谁知道磁盘管理的作用

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磁盘管理是一项使用计算机时的常规任务，Windows 2000 Server的磁盘管理任务是以一组磁盘管理应用程序的形式提供给用户的，它们位于“计算机管理”控制台中，包括查错程序、磁盘碎片整理程序、磁盘整理程序等。
磁盘存储器不仅容量大，存取速度快，而且可以实现随机存取，是实现虚拟存储器所必需的硬件。因此在现代计算机系统中，都配置了磁盘存储器，并以它为主，存放文件。磁盘存储管理的主要任务是：
·为文件分配必要的存储空间；
·提高磁盘存储空间的利用率；
·提高对磁盘的I／O速度，以改善文件系统的性能；
·采取必要的冗余措施，来确保文件系统的可靠性。
1．磁盘调度算法
磁盘是可被多个进程共享的设备。当有多个进程都请求访问磁盘时，应采用一种适当的调度算法，以使各进程对磁盘的平均访问(主要是寻道)时间最小。由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标应是使磁盘的平均寻道时间最少。目前常用的磁盘调度算法有：先来先服务；最短寻道时间优先；扫描算法；循环扫描算法等。
(1)先来先服务．(First-Come，First-Served，FCFS)
这是一种简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。图4-5示出了有9个进程先后提出磁盘I／O请求时，按FCFS算法进行调度的情况。这里，将进程号(请求者)按其发出请求的先后次序排列。这样，平均寻道距离为55．3条磁道。与后面要讲的几种调度算法相比，其平均寻道距离较大。故FCFS算法仅适用于请求磁盘I／O的进程数目较少的场合。
(2)最短寻道时间优先(ShortestSeekTimeFirst，SSTF)
该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短。图4-6所示按SSTF算法进行调度时，各进程被调度的次序，每次磁头的移动距离，以及9次磁头移动的平均距离。比较图4-5和图4-6可以看出，SSTF算法的平均每次磁头移动距离，明显低于FCFS的距离。SSTF较之FCFS有更好的寻道性能，故过去一度被广泛采用过。
(3)各种扫描算法
1)扫描(SCAN)算法。SSTF算法虽然获得较好的寻道性能，但它可能导致某些进程发生“饥饿”(starvation)。SCAN算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到再五更外的磁道需要访问才将磁臂换向，自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，即其要访问的磁道，在当前磁道之内，从而避免了饥饿现象的出现。由于这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，露故又称为电梯调度算法。
2)循环扫描(CSCAN)算法。处理该进程的请求，致使该进程的请求被严重地推迟。为了减少这种延迟，CSCAN算法规定磁头单向移动。例如，只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。
2．廉价冗余磁盘阵列RAID
磁盘系统中比较引人注目的是廉价冗余磁盘阵列(Redundant arrays ofinexpensive disk，RAID)的发展，这是将并行处理原理引入磁盘系统。它采用低成本的小温盘，使多台磁盘构成磁盘阵列，数据展开存储在多台磁盘上，提高数据传输的带宽，并利用冗余技术提高可靠性。磁盘阵列还具有容量大，数据传输率高，功耗低，体积小，成本低和便于维护等优点。1987年美国加州大学伯克利分校的D．A．Patterson等人，首先提出了廉价冗余磁盘阵列的概念，并将RAID分为6级：
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，致使磁盘系统的可靠性不好。只要阵列中有一个磁盘损坏，便会造成不可弥补的数据丢失。
RAID-1。它是镜像磁盘冗余阵列，将每一数据块重复存人镜像磁盘，以改善磁盘机的可靠性。镜像盘也称拷贝盘，它相当于一个不断进行备份操作的磁盘。这种磁盘的冗余度为100％，使有效容量下降了一半，成本较高。镜像盘是磁盘阵列的简单形式。
RAID-2。它是采用海明码纠错冗余的磁盘阵列，将数据位交叉写人几个磁盘中，并利用几个磁盘驱动器进行按位的出错检查，它比镜像磁盘冗余阵列的冗余度小。这种阵列中的数据读写操作涉及阵列中的每一个磁盘，这影响小文件的传输率，因此它适合于大量顺序数据访问。
RAID-3。它是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。将数据按位交叉写到几个磁盘上，用一个校验盘检查数据错误。各磁盘同步运转，阵列中的驱动器数量可扩展。这种阵列冗余度较小，因为采用数据位交叉，所以也适合大量顺序数据访问。
RAID-4。它是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。在数据不冲突时，多个磁盘可并行进行数据读操作。这种磁盘阵列适用于小块数据读写，它的小块数据传输速度比RAID-3快。
RAID-5。它也是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。奇偶校验码被分布存放在阵列中各驱动器中，磁盘冗余度低，使并行读写操作成为可能。这种方法也适用于小块数据的读写。但对控制器的要求较高，是最难实现的一种磁盘阵列。
RAID自1988年面世后，很快流行起来，这主要是因为RAID具有以下明显的优点：
可靠性高。RAID的最大特点就是它的高可靠性。除了RAID-0级外，其余各级都采用了容错技术。与单台磁盘机相比，其可靠性往往高出一个数量级。
磁盘I／O速度高。由于磁盘阵列采取并行交叉存取，故可将磁盘I／O速度提高N-1倍，N为磁盘数目。性能／价格比高。利用RAID技术实现犬容量高速存储器时，其体积与相同容量和速度的大型磁盘系统相比，只是后者的三分之一，价格也是后者的三分之一，且可靠性更高。