计算机系统概述(5)

辅助存储器简称辅存,用于存放需持久性存储的信息。其特点是存储器容量大、可靠性高、价格低。常用的辅存有硬件驱动器、固态硬盘、U盘和光盘等。

◆硬盘分为三类:机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)和混合硬盘(SSHD)。

◆其中,机械硬盘是传统硬盘,其信息分布呈以下层次:记录面、圆柱面、磁道(读取时间较长)和扇区(读取时间较短)。

◆一块磁盘有正反两个盘面,每个盘面有多个同心圆,每个同心圆是一个磁道,每个同心圆又被划分为多个扇区,数据就被存放在一个个扇区中,多块磁盘在一起,不同磁盘磁道上下之间就会组成柱面。

硬盘的存取时间主要包括三个部分:第一部分是指磁头从原先拉置移动到目的磁道所需要的时间,称为寻道时间或查找时间;第二部分是指到达目的磁道以后,等待被访问的记录块旋转到磁头下方的等待时间;第三部分是指信息的读写操作时间(很快,可忽略不计)

因此可认为,磁盘存取时间=寻道时间+等待时间

磁盘调度算法

磁盘数据的读取时间分为寻道时间+旋转时间,也即先找到对应的磁道,而后再旋转到对应的扇区才能读取数据,其中寻道时间耗时最长,需要重点调度,有如下调度算法:磁盘调度算法

磁盘调度算法是操作系统用于管理磁盘I/O请求顺序的策略,旨在减少磁头移动时间(寻道时间)提高磁盘吞吐量 ,并降低响应时间。以下是常见的磁盘调度算法及其特点:


1. 先来先服务(FCFS, First-Come-First-Served)

  • 原理:按请求到达的顺序处理。

  • 示例

    磁头当前位置:50

    请求队列:[80, 30, 120, 10]

    移动顺序:50 → 80 → 30 → 120 → 10

    总寻道距离:30 + 50 + 90 + 110 = 280

  • 优点:简单公平,无饥饿问题。

  • 缺点:效率低(磁头可能频繁来回移动)。


2. 最短寻道时间优先(SSTF, Shortest Seek Time First)

  • 原理:优先处理离当前磁头位置最近的请求。

  • 示例

    磁头位置:50

    请求队列:[80, 30, 120, 10]

    移动顺序:50 → 30 → 10 → 80 → 120

    总寻道距离:20 + 20 + 70 + 40 = 150

  • 优点:平均寻道时间较短,吞吐量较高。

  • 缺点 :可能导致饥饿(远距离请求长期得不到响应)。


3. 扫描算法(SCAN,电梯算法)

  • 原理:磁头沿一个方向移动,处理途经的请求,到达磁盘一端后反向移动。

  • 示例 (假设磁头初始方向为向外 ):

    磁头位置:50

    请求队列:[80, 30, 120, 10]

    移动顺序:50 → 80 → 120(末端)→ 30 → 10

    总寻道距离:30 + 40 + 90 + 20 = 180

  • 优点:公平性较好,无饥饿问题。

  • 缺点:末端请求的响应时间可能较长。


4. 循环扫描算法(C-SCAN)

  • 原理 :类似SCAN,但磁头到达一端后立即返回起点(不处理返回途中的请求)。

  • 示例

    磁头位置:50,方向向外

    请求队列:[80, 30, 120, 10]

    移动顺序:50 → 80 → 120 → 0(快速返回)→ 10 → 30

    总寻道距离:30 + 40 + 120 + 10 + 20 = 220

  • 优点:响应时间更均匀(适用于负载均衡场景)。

  • 缺点:空返造成一定效率损失。

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