一、大容量存储器结构简介 概述次级和三级存储器设备的物理结构
1、磁盘 大容量外存。
传输速率：驱动器和计算机之间的数据传输速率。 定位时间：随机访问时间，由寻道时间（移动磁臂到所要柱面所需时间）和旋转等待时间（等待所要的扇区旋转到磁臂下所需时间）组成。
磁盘驱动器通过一组称为I/O总线（IO bus)的线与计算机相连。有多种总线，如EIDE、ATA、SATA、USB、FC和SCSI。
由称为控制器的特殊处理器执行总线上的数据传输。分为主机控制器和磁盘控制器。主机控制器在计算机上，总线末端；磁盘控制器在磁盘内。计算机通过内存映射端口向主机控制器发送一个命令，主机控制器接着通过消息将命令传送给磁盘控制器，最后由磁盘控制器操纵磁盘驱动器硬件以执行命令。磁盘控制器通常有内置缓存。
2、磁带
二、磁盘结构 可以看做一个一维的逻辑块数组。逻辑块是最小的传输单位，通常为512B。可以通过低级格式化来设置逻辑块大小。 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的第一个扇区，如此由外到内排列。这样理论上能将逻辑块号转换为柱面号+磁道号+扇区号组成的老式磁盘地址。但这种转换实属不易，因为磁盘会有缺陷扇区，映射时必须用其他空闲扇区来顶替；其次是有些磁盘，每个磁道的扇区数并不是一样的。原因是离心远的磁道比较长，扇区数更多。为保持磁盘读写数据速率恒定，有两种方法：1是磁道位密度均匀，读写外磁道时，转速要比相对靠内的磁道快，此为常量线性速度（CLV）；2是转速不变，但外磁道密度降低，此为恒定圆角速度（CAV）。
三、磁盘附属 计算机访问磁盘存储有两种方式，一是通过IO端口或主机附属存储，二是通过分布式文件系统的远程主机， 称为网络附属存储。 1、主机附属存储 通过本地IO端口访问。有多种技术：IDE、ATA、SATA、SCSI或FC。后2种常用在高端工作站和服务器。SCSI是个总线结构；FC是高速串行结构。 有多种存储设备可用于主机附属存储，包括硬盘、RAID阵列、CD、DVD和磁带。
2、网络附属存储 数据网络总远程访问的专用存储系统。客户机通过远程进程调用接口来访问NAS。远程进程调用（RPC）可通过IP网络的TCP或UDP来进行。存储单元通常用带有RPC接口软件的RAID阵列。
网络附加存储为局域网（靠，那云计算是咋回事？）上所有计算机提供了一个共享存储的方便方法。但效率及性能不如主机附加存储。 iSCSI是一种新的网络附加存储协议，使用IP网络协议来实现SCSI协议。
3、存储区域网络 存储区域网络（SAN）是服务器与存储单元之间的私有网络，采用存储协议而不是网络协议。优势在于灵活性，多个主机和存储阵列可以附加在同一SAN上，存储动态分配给主机。SAN能够让服务器集群共享同一存储，或者让存储阵列与多个主机直连。与存储阵列相比，SAN端口更多更低成本。
FC是一种最常见的SAN互联。而Infiniband是一种新兴的专门总线架构，在服务器和存储单元之间提供高速互联网络硬件和软件支持。
四、磁盘调度 访问磁盘的时间包括两个主要部分：寻道时间和旋转延迟。寻道时间是磁臂将磁头移动到包含目标扇区的柱面的时间，旋转延迟是磁盘需要将目标扇区转动到磁头下的时间。磁盘带宽是传输速率。可以通过调整访问顺序来调度磁盘IO，提高速度和带宽。
每当一个进程需要进行磁盘IO，就向操作系统发出一个系统调用。如果磁盘和控制器空闲，那么请求会马上处理，否则会到磁盘请求队列排队。这就牵涉到磁盘调度算法。
1、FCFS调度 先来先服务（FCFS）。公平，但不是最快的。因为磁头可能会疲于奔命，而无法顺路处理。
2、SSTF调度 最短寻道时间优先算法。磁头移动过程中，沿路处理请求。该算法可能导致一些请求永远得不到处理，因为请求源源不断涌来，远处的只能傻傻的等待。
3、SCAN调度 磁臂从一端向另一端移动，沿路处理请求。当到达另一端时，往回走，沿路处理，如此循环往复。又称为电梯算法。
4、C-SCAN调度 SCAN的变种。从磁头移到另一端时，沿路处理请求。到达另一端时，往回走，但并不处理，而是回到原先起点后再开始。
5、LOOK调度 SCAN和C-SCAN其实并不是从一端跑到另一端的终点，而是只移动到一个方向的最远请求点就往回走了。返回时也如是。称为LOOK和C-LOOK。
6、磁盘调度算法的选择 算法多多，如何选择？ 磁盘服务请求很大程度上受文件分配方法影响。连续分配的文件请求点位置相近，而链接或索引文件物理分散，大量的磁头移动。 另外，磁盘调度不仅仅由磁盘控制器决定，也受操作系统控制。
五、磁盘管理 1、磁盘格式化 分为低级格式化和格式化。 低级格式化又称为物理格式化，作用是将新磁盘分成扇区以便磁盘控制器能读和写。每个扇区有相应的数据结构，会有扇区号码和纠错代码。如何划分扇区的大小是个问题。通常磁盘出厂时已被低格处理。 而我们自己进行的格式化，相应地称为逻辑格式化。是操作系统将文件系统写到磁盘上。在此之前，还应该进行分区，将磁盘分为一个或多个柱面组成的分区。 有的操作系统或数据库软件直接将某个分区不经过逻辑分区就使用，此为生磁盘，上面没有任务文件系统数据结构，只作为一个大顺序数组。 为了提高效率，大多数操作系统将块集中到一大块，称为簇。磁盘IO通过块完成，但文件系统IO通过簇完成。
2、引导块 计算机开机或重启时，需要运行一个初始化程序。它初始化系统的各个方面，从CPU寄存器到设备控制器和内存，接着启动操作系统。对大多数计算机而言，自举程序保存在主板的ROM中，但这只是自举程序的小部分，其作用是进一步从磁盘上调入更完整的自举程序。这部分完整程序保存在磁盘的启动块上，启动块位于磁盘的固定位置。拥有启动分区的磁盘称为启动磁盘或系统磁盘。
3、坏块 每个磁盘或多或少存在坏块。对这些块有多种处理方式。比如IDE控制器，逻辑格式化的时候，会在FAT条目中写上标记表示其不可用；SCSI磁盘维护一个坏块链表，使用过程中不断更新。控制器会用备用块来逻辑替代坏块。坏块链表和备用块在低格时就已存在。
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