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湍韦
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1 操作系统 2014 春第 7 章磁盘管理授课人 : 孙海龙 2014 年 5 月 16 日内容提要磁盘的工作原理磁盘组织与 OS 启动保证磁盘的可靠性提高 I/O 访问速度磁盘管理的实例 1

2 提高 I/O 速度的主要途径选择性能好的磁盘并行化采用适当的调度算法设置磁盘高速缓冲区 IBM System 305 RAMAC(1956 年 ) 第一个使用移动磁头硬盘的商业计算机 ( 容量 :5M 字符 MB) 2

3 温彻斯特盘磁头 0 扇区磁道 0 磁柱面 0 柱面 1 柱面 2 头架 1973 年,IBM: 磁头与盘片不接触基本概念扇区 (sector) 盘片被分成许多扇形的区域磁道 (track) 盘片上以盘片中心为圆心, 不同半径的同心圆柱面 (cylinder) 硬盘中, 不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱每个磁盘有两个面, 每个面都有一个磁头 (head) 3

4 磁盘的组织读一个扇区需要柱面 / 磁头 / 扇区现代磁盘驱动器可以看做一个一维的逻辑块的数组, 逻辑块是最小的传输单位一维逻辑块数组按顺序映射到磁盘的扇区扇区 0 是最外面柱面的第一个磁道第一个扇区该映射是先按磁道内扇区顺序, 再按柱面内磁道顺序, 再按从外到内的柱面顺序来排序的 Sector Physical Sector 0 Physical Sector 1 Physical Sector 29 Bytes ID Data ID Data Gap Field Gap Field Gap Gap Field Gap Field Gap ID Data Gap Field Gap Field Gap Synch Byte Track # Head # Sector # CRC Synch Byte Data CRC 600 Bytes/Sector Bytes

5 绝大多数磁盘都有一些缺陷扇区, 因此映射必须用磁盘上的其他空闲扇区来替代这些缺陷扇区对于磁盘, 每个磁道的扇区数并不是常量磁道的位密度具有两个环带的磁盘物理规格经过虚拟的磁盘几何规格 5

6 Flash Disk NOR 技术是由 Intel 公司 1988 年首先推出 NOR 则是为了满足程序代码的高速访问, 并且支持程序在芯片内部运行工作电压低随机读取快功耗低稳定性高 NAND 技术是由东芝公司 1989 年发明 NAND 技术在设计之初是为了数据存储应用 NAND 则写回速度快芯片面积小, 特别是容量大有很大优势 6

7 NAND 的地址分为三部分 : 块号块内页号页内字节号一次数据访问,NAND 一般是经过三次寻址, 先后确定块号块内页号和页内字节号, 至少占用三个时钟周期, 因此随机字节读写速度慢 NOR 的地址线足够多, 且存储单元是并列排布, 可以实现一次性的直接寻址另外, 由于 NOR 的数据线宽度很大, 即使容量增大, 它的数据寻址时间基本上是一个常量, 而 NAND 则比较困难在数据传输速度上,NOR 无论是在随机读取还是连续传输速度上都比 NAND 快, 但相对而言, 在连续大数据传输速度上, 二者差异较小从产品成本来看,NOR Flash 的平均每 MB 成本是 NAND Flash 成本的三到四倍 7

8 Flash Disk 的特征是低功耗大容量数据访问速度高没有高速的机械部件, 可以在剧烈振动的环境中工作 ; 零下 45 摄氏度到零上 85 摄氏度 Flash Disk 执行一次数据读写的周期比硬盘短即使是较慢的 NAND 型 Flash Memory 作为存储载体的 Flash Disk 执行一次数据访问的周期大致为 15-30μs, 比起硬盘的 5ms 问题 : 容量可靠性内容提要磁盘的工作原理磁盘组织与 OS 启动保证磁盘的可靠性提高 I/O 访问速度磁盘管理的实例 8

