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第8章磁盘存储器的管理解析

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第8章 磁盘存储器管理

第8章 磁盘存储器管理
引分配方法）
1.单级索引分配 2.多级索引分配 3.增量式分配方式
24
1. 单级索引分配
每个文件分配一个索引块(表)，再把分配给该文 件的所有盘块号都记录在该索引块中，因而该索引 块是个数组。文件的目录项中填上指向该索引块的 指针 (图8-6)
支持高效的直接存取(索引表) 主要问题：花费较多的外存空间（小文件）
置的对应关系
4
8.1.1 连续分配(又称“顺序分配”)
1. 连续分配方式（Continuous Allocation）
存储结构：文件分配一组连续的盘块
P251
文件地址：第一盘块号和文件长度（图8-1）
外存碎片：通过紧缩将外存空闲空间合并成连续的区域
2. 连续分配的优缺点
优点： ① 顺序访问容易
29
mode owners (2) time stamps (3)
size block count
i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
single indirect double indirect triple indirect
… …
data data data
data data data
解决方法
增加FAT表的表项数，即增加FAT表的宽度
16位最大表项数65536(216)个，可将一个磁盘分区 分为65536个簇。在FAT16的每个簇中可以有的盘块 数为4、8、16、32直到64，由此得出FAT16可以管理 的最大分区空间为216×64×512 = 2048 MB。
18
2. FAT16
…
图8-8 增量式（混合）索引方式
…
…
data data data data

磁盘存储管理

磁盘存储管理
•一般使用简单的假定测量该值，即使用平均值：将磁盘旋转周期的一半作为旋转延迟 的近似值，该方法在实际应用中也非常实用。因此，一般都将磁盘旋转周期的一半定 义为旋转延迟。
磁盘访问时间
传输时间Tt 这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。
Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关:
被访问的下
移动距离
一个磁道号
(磁道数)
55
45
58
3
39
19
18
21
90
72
160
70
150
10
38
112
184
146
平均寻道长度: 55.3
有9个进程先后提出磁盘I/O请求。进程(请求者)按发出请求的先后次序排 队。平均寻道距离为55.3条磁道，该方法平均寻道距离较大，故FCFS算法 仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。
20
150
132
160
10
184
24
平均寻道长度: 27.5
SSTF算法的平均每次磁头移动距离明显低于FCFS的距离，因而较FCFS 有更好的寻道性能，曾被广泛采用。
FCFS调度算法
磁盘调度
SSTF调度算法
扫描(SCAN)算法
进程“饥饿”现象
SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导致某 个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
1b Ta Ts 2r rN
磁盘访问时间
Ta
Ts
1 2r
b rN
• 由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间与所读/ 写数据的多少无关，它通常占据了访问时间中的大部分。
• 例如，假定寻道时间和旋转延迟时间平均为20 ms，而磁盘的传输速 率为10 MB/s，如果要传输10 KB的数据，此时总的访问时间为21 ms， 可见传输时间所占比例是非常小的。当传输100 KB数据时，其访问时 间也只是30 ms，即当传输的数据量增大10倍时，访问时间只增加约 50%。

