操作系统之磁盘
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磁盘概念
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磁道（柱面）：磁盘盘面上的数据存储在一组同心圆上，每个圆称为一个磁道。所有盘片上的同一位置的磁道组成一个柱面。
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盘块：一个磁道被划分为多个扇区，每个扇区可以存储固定大小的数据。通常，一个扇区称为一个盘块。
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磁盘地址：磁盘上的每个扇区都可以通过一个三元组地址来唯一标识，即柱面号（磁道号）、盘面号（磁头号）和扇区号（块号）。
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补充：并不是所有的存储设备都可以按任意次序读写。例如，磁盘通常是按扇区顺序读取的，而光盘通常是从中心向外读取的。
磁盘管理
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磁盘初始化：
- 低级格式化/物理分区：在磁盘出厂时进行，将磁盘划分为扇区，并为每个扇区添加头部（包含校验码、指针等信息）、数据区和尾部。
- 磁盘分区：将磁盘划分为多个逻辑区域，如C盘、D盘等。分区信息记录在磁盘的主引导记录（MBR）中的分区表中。
- 逻辑格式化：在磁盘分区后，创建文件系统，包括超级块、空闲空间管理、目录结构等。
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引导块：位于分区的开始处，包含启动操作系统的程序代码。
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坏块：磁盘上无法正常读写的扇区。操作系统通常会维护一个坏块链表，并在格式化时将备用块分配给这些坏块。
磁盘调度算法
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读写时间：
- 寻道时间：磁头移动到指定磁道的时间。
- 延迟时间：磁头定位到扇区的时间，与磁盘转速有关。
- 传输时间：数据在磁盘和内存之间传输的时间。
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减少延迟时间的方法：
- 交替编号：使相邻扇区的物理位置不相邻，以减少连续读写时的延迟。
- 错位命名：相邻盘面的扇区采用错位编号，以平衡磁头的读写负载。
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磁盘调度算法：
FCFS（先来先服务）
- 工作原理：这是最简单的磁盘调度算法。磁盘I/O请求按照它们到达的顺序进行处理。
- 优点：公平，每个请求都会按照到达的顺序得到服务。
- 缺点：可能导致磁头移动频繁，尤其是在请求分布不均匀时，这会导致较高的寻道时间，从而降低磁盘的整体性能。
SSTF（最短寻找时间优先）
- 工作原理：选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务。
- 优点：可以显著减少磁头的移动距离，从而减少寻道时间，提高磁盘I/O效率。
- 缺点：可能导致某些请求长时间得不到服务（饥饿），尤其是当新请求不断出现且总是比当前请求更近时。
SCAN（扫描）
- 工作原理：磁头从磁盘的一端开始，向另一端移动，服务沿途的所有请求，直到达到端点。然后磁头反向移动，再次服务沿途的请求。
- 优点：减少了磁头的移动次数，提供了比FCFS和SSTF更好的性能。
- 缺点：可能会对位于磁头起始点和端点之间的请求造成不公平，因为这些请求可能需要等待较长时间。
C-SCAN（循环扫描）
- 工作原理：与SCAN类似，但是磁头在到达端点后直接跳回到起始点，而不是反向移动。
- 优点：避免了SCAN中反向移动的不必要寻道，使得磁头移动更加高效。
- 缺点：对于那些在磁头移动方向末端的请求，可能会出现饥饿现象。
LOOK与C-LOOK
- LOOK：是SCAN的变种，磁头在到达端点前会检查是否有请求。如果没有请求，磁头会立即改变方向，而不是继续移动到端点。
- C-LOOK：是C-SCAN的变种，同样在到达端点前检查是否有请求。如果没有，磁头会直接跳回到起始点。
- 优点：减少了不必要的磁头移动，提高了效率。
- 缺点：与SCAN和C-SCAN类似，可能会对某些请求造成不公平。
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