12.大容量存储器的结构

大容量存储器结构简介

磁盘

磁道，扇区，柱面，盘面

磁盘速度：

1. 传输速度
2. 访问时间：寻道时间+旋转延迟

磁盘结构

扇区0是最外面柱面的第一个磁道的第一个扇区，然后先按磁道内扇区顺序，再按柱面内磁道顺序，最后按从外到内的柱面顺序排序

磁盘附属

主机附属存储

I/O总线：IDE->SATA(串行)->SCSI(可热插拔)->FC(光纤)

网络附属存储

NAS(network-attached storage)是数据网络中远程访问的专用存储系统，客户机通过RPC来访问NAS

与SAN(storage area network)的区别：NAS是存储设备，占用数据网络的带宽传输；SAN是服务器与存储单元之间的私有网络，基于存储协议，更灵活

磁盘调度

FCFS调度

SSTF调度

最短寻道时间优先算法，shortest-seek-time-first

选择与当前磁头位置最近的请求

缺点：饥饿；磁头粘连，在一定范围内反复移动

SCAN调度

磁臂从磁盘的一端向另一端移动，移过每一个柱面时，处理位于该柱面上的服务请求，到达另一端时，磁头改变方向，继续处理请求（也被称为电梯算法）

缺点：假设磁盘分布均匀，在转换方向后，附近的请求刚处理过，而另一端的密度更大，等待时间更长

C-SCAN调度

SCAN的改进，当处理完一端后，直接移到另一端，即将柱面看作一个环链

LOOK调度

上述的SCAN和C-SCAN并不需要移到尽头，只移到最远的请求为止

调度算法的选择

SSTF适中

SCAN和C-SCAN对磁盘负荷较大的效果更好

一般选择SSTF和LOOK

磁盘管理

磁盘格式化

• 低级格式化：分为扇区，一般由头部，数据区域512KB和尾部组合

• 操作系统划分分区

1. 磁盘分为由多个柱面组成的分区
2. 逻辑格式化，创建文件系统
3. 为提高效率，将块合并为簇cluster，磁盘I/O通过块完成，文件系统I/O通过簇完成

引导块

bios->MBR->引导分区->引导块->os

坏块

• 简单磁盘，如IDE控制的，可手工处理坏扇区

1. 逻辑格式化，扫面磁盘查找坏扇区
2. 在相应FAT分区写上特殊值

• 高级磁盘，SCSI

1. 控制器维护一个坏块链表
2. 用备用扇区替换坏块

交换空间管理

交换空间：虚拟内存使用磁盘空间作为扩展

交换空间的使用

可保存整个进程也可能只存储换出内存的页

大小取决于物理内存的多少，支持虚拟内存的多少，内存的使用方式

Linux建议为物理内存的2倍

交换空间位置

• 普通的文件系统上创建：实现简单效率低
• 独立的磁盘分区上进行：更有效

1. 在生磁盘分区上创建，不需要文件系统和目录结构
2. 通过交换空间存储管理器分配和回收

• BSD在进程开始时分配交换分区；solaris2在换页时才分配

实例：交换空间管理

Linux通过交换映射来管理，数字表示该交换页映射了几个进程

RAID结构

磁盘冗余阵列技术

• ZFS

solaris上的文件管理技术

1. 通过校验和checksums检查并修改错误数据

1. 提供抽象的文件池

稳定存储实现

1. 写后读校验
2. 写到两块存储，读的时候比较

三级存储

移动磁盘，磁带