操作系统——磁盘存储器管理

操作系统——磁盘存储器管理
操作系统——磁盘存储器管理
第六章 文件管理
c o unt
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
101112源自131415
16
17
18
19
20
21
22
23
24 25
26
27
28 29
30
31
目录
file
块 序号
jeep
19
9
16
1
19
10 25
－1
－1
－1
操作系统——图磁盘8存-储6器索管理引分配方式
第六章 文件管理
第六章 文件管理
(2) 存储空间的分配与回收。
空闲盘区的分配与内存的动态分配类似，同样是采用 首次适应算法、循环首次适应算法等。例如，在系统为某 新创建的文件分配空闲盘块时，先顺序地检索空闲表的各 表项， 直至找到第一个其大小能满足要求的空闲区，再将 该盘区分配给用户(进程)，同时修改空闲表。系统在对用 户所释放的存储空间进行回收时，也采取类似于内存回收 的方法， 即要考虑回收区是否与空闲表中插入点的前区和 后区相邻接，对相邻接者应予以合并。
f6 2
操作系统——磁盘图存储8器-1管理磁盘空间的连续组织方式
第六章 文件管理
2. 连续分配的主要优缺点 连续分配的主要优点如下： (1) 顺序访问容易。 (2) 顺序访问速度快。
连续分配的主要缺点如下： (1) 要求有连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。
操作系统——磁盘存储器管理
第六章 文件管理
第八章 磁盘存储器的管理
8.1 外存的组织方式 8.2 文件存储空间的管理 8.3 提高磁盘I/O速度的途径 8.4 提高磁盘可靠性的技术 8.5 数据一致性控制

磁盘存储器的管理课件

磁盘存储器的管理课件

磁盘备份与恢复
备份与恢复概述
备份是为了防止数据丢失而将数据复制到其他存储介质的过程，恢复则是将备份的数据还 原到原始位置的过程。
备份策略
根据数据的重要性和业务需求，可以选择不同的备份策略，如完全备份、增量备份和差异 备份等。这些策略各有优缺点，需要根据实际情况进行选择。
恢复流程
恢复流程包括从备份中提取数据、将数据还原到原始位置等步骤。在恢复过程中，需要注 意数据的一致性和完整性，以确保数据的可靠性。
02
磁盘存储器的技术原理
磁盘存储器的物理结构
磁盘片是存储数据的表面，通常 由金属材料制成。
磁盘驱动器是整个磁盘存储器的 控制中心，负责控制磁头的读写 操作和磁盘片的旋转。
01
02
磁盘存储器由磁盘驱动器、磁盘 片和磁头组成。
03
磁头是读写数据的装置，通过悬 浮在磁盘片上方来读写数据。
04
磁盘存储器的数据存储方式
文件系统是操作系统中用于管理磁盘存储空间的软件，它能够记录文件在磁盘上的存储 位置、大小等信息。
常见文件系统
常见的文件系统有FAT32、NTFS、EXT4等。不同的文件系统有不同的特点和适用场景。
文件系统管理任务
文件系统管理主要包括创建文件系统、格式化文件系统、挂载与卸载文件系统等任务。 这些任务能够保证文件系统的正常运行和数据的完整性。
数据以二进制的形式存储在磁盘上，以“位 ”为单位。
每个位都有一个对应的地址，通过该地址可 以访问到该位的数据。
数据以簇为单位进行存储，一个簇包含若干 个位。
磁盘上的数据按照柱面、扇区和簇的层级结 构进行组织和管理。
磁盘存储器的读写原理
当需要读取数据时，磁盘驱动器会控制磁头 定位到相应的数据所在的柱面，并等待该柱 面旋转到磁头下方。

汤子瀛《计算机操作系统》章节题库(磁盘存储器的管理)【圣才出品】

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第8章磁盘存储器的管理一、选择题1．假定盘块的大小为1KB，对于1.2MB的软盘，FAT需占用（）的存储空间。

A．1KBB．15KBC．1.8KBD．2.4KBE．3KB【答案】C【解析】1.2MB/1KB＝1.2K个表项，由于每个FAT表项占12位，（12/8）*1.2K＝1.8KB。

2．对于100MB的硬盘，FAT需占用（）的存储空间。

A．100KBB．150KBC．200KBD．250KBE．300KB【答案】A【解析】100MB/1KB＝100K。

3．从下面的描述中选出一条错误的描述（）A．一个文件在同一系统中、不同的存储介质上的拷贝，应采用同一种物理结构B．文件的物理结构不仅与外存的分配方式相关，还与存储介质的特性相关，通常在磁带上只适合使用顺序结构C．采用顺序结构的文件既适合进行顺序访问，也适合进行随机访问D．虽然磁盘是随机访问的设备，但其中的文件也可使用顺序结构【答案】A【解析】文件结构分为两种，有结构文件和无结构文件。

