第 12 章 大容量存储结构

大容量存储结构概述

磁盘

磁盘或硬盘（magnetic disk 或 hard disk）为现代计算机系统提供大量外存

移动磁头的磁盘装置

A: Track (磁道)
B: Geometrical sector
C: Track sector (扇区)
D: Cluster (簇)

传输速率（transfer rate）是在驱动器和计算机之间的数据流的速率

• 定位时间（positioning time）或随机访问时间（random access time）包括两部分：
  • 寻道时间（seek time）：移动磁臂到所要柱面的所需时间
  • 旋转延迟（rotational latency）：旋转磁臂到所要扇区的所需时间

磁盘结构

磁盘驱动器可以看做逻辑块（logical block）的一维数组

逻辑块是最小的传输单位，大小通常为 512B

磁盘调度

对于磁盘，访问时间包括寻道时间和旋转延迟两个主要部分

FCFS 调度

先来先服务（First-Come First-Serve, FCFS）

SSTF 调度

最短寻道时间优先（Shortest-Seek-TIme-First, SSTF）

选择处理距离当前磁头的最短寻道时间的请求

可能导致一些请求的饥饿

SCAN 调度

磁臂从磁盘的一端向另一端移动，在移过每个柱面时处理请求

当磁臂到达磁盘的另一端时磁头移动方向反转并继续处理

LOOK 调度：磁臂只需要移动到一个方向上的最远请求为止

C-SCAN 调度

循环扫描（Circular SCAN, C-SCAN）

当磁头到达另一端时，立即返回到磁盘的开头，不处理任何回程上的请求

C-LOOK 调度：磁臂只需要移动到一个方向上的最远请求为止

磁盘调度算法的选择

SSTF 一般来说比较好

SCAN、SSCAN 对于高负荷磁盘表现更好，表现依赖于请求类型和数量；磁盘请求又依赖于文件分配策略

磁盘调度算法应该模块化，可以随时更换自由选择

SSTF 或者 LOOK 是默认算法的合理选择

磁盘管理

磁盘格式化

低级格式化（low-level-formatting）或物理格式化（physical formatting）：将磁盘分成扇区，以便磁盘控制器能够读写

引导块

bootstrap 存储在只读存储器（Read-Only Memory, ROM）中

Windows 的磁盘引导

RAID 结构

磁盘冗余阵列（Redundant Arrays of Independent Disks）

通过并行处理提高性能

位级分条（bit-level striping）

块级分条（block-level striping）

RAID 级别