9 磁盘与操作系统启动主引导扇区 (MBR) 分区表 (DPT) 分区引导扇区 (VBR-volume boot record) 主引导扇区 (MBR) 硬盘的 0 柱面 0 磁头 1 扇区称为主引导扇区 ( 也叫主引导记录 MBR), 该记录占用 512 个字节, 它用于硬盘启动时将系统控制权转给用户指定的在分区表中登记了某个操作系统分区 MBR 的内容是在硬盘分区时由分区软件 ( 如 FDISK) 写入该扇区的,MBR 不属于任何一个操作系统, 不随操作系统的不同而不同, 即使不同,MBR 也不会夹带操作系统的性质, 具有公共引导的特性 9

10 MBR 组成主引导程序代码, 占 446 字节硬盘分区表 DPT, 占 64 字节主引导扇区结束标志 AA55H 10

11 启动过程启动 PC 机时, 自举程序 INT 19H 读系统磁盘 0 柱面 0 磁头 1 扇区的主引导扇区 MBR 的内容到内存指定单元 0:7C00 首地址开始的区域执行 MBR 程序段扫描分区表查找活动分区 ; 寻找活动分区的起始扇区 ; 将活动分区的引导扇区读到内存 ; 执行引导扇区的运行代码硬盘分区表 DPT 从偏移 01BEH 开始到偏移 01FDH 结束的 64 字节硬盘分区表分为四小部分, 每一小部分表示一个分区的信息, 占 16 字节第 0 个字节是自举标志, 其值为 80H 时表示该分区是当前活动分区第 4 字节是分区类型 11

12 8.46GB 问题第 1 至第 3 字节是该分区起始地址其中第 1 字节为起始磁头号 ( 面号 ); 第 2 字节的低 6 位为起始扇区号, 高 2 位则为起始柱面号的高 2 位 ; 第 3 字节为起始柱面号的低 8 位柱面号最大值为 2^10 = 1024 扇区号不会超过 2^6-1 = 63 磁头号不会超过 2^8 = = 16,515,072 这个扇区之前的所有物理扇区所包含的字节数为 : 16,515, Bytes 8.46GB INT 13 服务扩展标准 12

13 分区引导扇区 VBR(Volume BOOT RECORD) 由 FORMAT 等高级格式化命令写到该扇区的内容 ; VBR 是由硬盘的 MBR 装载的程序段 VBR 装入内存后, 即开始执行该引导程序段, 其主要功能是完成操作系统的自举并将控制权交给操作系统每个分区都有引导扇区, 但只有被设为活动分区的 VBR 才会被 MBR 装入内存运行 VBR 主要部分跳转指令, 占用 3 个字节的跳转指令将跳转至引导代码厂商标识和 DOS 版本号, 该部分总共占用 8 个字节 BPB(BIOS Parameter Block, BIOS 参数块 ) 操作系统引导程序结束标志字, 结束标志占用 2 个字节, 其值为 AA55 13

14 磁盘的类型固定头磁盘移动头磁盘磁盘访问时间寻道时间旋转延迟时间传输时间磁头架磁头 0 扇区磁道 0 柱面 0 柱面 1 柱面 2 User Thread Queue [OS Paths] Controller Response Time = Queue+Disk Service Time Disk 14

15 寻道时间这是把磁臂 ( 磁头 ) 从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间该时间是启动磁盘的时间 s 与磁头移动 n 条磁道所花费的时间之和 T s = m n + s 旋转延迟时间对于硬盘, 典型的旋转速度为 r/min, 每转需时 16.7 ms, 平均旋转延迟时间 T r 为 8.3 ms 对于软盘, 其旋转速度为 300 或 600 r/min, 这样, 平均 T r 为 50~100 ms 15

