一、磁盘概述

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磁头附着在磁臂上，磁臂将所有磁头作为一个整体而一起移动。
盘片的表面逻辑地分为圆形磁道，再细分为扇区。
同一磁臂位置的磁道集合形成了柱面。

二、磁盘结构

1.磁盘结构

现代磁盘驱动器可以看做一个一维的逻辑块的数组。
编址方式：柱面，磁道、扇区
逻辑块由【柱面号，磁道号，扇区号】来定义

一维逻辑块数组按顺序映射到磁盘的扇区。

扇区0是最外面柱面的第一个磁道第一个扇区。
该映射是先按磁道内扇区顺序，再按柱面内磁道顺序，再按从外到内的柱面顺序来排序

2.磁盘类型

固定头磁盘：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。可见，移动磁头仅能以串行方式读/写，致使其I/O速度较慢。

3.磁盘访问时间

磁盘访问时间= 定位时间（寻道时间+旋转延迟时间）+ 传输时间

寻道时间：把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。（固定头磁盘没有没有寻道时间）
旋转延迟时间：指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。

三、磁盘调度及调度算法

通过管理磁盘I/O请求的处理次序，采用好的方式能够提高访问时间和带宽

1.FCFS调度

先来先服务算法。
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2.SSTF调度

最短寻道时间优先算法。
从当前磁头位置选择最短寻道时间的请求
SSTF（shortest-seektime-first）基本上是一种最短作业优先（SJF）调度，与SJF调度一样，它可能导致某些请求的饥饿。
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3.SCAN调度

扫描算法，又称电梯算法
磁臂从磁盘的一端开始向另一端移动；同时当磁头移过每个柱面时，处理位于该柱面上的服务请求；当到达另一端时，磁头改变移动方向，继续处理；
磁头在磁盘上来回扫描。
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4.C-SCAN调度

是SCAN调度的变种，主要提供一个更为均匀的等待时间。
算法说明：

磁头从磁盘一端向另一端移动；
随着移动而不断地处理请求；
当磁头到头时，立即返回到磁盘开始端；
返回时并不处理请求。

C－SCAN调度算法基本上将柱面当做一个环链，以将最后柱面和第一柱面相连。

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5.LOOK调度和C-LOOK调度

通常，磁头只移动到一个方向上最远的请求为止。接着，它马上回头，而不是继续到磁盘的尽头。
这种形式的SCAN和C-SCAN称为LOOK和C-LOOK调度。

C-LOOK调度例子：
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6.N-Step-SCAN调度

在SSTF、SCAN、CSCAN几种调度算法中，都可能出现磁臂停留在某处不动的情况，例如，有一个或几个进程对某一磁道有较高的访问频率，即这个(些)进程反复请求对某一磁道的I/O操作，从而垄断了整个磁盘设备。这一现象称为“磁臂黏着”Arm Stickiness。在高密度磁盘上容易出现此情况。

N步SCAN算法是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。，而每处理一个队列时又是按SCAN算法，对一个队列处理完后，再处理其他队列。

当正在处理某子队列时，如果又出现新的磁盘I/O请求，便将新请求进程放入其他队列，这样就可避免出现粘着现象。

注：当N值取得很大时，会使N步扫描法的性能接近于SCAN算法的性能；
当N=1时， N步SCAN算法便退化为FCFS算法。
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7.FSCAN调度

FSCAN算法实质上是N步SCAN算法的简化，即FSCAN只将磁盘请求队列分成两个子队列。

一个是由当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列，磁盘调度按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，放入另一个等待处理的请求队列。这样，所有的新请求都将被推迟到下一次扫描时处理。

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8.调度算法的选择

SSTF（最短寻道时间优先算法）较为普通且很有吸引力
SCAN和C-SCAN对磁盘负荷较大的系统会执行得更好，这是因为它不可能产生饥饿问题。
SSTF或LOOK是比较合理的缺省算法。

对于任何调度算法，性能依赖于请求的类型与数量，磁盘服务请求很大程度上受文件分配方法的影响，磁盘调度算法应作为一个操作系统的独立块，这样如果有必要，它可以替换成另一个不同的算法。其它考虑，旋转时间，磁盘请求优化

四、磁盘管理

低级格式化或物理格式化（Raw/Low Format)：将磁盘分成磁盘控制器能读与写的扇区。

逻辑格式化：创建文件系统

簇（cluster）：把若干个块组合起来形成更大的块，磁盘的I/O以大块为单位完成

扇区的数据结构

头，包含扇区号码；
数据区域；
尾部，包含纠错代码（error-correcting code,ECC）。ECC：在写，更新时；在读，计算和检查时

为了让磁盘能够存储文件，操作系统还必须在磁盘上记录自己的数据结构，即

分成几个分区（柱面的集合）；
逻辑格式化或“做文件系统”
1.映射空闲/可分配空间/已分配空间
2.初始化空目录

引导块：绝大多数系统只在启动ROM中保留一个很小的自举装入程序（bootstrap)，其作用是初始化，启动OS（保存在磁盘的启动块上）。

操作系统：大容量存储结构

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