，或用于 传递数据的介质 2. 磁 盘 直接（随机）存取设备： 存取磁盘上任一物理块的时间不依赖于该物理块所处的位置 1) 磁道与柱面 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都用来记录信息，每面一个磁头 所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组成一个柱面 物理地址形式： 磁头号（盘面号） 磁道号（柱面号） 扇区号 2) 磁盘系统与磁盘分类 磁盘系统由磁盘本身和驱动控制设备组成，实际存取读写的动作过程是由磁盘驱动控制设备按照主机要求完成的 硬盘又分为两种： 固定头磁盘：每个磁道设置一个磁头，变换磁道时不需要磁头的机械移动，速度快但成本高 移动头磁盘：一个盘面只有一个磁头，变换磁道时需要移动磁头，速度慢但成本低 3) 访盘请求完成过程 磁盘地址（设备号，柱面号，磁头号，扇区号），内存地址（源/目） 一次访盘请求（读/写）完成过程由三个动作组成： 寻道（时间）：磁头移动定位到指定磁道 旋转延迟（时间）：等待指定扇区从磁头下旋转经过 数据传输（时间）：数据在磁盘与内存之间的实际传输 磁盘访问时间：（见教材P258页） 3. 光 盘 光盘容量大，速度快，价格便宜，但一般不可写 可读写光盘驱动器价格贵，写过程很麻烦 光盘的空间结构与磁盘类似 4. 外存的特点 容量大，断电后仍可保存信息，速度较慢，成本较低 两部分组成：驱动部分+存储介质 种类很多 外存空间组织与地址、与存取方式非常复杂 I/O过程方式非常复杂 5. 用户对外存的要求 用户对外存的使用：读写外存数据 用户对外存的要求：方便、效率、安全 (1) 在读写外存时不涉及硬件细节，使用逻辑地址和逻辑操作 (2) 存取速度尽可能快，容量大且空间利用率高 (3) 外存上存放的信息安全可靠，防止来自硬件的故障和他人的侵权 (4) 可以方便地共享，动态扩缩，携带拆卸，了解存储情况和使用情况 (5) 以尽可能小的代价完成上述要求 磁盘调度算法 早期的磁盘调度算法 先来先服务 最短寻道时间优先 各种扫描算法 SCAN算法 循环扫描算法 N-Step-SCAN算法和FSCAN算法 9.2 外存分配方法（文件的物理结构） 文件的物理结构 文件的物理结构也即文件的外存分配方式。是从系统的角度来看文件，从文件在物理介质上的存放方式来研究文件 9.2.1 连续分配 一个文件的信息存放在若干连续的物理块中 由一组相邻的物理块组成，是对记录式文件取连续区分配而构成的文件。 优点: 简单 支持顺序存取和随机存取 顺序存取速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道 时间最少 连续文件结构 连续分配的主要优缺点 连续分配的主要优点如下： (1)顺序访问容易 (2) 顺序访问速度快 连续分配的主要缺点如下： (1)要求有连续的存储空间 (2) 必须事先知道文件的长度 链接分配 一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块 优点：提高了磁盘空间利用率 不存在外部碎片问题 有利于文件插入和删除 有利于文件动态扩充 缺点：存取速度慢，不适于随机存取 可靠性问题，如指针出错 更多的寻道次数和寻道时间 链接指针占用一定的空间 链接结构的一个变形: 文件分配表FAT 1. 隐式链接 2. 显式链接 为整个磁盘建立一张链接表，表的序号是物理盘块号，每个表项都有一个指针，指向该表项对应的盘块号存放的文件的下一个盘块号，文件的FCB中有一指针指向表中的文件的第一个物理盘块所对应的表项。该表称为文件分配表，FAT表。（见教材P266页图9-8） 链接分配的优缺点 链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存在的问题，但又出现了另外两个问题，即： (1)不能支持高效的直接存取。要对一个较大的文件进行直接存取，须首先在FAT中顺序地查找许多盘块号。 (2) FAT需占用较大的内存空间。 9.2.3 索引分配 一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构--索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中 索引