=b/(rn) 传输数据的大小 ( 通常是 1 个扇区 ): 512B 旋转速度

如果传输 1K 字节, 此时总的访问时间为 31 ms, 传输时间所占比例是相当地小

16 传输时间 T t 是指把数据从磁盘读出, 或向磁盘写入数据所经历的时间,T t 的大小与每次所读 / 写的字节数 b, 旋转速度 r 以及磁道上的字节数 N 有关 T t =b/(rn) 传输数据的大小 ( 通常是 1 个扇区 ): 512B 旋转速度 :3600 RPM ~ RPM 典型的传输速度 :2MB~50 MB/ 秒总时间 T a T a = T s +1/(2r)+ b/(rn) 例如 : 假定寻道时间和旋转延迟时间平均为 30 ms, 而磁道的传输速率为 1 MB/s, 如果传输 1K 字节, 此时总的访问时间为 31 ms, 传输时间所占比例是相当地小当传输 10K 字节的数据时, 其访问时间也只是 40 ms, 即当传输的数据量增加 10 倍时, 访问时间只增加了约 30% 16

17 先来先服务最短寻道时间优先磁盘调度算法先来先服务磁头移动距离 :640 个柱面 17

18 最短寻道时间优先 (SSTF) 磁头移动距离 :236 个柱面 SSTF 的问题饥饿 (Starvation) 现象远处的磁道一直无法访问调度的两个评价标准 : 效率 + 公平 18

19 改进算法不仅考虑磁道的距离, 还要考虑磁头移动方向扫描算法 ( 电梯算法 ) 循环扫描算法扫描算法 (Scan) 磁头移动距离 :208 个柱面 19

20 循环扫描算法 (C-Scan) 磁头移动距离 :? 个柱面 Scan 和 C-Scan 的问题磁头总是扫描到最里 / 最外磁道才返回改进 : Scan=>Look( 查看扫描 ) C-Scan=>C-Look( 循环查看扫描 ) C Look 算法 20

21 其他改进算法磁臂粘着现象 : 有一个或几个进程对某一磁道有较高的访问频率, 即这个 ( 些 ) 进程反复请求对某一磁道的 I/O 操作, 从而垄断了整个磁盘设备 N-Step-SCAN 将请求队列分成分成长度为 N 的子队列, 队列之间采用 FCFS, 队列内部采用 SCAN N 很大 ~SCAN;N=1~FCFS FSCAN 2-Step-SCAN, 请求队列分为两个子队列 ( 当前请求和新请求 ) 内容提要磁盘的工作原理磁盘组织与 OS 启动保证磁盘的可靠性提高 I/O 访问速度磁盘管理的实例 21

RAID 廉价冗余磁盘阵列,Redundant arrays of inexpensive disks 利用冗余技术提高可靠性利用并行提高性能具有 N 个磁盘的磁盘组中某些磁盘比特定磁盘具有较高的出错率假设单个磁盘的平均损坏时间为 100000 小时, 具有 100 个磁盘的阵列中某些磁盘的平均损坏时间为 (100000/100) 小时, 大约是

22 RAID 廉价冗余磁盘阵列,Redundant arrays of inexpensive disks 利用冗余技术提高可靠性利用并行提高性能具有 N 个磁盘的磁盘组中某些磁盘比特定磁盘具有较高的出错率假设单个磁盘的平均损坏时间为小时, 具有 100 个磁盘的阵列中某些磁盘的平均损坏时间为 (100000/100) 小时, 大约是天 RAID 一种把多块独立的硬盘 ( 物理硬盘 ) 按照不同方式组合起来形成一个硬盘组 ( 逻辑硬盘 ), 从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术组成磁盘阵列的不同方式称为 RAID 级别 (RAID Levels) 数据冗余的功能是在用户数据一旦发生损坏后, 利用冗余信息可以使损失数据得以恢复, 从而保障了用户数据的安全性 22

23 RAID 的优点成本低, 功耗小, 传输速率高 RAID 比起传统的大直径磁盘驱动器来, 在同样的容量下, 价格要低许多 RAID 让很多磁盘驱动器并行传输数据, 比单个磁盘驱动器提高几倍几十倍甚至上百倍的速率有效缓解了快速的 CPU 与慢速的磁盘之间的矛盾可提供容错功能普通磁盘驱动器只能通过 CRC( 循环冗余校验 ) 码提供简单的容错,RAID 建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上, 可提供更高的安全性数据分段并行交叉存取数据分段 : 把一个文件的数据分成多个条带 (striping) 写到多个硬盘, 每个条带的大小可以按需调整 23

