温彻斯特盘：理解磁盘结构与调度算法

本讲义主要探讨了操作系统中的一个重要概念——温彻斯特盘（Winchester Disk），这是一种早期的大容量存储器结构，特别是在磁盘驱动器技术的发展史上占有重要地位。章节详细介绍了磁盘结构、磁盘调度以及相关的管理策略。 14.1 磁盘结构部分，现代磁盘驱动器被设计为一维逻辑块数组，逻辑块是数据传输的基本单元。扇区是磁盘物理上的最小存储单元，通常按照顺序映射到磁盘上，首先按磁道内的顺序，接着按柱面内磁道，最后按从外向内的柱面顺序排列。然而，实际操作中需考虑磁盘的缺陷扇区和非固定扇区数量，以及磁盘的线性速度、位密度和恒定角速度（CAV）特性。 14.2 磁盘调度旨在优化硬盘使用效率，确保快速访问速度和宽广的磁盘带宽。带宽衡量的是数据传输速率，包括寻道时间和旋转延迟，这两个因素直接影响访问时间。常用的磁盘调度算法包括： - FCFS（First-Come, First-Served，先来先服务）：按请求顺序处理，简单但可能导致等待时间不均等。 - SSTF（Shortest Seek Time First，最短寻道时间优先）：优先处理距离当前磁头位置最近的请求，虽然能减少平均寻道时间，但可能导致某些请求长时间等待。 - SCAN（SequentialSCAN）或"电梯"算法：磁头沿磁盘径向移动，逐个处理柱面上的请求，确保所有请求都有机会被处理，但可能不是最高效的。 - C-SCAN：是SCAN的改进版本，提供更均匀的等待时间，通过优化磁头移动路径来改善磁盘I/O性能。 这些调度算法的选择取决于系统需求和性能优化的目标，如响应时间、吞吐量或公平性。理解并掌握这些原理对于操作系统设计者和系统管理员来说至关重要，因为它们直接影响系统的整体性能和用户体验。此外，了解磁盘管理和RAID结构也是本章的重要内容，特别是第三级存储结构的组织和管理，它涉及多层次的数据存储和冗余技术，以提高数据的安全性和可靠性。