4．从下面关于顺序文件和链接文件的论述中，选出一条正确的论述（）A．顺序文件适合于建立在顺序存储设备上，而不适合于建立在磁盘上B．在显式链接文件中是在每个盘块中设置一链接指针，用于将文件的所有盘块都链接起来C．顺序文件必须采用连续分配方式，而链接文件和索引文件则可采用离散分配方式D．在MS-DOS中采用的是隐式链接文件结构【答案】C【解析】文件分配对应于文件的物理结构，是指如何为文件分配磁盘块。

常用的磁盘空间分配方法有三种：连续分配、链接分配和索引分配。

顺序分配：顺序分配方法要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。

隐式链接分配：每个文件对应一个磁盘块的链表；磁盘块分布在磁盘的任何地方，除最后一个盘块外，每一个盘块都有指向下一个盘块的指针，这些指针对用户是透明的。

显式链接分配：是指把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。

该表在整个磁盘仅设置一张，每个表项中存放链接指针，即下一个盘块号。

操作系统磁盘存储器的管理

操作系统磁盘存储器的管理

文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的静态联系 • 进程和域之间一一对应 • 在进程的整个生命期中，其可用资源是固定 的 • 称为静态域 • 进程运行的全过程都是受限于同一个域，这 将会使赋予进程的访问权超过实际需要
文件保护
➢ 保护域
➢ 进程和域间的动态联系 • 进程和域之间一多对应 • 将进程的运行分为若干个阶段，每个阶段联 系一个域 • 应增设保护域切换功能
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3 E
F2 F3
W
R*,O R*,O, W
对象 F1
域
D1 O,E
D2
D3
F2 F3
O,R*, R*,O, W* W
W
W
文件保护
➢ 访问矩阵的修改
➢ 拷贝权和所有权都是用于改变矩阵内同一列的各 项访问权，或者说，是用于改变在不同域中运行 的进程对同一对象的访问权
文件保护
1) 双份目录和双份文件分配表
2) 热修复重定向和写后读校验
(1) 热修复重定向(Hot-Redirection)。 系统将磁盘容量的很小一部分作为热修复重定向区， 用于存放当发现磁盘有缺陷时的待写数据
➢ 磁盘高速缓存的形式
(1) 在内存中开辟一个单独的存储空间来作为 磁盘高速缓存，其大小是固定的，不会受应用 程序多少的影响；
(2) 把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池， 供请求分页系统和磁盘I/O时(作为磁盘高速缓 存)共享。
提高磁盘I/O速度的途径
➢ 磁盘高速缓存(Disk Cache)
➢ 数据交付方式
NTFS
1、NTFS新特征 64位地址 可以很好地支持长文件名 具有系统容错功能 能保证系统中的数据一致性 2、磁盘组织 分区称为卷 NTFS以族为磁盘空间分配和回收的基本单位，又 称为卷因子。