RAID 分级 RAID 有六个级别, 其级别分别是 0 1 2 3 4 5,6, 后来还出现了 RAID0+1(

24 RAID 分级 RAID 有六个级别, 其级别分别是 ,6, 后来还出现了 RAID0+1( 也称 RAID10) RAID 0 该级仅提供了并行交叉存取它虽然有效提高了磁盘 I/O 速度, 但并无冗余校验功能 24

25 RAID0 中的数据映射逻辑盘物理盘 0 物理盘 1 物理盘 2 物理盘 3 条带 0 条带 1 条带 2 条带 3 条带 4 条带 5 条带 6 条带 7 条带 8 条带 9 条带 10 条带 11 阵列管理条带 0 条带 1 条带 2 条带 3 条带 4 条带 5 条带 6 条带 7 条带 8 条带 9 条带 10 条带 11 RAID0: Demo RAID1 镜像磁盘冗余阵列, 将每一数据块重复存入镜像磁盘, 以改善磁盘机的可靠性镜像盘也称拷贝盘, 使有效容量下降了一半, 成本较高 25

26 读性能好, 写性能由最差的磁盘决定 ; 可靠性高 ; 代价较高 RAID1: Demo RAID 10 综合 RAID 0 和 RAID 1 的特点先分块后镜像先镜像后分块 RAID01: Demo RAID10: Demo 26

27 RAID2 采用海明码纠错的磁盘阵列, 将数据位交叉写入几个磁盘中 A0 A1 A2 A3 Ecc/Ax Ecc/Ay Ecc/Az B0 B1 B2 B3 Ecc/Bx Ecc/By Ecc/Bz C0 C1 C2 C3 Ecc/Cx Ecc/Cy Ecc/Cz D0 D1 D2 D3 Ecc/Dx Ecc/Dy Ecc/Dz RAID2 的特点并行存取, 各个驱动器同步工作使用海明编码来进行错误检测和纠正, 数据传输率高需要多个磁盘来存放海明校验码信息, 冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比是一种在多磁盘易出错环境中的有效选择, 并未被广泛应用, 目前还没有商业化产品 27

28 RAID 3 采用奇偶校验冗余的磁盘阵列, 也采用数据位交叉, 阵列中只有一个校验盘位异或字节校验码产生器 A0 A1 A2 A3 A 校验码 B0 B1 B2 B3 C0 C1 C2 C3 D0 D1 D2 D3 B 校验码 C 校验码 D 校验码 RAID3 的特点将磁盘分组, 读写要访问组中所有盘, 每组中有一个盘作为校验盘校验盘一般采用奇偶校验简单理解 : 先将分布在各个数据盘上的一组数据加起来, 将和存放在冗余盘上一旦某一个盘出错, 只要将冗余盘上的和减去所有正确盘上的数据, 得到的差就是出错的盘上的数据缺点 : 恢复时间较长 28

29 RAID4 并行处理磁盘阵列 : 一种独立传送磁盘阵列, 采用数据块交叉, 用一个校验盘将数据按块交叉存储在多个磁盘上数据块校验码产生器 A0 A1 A2 A3 A 校验码 B0 B1 B2 B3 C0 C1 C2 C3 D0 D1 D2 D3 B 校验码 C 校验码 D 校验码 RAID4 的特点冗余代价与 RAID3 相同访问数据的方法与 RAID3 不同在 RAID3 中, 一次磁盘访问将对磁盘阵列中的所有磁盘进行操作 RAID4 出现的原因 : 希望使用较少的磁盘参与操作, 以使磁盘阵列可以并行进行多个数据的磁盘操作 29

30 RAID5 一种独立传送磁盘阵列, 采用数据块交叉和分布的冗余校验, 将数据和校验都分布在各个磁盘中, 没有专门的奇偶校验驱动器校验码产生器 A0 B0 C0 D0 0 校验码 A1 B1 C1 1 校验码 E1 A2 B2 2 校验码 D2 A3 3 校验码 C3 D3 E2 E3 4 校验码 B4 C4 D4 E4 RAID5: Demo RAID4 和 RAID5 中的信息分布 P0 P P1 P P2 8 9 P P3 P4 12 P4 P P P5.. RAID3 和 RAID4 RAID5 30

