2024-05-19
藏龙卧虎
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简介
磁盘的组成
磁盘读取时间
移臂调度算法
先来先服务
最短寻道时间优先
扫描算法
循环扫描
循环提升扫描
常见使用场景

简介

关于磁盘的考试题目并不常见,但是也有一定的概率出现。磁盘的考点主要有:

  1. 磁盘的组成;
  2. 磁盘读取时间计算(根据题意计算,很简单);
  3. 移臂调度算法;

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磁盘的组成

从表面来说,磁盘内部有以下几个组成部分需要牢记:

  • 盘片(Platter):盘片是磁盘存储数据的主要介质,通常是由铝或玻璃制成的圆形薄片,表面涂有磁性材料。数据通过磁化盘片表面的微小区域来进行存储。
  • 盘面(Surface):每个盘片有两个表面(上表面和下表面)。每个表面都可以用来存储数据。
  • 磁头(Read/Write Head):磁头位于磁盘的臂架(Arm)上,负责读写数据。通过在盘片表面上方移动,磁头可以在不同位置读取或写入数据。
  • 主轴(Spindle):主轴是一种旋转轴,所有的盘片都安装在主轴上。通过电动机驱动,使盘片高速旋转,通常达到每分钟数千转(RPM)。

除以上几个主要部分外,还有一些比较抽象的部分,了解即可:

  • 轨道(Track):轨道是盘片表面上的同心圆,每个轨道被分成若干扇区。轨道是数据存储的基本单位,磁头在轨道上移动读取或写入数据。
  • 扇区(Sector):扇区是轨道上的一个固定长度的存储单元,通常为512字节4KB。扇区是数据存取的基本单位,操作系统按扇区来读写数据。
  • 缓存(Cache/Buffer):缓存是一种高速存储器,位于磁盘和主机之间。用于临时存储数据,提高读写速度和效率。
  • 控制电路(Controller Electronics):控制电路包括磁盘控制器和接口电路。负责磁盘的读写操作、数据传输和错误校验等。
  • 接口(Interface):接口是磁盘与计算机系统之间的数据传输通道。常见接口包括SATASASNVMe等,用于连接磁盘与主板或其他控制器。
  • 保护外壳(Enclosure):外壳是保护磁盘内部组件的外部结构。防止灰尘、湿气和物理损伤等环境因素对磁盘的影响。

这些部分共同协作,使得磁盘能够高效地存储和读取数据,广泛应用于各种计算机系统中。在软考中,了解这些基本结构和作用有助于理解磁盘工作原理和性能优化。

磁盘读取时间

一般认为,磁盘读取数据的时间包括以下几个主要组成部分:

  1. 寻道时间:需按照数据存储轨道的时间。
  2. 扇区读取时间:找到并读取扇区中数据的时间。
  3. 数据传输时间:将读取到的数据传出到内存的时间。

注意:以上几个时间是考试中常见的几个组成部分,当然实际上读取数据并不仅仅是由这些部分组成,所以还是要根据题意再去计算,一般就是小学难度的加减乘除,注意读题即可!

移臂调度算法

移臂调度算法用于磁盘访问过程中优化磁头移动顺序,以减少寻道时间和提高磁盘效率。常见的移臂调度算法有以下几种:

  • 先来先服务(FCFS,First-Come, First-Served)
  • 最短寻道时间优先(SSTF,Shortest Seek Time First)
  • 扫描算法(SCAN)
  • 循环扫描(C-SCAN,Circular SCAN)
  • 循环提升扫描(C-LOOK)

先来先服务

  • 概念:按照请求到达的先后顺序进行磁头调度。
  • 优点:简单易实现,不需要复杂的算法。
  • 缺点:性能较差,可能会导致长时间的寻道延迟(即“队尾效应”)。
  • 使用场景:适用于简单的磁盘调度场景,或者系统负载较轻的情况下。

最短寻道时间优先

  • 概念:优先处理距离当前磁头位置最近的请求。
  • 优点:相对减少了平均寻道时间,提高了效率。
  • 缺点:容易导致“饥饿”现象,远离当前磁头位置的请求可能长期得不到服务。
  • 使用场景:适用于系统负载较轻、请求比较均匀的情况下。

扫描算法

  • 概念:磁头在磁盘上向一个方向移动,处理途中所有的请求,直到到达某个端点,然后反向移动,重复这一过程。
  • 优点:相对于FCFS和SSTF,减少了磁头移动的范围,提高了效率。
  • 缺点:端点处的请求可能会等待较长时间。
  • 使用场景:适用于请求较多且比较分散的情况下,如传统硬盘的文件系统操作。

循环扫描

  • 概念:磁头在一个方向上移动处理请求,到达端点后迅速返回起始端,再次向相同方向移动处理请求。
  • 优点:平均响应时间更稳定,避免了端点处请求长时间等待的问题。
  • 缺点:返回起始端的过程中会有额外的无用移动时间。
  • 使用场景:适用于对响应时间一致性要求较高的系统。

循环提升扫描

  • 概念:类似于C-SCAN,但磁头只移动到最后一个请求的位置,然后直接返回起始端,减少了无用的磁头移动。
  • 优点:进一步减少了无用的磁头移动,提高了效率。
  • 缺点:实现相对复杂。
  • 使用场景:适用于高性能存储系统,如数据库管理系统。

常见使用场景

常见使用场景:

  • 最短寻道时间优先(SSTF):适用于磁盘请求较少或相对均匀的场景。
  • 扫描算法(SCAN):广泛应用于多用户操作系统的文件系统中。
  • 循环提升扫描(C-SCAN):适用于需要一致响应时间的高性能存储系统,如大型数据库服务器。

在实际应用中,选择合适的移臂调度算法可以显著提升磁盘的性能和响应速度。SSTFSCANC-SCAN是最常用的算法,它们在不同的使用场景中各有优势。根据系统的具体需求和特点,选择适合的算法可以有效地优化磁盘访问效率。

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本文作者:DingDangDog

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