磁盘存储器的管理课件

磁盘存储器的管理课件
企业级磁盘存储需求
随着企业数据量的增长，需要高性能、高可靠性和可扩 大的磁盘存储解决方案来满足数据存储、备份和恢复的 需求。
案例分析
介绍企业级磁盘存储解决方案的案例，包括解决方案的 设计、实施、运行和维护等方面的内容，以及该方案为 企业带来的收益和价值。
个人电脑磁盘管理实践操作
个人电脑磁盘管理的重要性
案例分析
介绍大数据存储解决方案的案例，包 括解决方案的设计、实施、运行和维 护等方面的内容，以及该方案为大数 据处理带来的收益和价值。
THANKS
感谢观看
备份方式
常见的备份方式有全量备份、增量备份和差异备份。全量备份是完整地备份整个磁盘，增量备份只备份自上次备份以 来产生变化的文件，差异备份则备份自上次全量备份以来产生变化的文件。
备份恢复工具
常见的备份恢复工具包括Windows的Backup and Restore Center和Linux的tar、rsync等命令行工具。
智能化管理
实现磁盘存储器的智能化 管理，提高存储效率和数 据安全性。
绿色节能
降低磁盘存储器的能耗， 实现绿色环保的存储方式 。
02
磁盘存储器的技术原理
磁盘存储器的物理结构
磁盘存储器由多个磁盘片组成，每个磁盘片被划 分为多个磁道和扇区，用于存储数据。
磁盘存储器的机械结构包括磁头、马达、控制电 路等部分，这些部分协同工作以实现数据的读写 操作。
磁盘存储器的维护与保养
01 定期清洁
使用专业的清洁剂和布料 清洁磁盘表面和内部部件 。
03 防尘措施
保持工作环境的清洁，避
免灰尘进入磁盘内部。
02 温湿度控制
保持适宜的温湿度环境， 避免过热或过湿对磁盘造 成损害。

CentOS 7系统配置与管理 第8章 管理磁盘存储与分区

CentOS 7系统配置与管理 第8章 管理磁盘存储与分区
要先分区，然后进行格式化，最后才能挂载并正常使用。“分区”和“格式化”大家以前经常听到，但 “挂载”又是什么呢？当用户需要使用硬盘设备或分区中的数据时，需要先将其与一个已存在的目录文 件进行关联，而这个关联动作就是挂载。 mount命令用于挂载文件系统，格式为【mount 文件系统 挂载目录】。mount命令中可用的参数有： -a和-t，其作用如下。 -a：挂载所有在/etc/fstab中定义的文件系统。 -t：指定文件系统的类型。 挂载是使用硬件设备前所执行的最后一步操作。只需使用mount命令把硬盘设备或分区与一个目录文件 进行关联，就能在这个目录中看到硬件设备中的数据了。对于比较新的Linux操作系统而言，一般不需要 使用-t参数来指定文件系统的类型，Linux操作系统会自动进行判断。而mount命令中的-a参数会在执行挂 载命令后自动检查/etc/fstab文件中是否疏漏了被挂载的设备文件，如果有，则进行自动挂载操作。
PPT素材：/sucai/ PPT图表：/tubiao/ PPT教程： /powerpoint/ 范文下载：/fanwen/ 教案下载：/jiaoan/ PPT课件：/kejian/ 数学课件：/kejian/shu xue/ 美术课件：/kejian/me ishu/ 物理课件：/kejian/wul i/ 生物课件：/kejian/she ngwu/ 历史课件：/kejian/lish i/
（1）主分区或扩展分区的编号从1开始，到4结束。 （2）逻辑分区从编号5开始。 备注： /dev目录中的sda设备之所以是a，并不是由其插槽决定的，而是由系统内核的识别顺 序来决定的。分区的数字编码不一定是强制顺延下来的，也有可能是手动指定的。因 此sda3只能表示编号为3的分区，而不能判断sda设备上已经存在3个分区。

