操作系统-课堂笔记-磁盘调度（南航）
文章目录
- 存储管理-磁盘调度
- CHS寻址 磁道：盘面：扇区
- 工作原理
- 相关计算
- LBA寻址
- LBA简介
- 相关计算
- 磁盘（磁臂）调度算法
- 1.先来先服务
- 2.最短寻道时间优先
- 3.电梯调度算法
- 4.循环扫描算法
存储管理-磁盘调度
CHS寻址 磁道：盘面：扇区
工作原理
- CHS全称：Cylinder-Head-Sector即柱面(磁道)/盘面/扇区 寻址方式，是早期IBM PC架构上用来进行磁盘寻址的方法。
- 来张图
- 下面分别介绍C, H, S
- 首先是C:Cylinder译为柱面，也可以译为磁道，示意图见上图。
- H：Head译为磁头也可以理解成盘面（含义是相同的），上图所示，现在只需要知道一个盘面一般有上下两面，分别对应一个磁头，即一个盘面对应2个磁头，可以称为上盘面磁头和下盘面磁头。
- S：Sector译为扇区，上图所示，扇区是硬盘寻址的最小单位，一般一个扇区保存512字节，这个记忆下来就好。
现在明白了什么是CHS，那么我们到底是怎么控制磁头，从而能让这种寻址方式跑起来，帮助我们找到要找的数据呢？
- 还是看要看上面的图：上图可以看出，每个盘面是中空的，其实中间是一个控制转轴， 其目的是让各个盘面高速旋转起来，目前主流硬盘旋转速度有5400转/min和7200转/min，单位是每分钟哦~好的，现在盘面已经转起来了。
- 现在我们假设磁头不动，盘面在转，那么磁头就能遍历一整个磁道，即可以访问整磁道上的数据。
- 那么问题来了，怎么能让我的磁头访问到整个盘面的数据呢？聪明的你一定想到两种方案，一是让磁头动起来，在半径方向上移动，二是多装一些磁头，使磁头覆盖整个半径。很显然前者是一种比较划算的实现方式，后者我个人认为是完全可行的方案，而且还能大大提高访问速度。不过目前市场上的硬盘都是方式一，方式二实现起来可不能很不划算。
- 让磁头在半径方向上移动起来，并且配合盘面的高转速，现在我们就能够访问整个盘面上的数据了。
相关计算
现在我们已经明白什么是CHS，以及CHS的基本工作原理，那么下面就进行一些计算。
CHS的组成：
- 一共24个比特位(最传统的实现，还有28位的实现，这里我们只讨论24位的)
- Cylinder 10位 — 210=1024个磁道，即一个盘面可以被划分成1024个同心圆
- Head 8位—28=256个磁头，有256个磁头意味着可以寻址256个盘面
- Sector 6位—26=64个扇区，即一个柱面有64个扇区
- 最大寻址空间的计算：现在就很容易计算了，能寻址256个盘面，一个盘面可以分割成1024个磁道，一个同心圆又有64个扇区，那么我现在就有 1024x256x64=16K个扇区了
- 要想计算存储空间还得知道一个扇区能保存多少字节的内容，这里硬记下来就好，一般一个扇区保存512B，那么16Kx512=8G（224x29=233），现在就算明白了。
其实上面的计算不太对，原因如下：
- 越靠近圆心的磁道其周长越小，那么扇区数就会越小。
- 上面的计算忽略了上述圆的特性，只是一个示例计算，其结果是不对的。
问题来了，我们算出来最大寻址8G，现在很多硬盘都1T是怎么回事？
- 首先CHS经过一次扩展，从24位扩展到28位，那也只能寻址128G，所以后来出现了LBA
注意事项
BIOS int 0x13调用是和读磁盘相关的，需要注意的是CHS寻址的单位是磁道，而不是盘面。笔者在读Linux0.11内核源码时遇到与此相关的内容，思考了好久，发现之前理解错了。
为什么现代OS不使用CHS呢？
- 早期OS也使用CHS寻址方式
- 技术发展后，不同磁道的扇区数不同
- 地址位数确定后，容量不容易扩展
LBA寻址
LBA简介
LBA：Logical Blokc Address
- 寻址的基本单位是块（block）
- 地址线性增长：0,1,2,3,…
- 块的大小是扇区大小的整数倍：一般为4K！
- 在OS看来，一块磁盘可以当作block类型的一维数组
LBA的出现是用来取代CHS的，那么LBA是如何寻址的呢？ - LBA是一个整数，通过转换，成为CHS格式完成磁盘寻址。
- LBA采用48个比特位寻址，最大寻址空间位128PB
- 即LBA将CHS这种三维寻址转变成一维的线性地址，所谓一维即扇区号
相关计算
其实LBA与CHS相关计算的思路很简单，举个例子，现在有一个三维数组a[4][3][2],那么请问这个数组里有多少元素呢？很简单432=24，这就是一个三维到一维的转换。
那么再来一个问题，我问a[2][2][1]是第几个元素：计算方法：232+2*2+1-1
同理LBA的计算公式（与上式对比容易理解）：
LBA=磁头数（盘面数）x 每磁道扇区数 x 当前柱面号 + 没磁道扇区数 x 当前所在磁头号 + 当前所在扇区号 - 1
例如CHS=0/0/1，那么LBA=255630+63*0+1-1=0,即 0柱面，0磁头，1扇区，是逻辑 0扇区。
磁盘（磁臂）调度算法
为什么需要磁盘调度算法？回想下从磁盘上读写数据的过程：
- 移动磁头到指定磁道上—寻道时间
- 等待磁盘旋转，直到需要读写的扇区在磁头下面—旋转延迟时间
- 传输数据—把数据从磁盘读出或写入
- 其中前两者的耗时比较长
- 磁盘调度问题的目的是减少寻道时间
- 更确切的说是：磁臂调度问题
磁臂调度算法分类：
- 先来先服务
- 最短寻道时间优先
- 电梯调度算法
- 循环扫描算法
先把题目给出来，便于后面讨论：
假设给定一组磁盘读写请求访问的磁道号是：55,58,39,18,90,160,150,38,18
- 当前磁头处于100号磁道上
问应当如何满足这些访问磁盘的请求，使得：
- 磁道的移动距离尽量短
- 尽量公平（至少不发生饿死）
1.先来先服务
是一种简单、公平、低效的方法：
访问顺序是：55,58,39,18,90,160,150,38,18
磁臂移动距离：45+3+19+21+72+70+10+112+20
2.最短寻道时间优先
是一种高效、不公平（磁臂容易停留在中间区域）
访问顺序是： 90,58,55,39,38,18,150,160,184
每次都找距离本磁道最近的磁道访问
磁臂移动距离：10+32+3+16+1+20+132+10+24
3.电梯调度算法
沿着某个方向移动，直到该方向没有请求，逆转方向
访问顺序：150,160,184,90,58，55,39,38,18
磁臂移动距离：50+10+24+94+32+3+16+1+20
4.循环扫描算法
只沿一个方向移动（没有逆转操作），移动到最边缘，直接返回最开始的地方
- 是一种折中的方案，能降低最坏情况下的时延
访问顺序：150,160，184,18,38,39,55,58,90
磁臂移动距离：50+10+24+166+20+1+16+3+32
思考一个问题：磁臂调度算法在何处实现？
- 驱动程序？
- 中断处理程序？
- 硬件设备？
驱动程序！
如果觉得写的不错，对你有帮助，点个赞鼓励一下叭！
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