31 RAID6 双维奇偶校验独立存取盘阵列, 数据以块 ( 块大小可变 ) 交叉方式存于各盘, 检纠错信息均匀分布在所有磁盘上校验码产生器 A0 B0 C0 0 校验码 A1 B1 1 校验码 A 校验码 A2 2 校验码 B 校验码 D1 3 校验码 C 校验码 C1 D2 D 校验码 B2 C2 D3 RAID6 的特点写入数据要访问 1 个数据盘和 2 个冗余盘 ; 可容忍双盘出错 ; 存储开销是 RAID5 的两倍 31

32 RAID7 采用 Cache 和异步技术的 RAID6 较高的响应速度和传输速率 A0 A1 A2 实时操作系统 A 校验码 B0 B1 B2 B 校验码 C0 C1 C2 C 校验码内容提要磁盘的工作原理磁盘组织与 OS 启动保证磁盘的可靠性提高 I/O 访问速度磁盘管理的实例 32

33 提高磁盘 I/O 速度磁盘高速缓存的形式独立缓存以虚拟内存为缓存数据交付直接交付指针交付置换算法周期性写回周期性地将 disk cache 中被修改过的内容写回磁盘优化数据布局优化物理块的分布连续摆放, 使磁头的移动距离最小, 比如 : 安排一个文件的两块数据块在同一磁道, 消除磁头在磁道间的移动优化索引节点的分布访问文件时, 先访问索引节点, 然后再去访问盘块将磁盘上的所有磁道分成若干个组, 在每个组中都含有索引节点盘块和空闲盘块表, 使得索引节点盘块与存放文件的盘块间距离最小 ( 如 :Linux 的磁盘文件逻辑结构 ) 33

34 提高磁盘 I/O 速度的其他方法提前读顺序访问时, 常采用提前读入下一块到缓冲区中延迟写将本应立即写回磁盘的数据挂到空闲缓冲区的队列的末尾直到该数据块移到链头时才将其写回磁盘, 再作为空闲区分配出去虚拟盘利用内存空间去仿真磁盘 ( RAM 盘 ) Vitual disk 与 disk cache 的区别是 : Vitual disk 的存放的内容由用户完全控制 Disk cache 中的内容完全是由操作系统控制内容提要磁盘的工作原理磁盘组织与 OS 启动保证磁盘的可靠性提高 I/O 访问速度磁盘管理的实例 34

35 Windows2000 磁盘管理系统跨磁盘管理 (DISK SPANNING) 容错 (FAULT TOLERANCE) MS DOS 的分区方式缺点对大多磁盘设置的改变需要重起操作系统才能生效 WINDOWS NT 的注册表中为 MS DOS 方式的分区保存了多分区盘的配置信息每个卷有一个唯一的从 A 到 Z 的驱动器名 35

36 基本术语盘 (DISKS) 一种物理存储设备, 如硬盘,3.5 英寸软盘, 光盘盘被分为扇区 (SECTOR), 可寻址的大小固定的块扇区的大小是由硬件决定的所有现在的 X86 处理器的硬盘扇区大小为 512 字节光盘的扇区一般为 2048 字节未来的 X86 系统可能支持更大的硬盘扇区分区是盘上连续扇区的集合, 分区表或其他盘管理数据库中保存了分区的起始扇区, 大小, 和其他特性简单卷 (SIMPLE VOLUME) 是这样一种对象, 它代表文件系统驱动程序所作为一个独立单元所管理的, 来自一个分区的扇区多分区卷 (MULTIPATITION VOLUME) 是这样一种对象, 它代表文件系统驱动程序所作为一个独立单元所管理的, 来自多个分区的扇区多分区卷提供简单卷所不支持的更好的性能, 可靠性, 大小的特性基本盘和动态盘的概念 WINDOWS 2000 把基于 MS DOS 分区方式的盘称为基本盘使用这种方式管理磁盘时, 首先要将磁盘划分成一个或多个磁盘分区, 然后才可以向磁盘中存储数据分区的类型分为主分区扩展分区和逻辑驱动器 36

