磁盘结构与调度策略：优化存储性能

"这篇讲义主要探讨了操作系统中与大容量存储器结构相关的知识点，特别是关注性能速度、可靠性和价格的方面。它涉及到磁盘结构、磁盘调度、磁盘管理等多个主题，以及如何通过不同的调度算法来优化磁盘访问速度和带宽利用。" 在操作系统中，性能速度是衡量系统效率的关键指标，特别是在处理大容量存储设备时。速度通常由带宽和延迟这两个关键参数来衡量。带宽指的是数据传输的速度，分为持续带宽和有效带宽。持续带宽是指在没有中断的情况下，大传输任务的平均数据传输率。有效带宽则考虑了所有操作时间，包括寻道和定位等非传输时间的平均传输速率。例如，磁盘驱动器的带宽通常指持续带宽，而不同类型的存储设备如磁盘、磁带和光盘塔在延迟方面存在显著差异，其中磁盘最快，磁带次之，光盘塔最慢。 延迟是评价设备响应能力的重要因素，它包括寻道时间和旋转延迟。寻道时间是磁臂移动到目标柱面所需的时间，而旋转延迟则是等待目标扇区旋转到磁头下方的时间。磁盘调度算法如FCFS（先来先服务）、SSTF（最短寻道时间优先）和SCAN/C-SCAN（电梯调度算法）等，被设计用来优化寻道时间和提高整体访问效率。SSTF算法虽然能减少平均寻道时间，但可能造成某些请求的“饥饿”现象，即某些请求长时间得不到服务。而SCAN和C-SCAN算法则致力于提供更均匀的等待时间，尤其在处理大量并发请求时，能够提高系统的公平性和整体性能。 磁盘结构方面，现代磁盘驱动器以逻辑块数组的形式存在，这些块按特定顺序映射到物理磁盘上。考虑到磁盘可能存在缺陷扇区，操作系统需要进行映射以确保数据的可靠存储。此外，磁盘的物理特性如常量线性速度和恒定圆角速度影响了其读写性能。 RAID（冗余磁盘阵列）结构是提高存储性能和可靠性的常见方法，通过组合多个磁盘以实现更高的带宽、数据冗余或两者兼有。交换空间管理和第三级存储结构则涉及内存管理，如何在主存和磁盘之间高效地分配和使用资源，以优化系统性能和资源利用率。 这篇讲义详细阐述了操作系统如何管理和优化大容量存储设备的性能，以及如何通过各种策略平衡速度、可靠性和成本之间的关系。对于理解操作系统底层运作和优化存储系统设计具有重要的理论和实践价值。