浅谈计算机中的存储模型（四）磁盘

最后一片文章简单聊聊磁盘相关知识

前几篇文章

浅谈计算机中的存储模型（一）存储体系

浅谈计算机中的存储模型（二）物理内存

浅谈计算机中的存储模型（三）虚拟存储器

目录

磁盘

磁盘结构

磁盘存取

磁盘调度

磁盘调度算法

FCFS

SSTF

SCAN

磁盘缓冲和预读

磁盘

磁盘是计算机物理存储媒介，一般我们的程序在未执行前都是保存在磁盘上 。因为磁盘读取速度慢，所以相对价格相对低廉，容量也大

磁盘结构

从侧面我们可以看到磁盘实际上是物理运动，磁盘读取数据时实际上是磁头在不断的转动。所以实际上磁盘的执行速度满了内存大约100000倍左右。



俯视图我们可以看到磁盘也是分块的，一个扇区为一块，一般一块大小为512B，同圆的扇区（同心环）构成了一个磁道，扇区中间存在间隙，间隙是不存出数据的。

从图中我们能看出虽然扇区的大小不同，从外侧到内侧减小，但是容量都一样，所以外侧面积大的扇区密度小，内侧面积小的扇区密度大。

磁盘存取

磁盘一般是被磁盘控制器控制来存取数据的



磁盘控制器可以控制多块磁盘。磁盘控制器将数据从磁盘读取到IO总线上，通过总线传送到内存中去，内存其实相当于磁盘的一个高速缓存。

磁盘存取一般分为三个步骤：

1.寻道时间

磁盘控制器将磁头组合定位到磁盘所在磁道的主面上所需要的时间

2.旋转延迟

磁盘控制器等待访问块的第一个扇区转到磁头下的时间

3.传输时间

当磁盘控制器读取或写数据时，数据所在磁盘和扇区间的空隙经过磁头的时间。

磁盘调度

数据是磁盘控制器控制磁头组合来读取数据的，但是磁头组合只有一个，而页面请求顺序是随意的，我们要在最短的时间内完成最多的页面请求，这就要通过磁盘调度算法。

注意磁盘也会根据内存的分页机制来进行分页，保持和内存基本大小单位一致，这是由操作系统决定的。

[b]FCFS–先来先服务调度算法[/b]

原理：磁盘页面请求排成一个队列，先请求的我们先读它，后请求的我们后来再读它。

优点：公平

缺点：效率太低

题目：

假设磁盘访问序列：98，183，37，122，14，124，65，67。读写头起始位置：53。求：磁头服务序列和磁头移动总距离（道数）。

如下图



图片来源百度百科

[b]SSTF–最短寻道时间算法[/b]

原理：优先选择当前距离磁头最近的请求，离我最近的我肯定访问最快。

优点：改善了平均耗时

缺点：某些请求比如距离磁头比较远的请求可能长时间得不到响应。

如下图



图片来源百度百科

[b]SCAN–电梯调度算法[/b]

原理：当有访问请求时，磁头按一个方向移动，此方向服务完毕后，转换方向，类似电梯，一次从底层到顶曾送完人，在从顶层向底层送，不会乎高乎低。磁盘也是高速旋转设备，让它停止并转换方向也是非常耗时的。

优点：寻道性能好，可避免饥饿现象。

如下图



图片来源百度百科

磁盘预读和磁盘缓冲

这二者都是为了提高性能和效率，如何衡量性能和效率呢，就是磁盘IO的次数，次数越少说明性能和效率越高。

磁盘预读：每次磁盘读取数据时，总会多读几页数据，因为存储是顺序存储的，用到此块数据很大可能会用到相邻的后几块数据，提前从磁盘读出可以减少磁盘IO次数。预读的页一般是证书呗

磁盘缓冲：磁盘缓冲也是，我们每次写磁盘文件时并不会立刻写入到磁盘中去，比如你给文件中一个字母a，它如果立刻写入磁盘那效率可就太低了，实际上是先写到缓冲中，等到缓冲满或者有必要时才刷新到磁盘中去。

磁盘就简单介绍到这里，如果想详细了解磁盘内部的一些知识，推荐去看《数据库系统实现》这本书的磁盘部分，讲的比较详细。

计算机中的存储模型通过这几篇文章我就简单介绍到这里，我的目的是希望能构建出一个存储模型的体系结构，很多地方并没有深入，个人觉得如果能形成一个存储体系结构在脑海中，这部分知识就算是理解了，接着再想了解或深入其他相关的知识直接去看就好。

完