2.7.1 磁盘管理-01

本课核心知识点整理

本节导学

磁盘既是外存的一部分，也常被放到设备管理里讨论。字幕里说得很直接：磁盘管理既有存储管理属性，也有设备管理属性。软件设计师考试常见三类题：磁盘存取时间计算、单/双缓冲区处理、磁盘调度算法。

理解磁盘题，要先理解它为什么慢。磁盘访问慢的主要原因不是 CPU 算不动，而是机械定位需要时间：磁头要移动到目标磁道，盘片要转到目标扇区，然后才开始传输数据。

磁盘结构

结构	含义
盘面	一个磁盘可有多个盘面
磁道	盘面上的同心圆轨迹，通常由外向内编号递增
扇区	磁道再划分出的扇形区域，是常见读写单位
柱面	多个盘面上相同编号磁道组成的“柱状”集合
磁头	负责移动到目标磁道并读写数据

读写时通常先完成“寻道”，即磁头移动到目标磁道/柱面；再等待目标扇区随盘片旋转到磁头下；最后进行实际数据传输。

磁盘访问时间

磁盘访问通常包括：

$$\text{访问时间}=\text{寻道时间}+\text{旋转延迟}+\text{传输时间}$$

寻道时间是磁头移动到目标磁道的时间；旋转延迟是等待目标扇区转到磁头下的时间；传输时间是数据真正读写的时间。题目给转速时，平均旋转延迟通常取旋转一周时间的一半。

如果磁盘转速为每分钟 $r$ 转，则一圈时间为：

$$\frac{60}{r}\text{ 秒}$$

平均旋转延迟为：

$$\frac{30}{r}\text{ 秒}$$

为什么需要缓冲与调度

磁盘和 CPU、内存之间速度差异明显。缓冲区可以让数据读入、送入用户区、用户处理这几个阶段部分重叠，减少等待。双缓冲比单缓冲更容易形成流水式重叠：一个缓冲区向用户区传送时，另一个缓冲区可以继续接收磁盘数据。

调度算法则通过改变请求服务顺序，减少磁头来回移动。磁头移动越少，寻道时间越小，整体访问性能越好。

做题路线

1. 访问时间题先拆三部分：寻道、旋转、传输。
2. 平均旋转延迟通常取半圈时间。
3. 缓冲题要看哪些阶段能并行，单缓冲和双缓冲不要按完全串行算。
4. 调度题先把当前磁头位置和请求柱面画到数轴上。
5. 磁盘调度优化的核心通常是减少磁头移动距离。

例题

单选

磁盘访问时间通常由哪几部分组成？

A寻道时间+旋转延迟+传输时间B编译时间+链接时间C响应时间+周转时间D页表时间+段表时间

单选

磁盘调度算法主要优化的是：

ACPU速度B内存容量C磁头移动距离D文件名长度

单选

若题目问平均旋转延迟，通常取：

A一圈时间B半圈时间C两圈时间D传输时间

自查要点

1. 磁道、扇区、柱面分别是什么？
2. 为什么磁盘访问时间不能只算传输时间？
3. 磁盘调度为什么要减少磁头移动？