04.设备管理
# 01.设备管理
# 0、概述
- 设备管理是操作系统中管理外部设备（如磁盘、显示器、打印机等）的一部分
- 其目的是有效地调度和控制这些设备的操作
- 设备管理主要包括磁盘管理、输入/输出设备管理等
- 设备管理的核心目标是优化设备的使用效率，保证设备请求的公平性，提升系统性能
# 1、磁盘结构
磁盘是最常见的存储设备之一，它由多个盘面、磁道、扇区和磁头等部件构成
磁盘的物理结构复杂，因此读写操作涉及多个步骤
① 盘面 (Platter)：每个磁盘包含多个盘面，盘面是数据存储的物理区域。
② 磁道 (Track)：每个盘面被分成多个同心圆形的磁道，磁道是盘面上存储数据的轨道。
③ 扇区 (Sector)：
- 磁道被进一步划分为多个扇区，扇区是磁盘存储的最小单位
- 目前常见的扇区大小为512 bytes和4 KB
④ 磁头 (Head)
- 磁头位于盘面上方，用于读写数据
- 它通过磁感应读取盘面的数据或写入新数据
⑤ 制动手臂 (Actuator Arm)
- 制动手臂控制磁头在磁道之间的移动，是影响寻道时间的主要组件
⑥ 主轴 (Spindle)
- 主轴驱动盘面的旋转，从而将不同扇区移动到磁头下进行读写操作
# 2、磁盘读写操作的影响因素
在磁盘读写操作中，影响效率的三个关键因素是
由于寻道时间占据了读写操作的大部分时间，因此磁盘调度算法的设计主要集中于如何优化寻道时间
① 旋转延迟：主轴旋转盘面，使磁头移动到合适的扇区位置的时间。
② 寻道时间：制动手臂移动磁头到正确磁道的时间，这通常是时间开销最大的部分。
③ 数据传输时间：磁头读取或写入数据的时间。
# 3、磁盘调度算法
- 磁盘调度算法用于决定磁头服务各个磁盘请求的顺序，目标是减少寻道时间，提升系统效率
# 1）先来先服务
- FCFS 是最简单的磁盘调度算法，按照请求到达的顺序进行处理。
优点：简单和公平：所有请求按顺序处理。
缺点：
- 寻道时间不优化，可能导致磁头在盘面上大幅移动，造成较长的寻道时间
# 2）最短寻道时间优先
- SSTF 优先处理与当前磁头所在位置距离最近的磁道请求，从而最小化寻道时间。
优点：相比 FCFS，平均寻道时间更短，磁头移动更高效。
缺点：可能导致饥饿现象
- 如果新的请求总是比等待中的请求更接近磁头位置
- 等待较远的请求可能长时间得不到服务，特别是磁道两端的请求
# 3）电梯算法 (SCAN)
- 电梯算法的工作方式类似于电梯的运行
- 磁头会沿一个方向移动，直到该方向上没有新的请求，再反向移动
优点：
避免了 SSTF 的饥饿问题，确保所有请求都会被处理。
在大多数情况下，平均寻道时间较短且移动方向更加连贯。
变种算法：C-SCAN（循环扫描）：
- 与 SCAN 类似，但在一个方向上处理完所有请求后，磁头会立即回到起点位置再处理反方向的请求
- 这种算法进一步平衡了不同位置请求的等待时间
上次更新: 2024/10/15 16:27:13