磁盘存储器的管理 PPT课件

磁盘存储器的管理 PPT课件

应的文件目录项中。
例8.2 文件W.TXT占用了60、86、92、103号物理 块，文件索引表存放在 98号物理块中，W.TXT文件的
文件目录项指向文件索引表，如图8.3所示。
2018/7/29
Page 16
文件目录 文件名 W.TXT 起址 98
逻辑块号 物理块号 0 1 2 3 60 86 92 103 92# 103# 60# 86#
图8.3 索引结构 访问W.TXT文件的过程是： 系统按文件名“W.TXT”查找文件目录表，根据索 引表的起始地址将索引表块读入内存，按索引表查找对 应的物理块号并将物理块读入内存。
2018/7/29 Page 17
结论：无法满足实际应用的需求，需要升级。
思考： 按照当前的存储条件，文件 最大可以达到多少？ 64K
例8.1 文件W.TXT占用了60、86、92、103号物理
块，文件的起始块号 60放在文件说明中，如图8.2所示。
2018/7/29
Page 7
文件目录 文件名 W.TXT 起址 60
60#
86#
92#
103#
86
92
103
图8.2 链接结构
（隐式链接）
优点：可离散分配，解决了碎片问题 缺点：只适合于顺序访问，对随机访问极其低效，不支持直 接访问，不可靠。
分析：物理块的大小为512字节； 每个索引表项占4个字节(可表示物理块号的范围从 0～232-1) ，则一个物理块可存放128个索引表项。
2018/7/29
Page 18
建立二级（多级）索引分配 ，该分配方式的结构如图 8.5所示。
索 引 号 索 引 表 块 (98#) 0 108 块号 108# 210#

第8章 磁盘存储器的管理

第8章 磁盘存储器的管理

7 90 1
…
8.2 外存空间的管理
8.2.3．成组链接法
100 空闲盘块号栈 46 48 3 1 100 210 150
0
经过一段时间的分配 、回收后……
100 5 6 9 … 110 120 …
210
100
210 211 213 … 322
…
…
S.free 0
151 211 154 213
… … 121 322
8.2 外存空间的管理
内存分配
分配单位