37 动态盘对 WINDOWS 2000 来说是一个新的概念, 实现了比基本盘更具适应性的分区机制实现许多基本磁盘不能实现的功能, 如提高磁盘的访问速度提供容错功能等动态磁盘通过将磁盘划分为卷的方式来管理磁盘空间, 卷的类型分为简单卷带区卷跨区卷镜像卷和 RAID-5 卷基本盘和动态盘之间不同点动态盘支持创建新的多分区卷基本盘的多分区卷的配置信息保存在注册表中动态盘的多分区卷的配置信息保存在磁盘中动态盘的不足 : 它所应用的分区的格式是专有的, 并且不和其它的操作系统兼容 37

38 系统卷是 WINDOWS2000 存放引导文件的地方, 包括引导程序 (NTLDR) 和 NTDETECT, 引导卷是 WINDOWS2000 存放系统文件, 如 NTOSKRNL.EXE 核心内核文件的地方 LDM(Logical Disk Manager) 的分区在一个盘的 MSDOS 分区表中并没有体现出来, 所以被称为软分区, 而 MSDOS 分区被称为硬分区 38

39 1MB 主引导记录 LDM 分区区域 LDM 数据库动态盘的内部组织 1MB 内容表数据库记录处理日志私有头数据库记录头私有头镜像 39

40 数据库结构私有头 :GUID, 磁盘组的名字 ( 该名字是由 Dg0 和计算机的名字一起组成, 例如 SusanDg0, 意味着计算机的名字是 Susan) 和一个指向数据库内容表的指针为了保证可靠性, LDM 在磁盘的最后一个扇区保存了私有头的拷贝数据库内容表有 16 个扇区大小, 其中包含关于数据库布局的信息数据库记录区域紧接着内容表, 并将内容表后第一个扇区作为数据库记录头这个扇区中存储了数据库记录区的信息, 包括其所包含的记录个数, 数据库相关的磁盘组的名字和 GUID, 以及 LDM 用于创建下一项的序列号数据库中的每一项可以是如下四种类型之一 : 分区, 磁盘, 组件, 卷 LDM 把每一项与内部对象的标识符联系到一起在最低的级别, 分区项描述软分区, 它是在一个盘上的连续区域存储在分区项中的标识符把这个项与一个组件和一个磁盘项联系起来磁盘项代表一个磁盘组中的动态盘, 包括磁盘的 GUID 组件项像一条链子把一个或多个分区项和与分区相连的卷项联系起来卷项存放这个卷的 GUID, 卷的大小和状态, 驱动器的名字比一个数据库记录大的磁盘项占用多个记录的空间, 分区项组件项和卷项很少占用多个记录的空间 40

41 LDM 需要三个项来描述一个简单卷 : 分区项组件项和卷项分区项描述系统分配给某个卷的磁盘上的一个区域, 组件项把一个分区项和一个卷项联系起来, 卷项中包含 Windows Server 2003 内部用来识别卷的 GUID 多分区卷需要的项数多于三个例如, 一个条带卷包括最少两个分区项, 一个组件项和一个卷项唯一一种含有一个以上组件项的卷的类型是 : 镜像卷镜像卷含有两个组件项, 每个只表示这个镜像的一半 LDM 为每个镜像卷使用两个组件项的目的是 : 当一个镜像破坏时 LDM 能够在组件一级将他们分割开来, 并创建两个各含有一个组件项的卷因为简单卷需要三个项, 而 1MB 数据库空间大约可以容纳 8000 个项, 所以在 Windows Server 2003 中可以创建的卷数目的有效上界大约是 2500 个 LDM 数据库的最后部分是事务处理日志区, 它包含的几个扇区在数据库信息改变时用来存储备份信息这样确保在系统崩溃或断电时,LDM 能够利用日志把系统恢复到一个正确的状态 41

42 管理工具 FtDisk 和 DMIO 负责识别文件系统驱动程序管理的卷, 并将 I/O 直接从卷映射到组成卷的底层分区对简单卷来说, 通过把卷的偏移量加上卷在磁盘中的起始地址, 卷管理器可以保证卷的偏移量被转换成盘的偏移量对于多分区卷这就复杂多了, 因为组成卷的分区可以是不邻接的分区, 甚至可以在不同的磁盘中有一些多分区卷使用数据冗余技术, 所以它们需要更多的卷到磁盘的转换工作多重分区管理跨分区卷 (spanned volume) 条带卷 (striped volume) 镜像卷 (mirrored volume) 廉价冗余磁盘阵列 5 卷 (RAID-5 volume) 42

43 跨分区卷跨分区卷可以将多个磁盘的未划分空间合并在一个卷中 ( 至少 2 个磁盘, 最多支持 32 个磁盘 ), 并赋予一个驱动器号, 像访问一个驱动器那样访问跨区卷 C: 100MB D: 50MB NTFS VOLUME1 NTFS VOLUME2 D: 50MB E: 100MB NTFS VOLUME 2 NTFS VOLUME 3 一个单独的逻辑卷, 最多由在一个或多个磁盘上的 32 个空闲分区组成跨分区卷可以用来把小的磁盘空闲区域, 或者把两个或更多的小磁盘组成大的卷卷管理器对 Windows Server 2003 的文件系统隐藏了磁盘物理配置信息 43

44 条带卷 ( RAID-0 卷 ) 通过将多个磁盘的空间组合在一起 ( 至少 2 个磁盘, 最多支持 32 个磁盘 ), 形成条带卷一系列分区组成的单独的逻辑卷, 最多有 32 个分区并且每个盘一个分区条带卷中的一个分区不需要占据整个磁盘, 唯一的限制是每个盘上的分区大小相同数据能够被平均分配到每个磁盘上 44

45 镜像卷可以将两个硬盘合成一个卷来使用在向镜像卷保存数据时, 会将同样的数据同时保存到两个磁盘中, 以实现容错功能 c: c: (mirror) 一个磁盘上分区的内容被复制另一个磁盘与它等大小的分区中镜像卷有时也被称为 RAID-1 镜像卷能够可以在主分区和镜像分区之间平衡 I/O 操作两个读操作可以同时进行, 所以理论上只用一半时间就可以完成当修改一个文件时, 必须写入镜像卷的两个分区, 但是磁盘写操作可以异步进行, 所以用户态程序的性能一般不会被这种额外的磁盘更新所影响镜像卷是唯一一种支持系统卷和引导卷的多分区卷 45

46 廉价冗余磁盘阵列 5 卷 RAID-5 卷 :RAID-5 卷首先将磁盘划分成带区, 在向 RAID-5 卷保存数据时, 会先利用数学算法算出校验码同时写入硬盘中这样, 当 RAID-5 卷中的一个硬盘损坏时, 可利用其他硬盘将数据恢复过来, 从而实现容错功能磁盘 1 磁盘 2 磁盘 3 条奇偶校验问题? 46

47 课后作业 (5 月 25 日前交 ) 从读性能写性能空间开销以及可靠性方面对 RAID0-RAID5 进行比较磁盘请求以柱面和 38 的词序进入磁盘驱动器寻道时磁头每移动一个柱面需要 6ms, 以下各算法所需的寻道时间是多少 : 先来先服务最短寻道时间优先电梯算法 47

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6.disk.pptx 操作系统 Operation System 第六章 : 磁盘管理孙海龙 2017 年 5 月 4 日内容提要磁盘的历史及工作原理磁盘的组织与调度算法磁盘空间的管理 RAID 提高 I/O 速度磁盘管理实例 2 2 1 硬盘诞生前的外存磁带 3 3 温彻斯特盘的来历温彻斯特硬盘 IBM 把硬盘称做温彻斯特 (Winchester) 硬盘, 也称温盘温彻斯特这个名字有个小小的来历