1 空闲表法和空闲链表法 2 位示图 3 成组连接
8.2 外存空间的管理
8.2.1空闲表法和空闲链表法

1．空闲表法
8.2 外存空间的管理
8.2.1空闲表法和空闲链表法
2、空闲块（区）链
8.2 外存空间的管理
8.2.2 ．位示图
如果编号都从1 开始，该如何计算
对应物理块：b=n*i+j （1，7）→16*1+7=23
物理块对应位示图哪一位 i=(b-1)DIV n j=(b-1)mod n
如 物理块 30对应于 （1，14） i=30div16=1 J=30mod16=14
8.2 外存空间的管理
8.2.2 ．位示图
思考： 1、位示图分配和回收算法？ 2、根据什么决定位示图由多少 字组成 ？
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
单级索引分配
缺点？ 优点？
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
多级索引分配
8.1外存的组织方式
8.1外存的组织方式
8.1.5 索引结构
混合索引分配（增量式）
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顺序组织
目标：读 128k 数据 (20＋8.3＋16.7)＋(8.3＋16.7)×7＝220(ms)
随机组织
(20＋8.3＋0.5)×256＝7373(ms)
8.1.2 早期的磁盘调度算法
先来先服务FCFS(First-Come, First Served) 根据进程请求访问磁盘的先优后点：次简序单进、行公调平度，
也得不到服务。
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
扫描(SCAN)算法
进程“饥饿”现象
SSTF算法虽然能获得较好的寻道性能，但却可能导 致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。
0
50
160
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
扫描(SCAN)算法
算法过程
① 磁臂从磁盘的一端开始移动； ② 向另一端移动； ③ 同时当磁头移过每个柱面时，处理位于该柱面上
Tt
b rN
r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字 目前磁节盘数的传输速率已达到80MB/s以上，数据传输时间所占 的 效T率比τ和例更T低t相。同可见，，则适访当地问集时中数间据=传T输s +，将Tτ有+利T于t 提高传输
8.1.1 磁盘性能简述
寻道 时间
传输 时间
旋转 延迟 时间
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘存储器管理的主要任务
为文件分配存储空间 合理地组织文件的存储方式，以提高
磁盘的访问速度 提高磁盘存储空间的利用率 提高磁盘I/O速度，改善文件性能 确保文件系统的可靠性（备份）
8.1 磁盘存储器的性能和调度
8.1.1 磁盘性能简述 8.1.2 早期的磁盘调度算法 8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
第八章 磁盘存储器的管理
重点
磁盘调度算法。 外存组织的连续组织、链接组织、索引组织方
式。 空闲空间管理的功能。
知识点
掌握：磁盘调度算法、外存的组织方式。 理解：空闲空间的管理。 了解：提高磁盘I/O速度的途径，提高磁盘可靠
性的技术，数据一致性控制方法等。
第八章 磁盘存储器的管理
8.1 磁盘存储器的性能和调度 8.2 外存的组织方式 8.3 空闲空间的管理 8.4 提高磁盘I/O速度的途径 8.5 提高磁盘可靠性的技术 8.6 数据一致性控制
平均旋转延迟=（0+8.33)/2=4.16
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘访问时间
传 输指时把间数T据t 从磁盘可延读见迟出，时寻间或道Tτ向基时本间磁上T盘S都和写与旋所转入数据所经
如b=N/2，则历的时间。
其大读小/写数与据每的次字节所数读无关/写，的字节数b
而且它通常占据了访问时
Tτ=1/(2r)=T和t 旋转速度有关 间中的大部分
存储相同数目 的二进制位
盘片（1个或多个）、盘面、磁道、扇区
扇区有标识符字段和数据字段
间隙
Sector
Physical Sector 0
Physical Sector 1
Physical Sector 29
定界符
Gap
ID Field
Gap
Data Field
G段ap校G验ap
ID Field
Gap
磁盘访问时间
1.寻道时间TS：TS=m*n+S； 2.旋转延时间Tr：Tr＝1/2r
寻道时间: 20ms
3.数据传输时间Tt ：Tt＝b/rN
磁盘通道传输速率: 1MB/s 访问时间：Ta=Ts+1/2r+b/rN
转速r=3600rpm
每扇区512字节
60*16k=960k<1MB/s
每磁道32 扇区
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘包括一个或多个盘片，每片分2面，每面 可分成若干条磁道，各磁道之间有间隙，每条 磁道上可存储相同数目的二进制位，磁盘密度 即每英寸之中所存储的位数。显然内层磁道的 密度较外层磁道的密度大。
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述
8.1.1 磁盘性能简述
数据的组织和格式
Data Field
Gap
1 0 2 0 3 1 29 2 29 3 Bytes
17 7 41 515 20 17 7 41 515 20
Synch Track Byte #
Head #
Sector #
CRC
Bytes 1 2
1
12
Synch Byte
Data
CRC
1 512 2
ID
Data
Gap Field Gap Field Gap
常数，与磁盘驱 动器的速度有关
启动磁臂时间 2ms
高速 把：<磁=0臂.1m(磁s 头)移动到指定磁道上所经历的时
间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n
条磁道所花费的时间之和， 即
Ts=m×n+s
旋转延迟时间Tτ 指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。如：
7200r/min
每转=60000ms/7200r=8.33ms
1 29 2 29 3
17 7 41 515 20
600 Bytes/Sector
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘的类型
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
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；但由于其结构简单， 故仍广 泛应用于中小型磁盘设备中。
8.1.1 磁盘性能简述
磁盘访问时间 一寻般道：时0.2间msTs
不会出现请求长期得 不到满足；
缺点：未优化， 平均寻道时间
长。
8.1.2 早期的磁盘调度算法
最短寻道时间优先SSTF(Shortest Seek Time First)
要求访问的磁道与当前磁头优所点：在使的每磁次道寻距道离时最
近。
间最短；
缺点：不能保证平均 寻道时间最短；可能 导致距离远的进程总
的服务请求； ④ 当到达另一端时，磁头改变移动方向，处理继续； ⑤ 磁头在磁盘上来回扫描度算法
8.1.3 基于扫描的磁盘调度算法
循环扫描(CSCAN)算法
SCAN方法的缺点 刚移过的磁道的等待时间长。
解决方法
规定磁头单向移动。减少刚移过的磁道的等 待时间。