北工大毕业生热血研究 揭密硬盘提速

12.1  绪论

    在多道程序设计的计算机系统中，导致系统执行效率降低的一个常见原因，就是旋转结构类存储设备的运行方案不当——例如磁盘和磁鼓等。本章引用了如何管理旋转类存储设备的文献，这50多个文献对于希望深入研究相关领域的朋友们来说是一个起点。

    在本章和下一章中我们将软盘、硬盘（使用磁介质存储技术的）、磁盘缓存、磁鼓、内存模拟磁盘、光盘等全都归入“磁盘或磁盘类”设备。我们将会讨论导致设备执行效率低下的原因、提高效率的方案，并且对各种管理磁盘的标准算法进行比较。

    我们将讨论各种影响系统设计师的决定的因素，设计师们会根据这些因素考虑是否要在系统中加入对磁盘的调度管理。另外我们还要说明在何种情况下没有必要使用这些调度策略。在下一章中，我们还将更多的考虑在不同磁盘设备中的信息组织方式，也就是文件系统管理。

12.2  可移动磁头的磁盘存储器操作

    图12.1是一个磁头可移动的硬盘的侧面图示。数据被按照连续的序列记录在这些带有磁介质的盘片上，这些盘片被连接在一个轴心上面，工作的时候以很高的速度旋转。

    数据的访问（也就是读或写），是由一串读/写磁头完成的，其中每个磁头负责一个盘片。读/写磁头只有在非常接近盘片的地方才能够进行读写操作，因此只有盘片相应的部分转到磁头的正下方（或者正上方）才能进行操作。这样，我们就引出了“延迟时间”（latency time）这个概念：即磁头从当前位置移动到指定位置所需的时间。

    磁头一旦固定了位置，随着盘片的旋转就会在上面划出一个圆形的磁道。每一个磁头都是和一个吊杆或者移动吊臂相连，可以随之向内圈或者外圈移动。当磁头随着吊臂到达一个新的位置的时候，就可以对这个位置的磁道进行读/写操作了。而此时，垂直的多个磁头也就形成了一个垂直的柱面。这些磁头被吊臂带到新位置，多个磁头形成柱面的过程就叫做“寻道操作” （seek operation）。

    综上所述，要想对指定的数据进行一次成功的访问，要经过以下几个必要的过程（图12.2）：首先要由吊臂将磁头带到指定的柱面；接着，磁头要等到相应的扇区旋转到它的下方（或者上方）才可以进行读/写操作（也就是要经过“延迟时间”）。最后，需要处理的任意长度的数据（最大值当然是这条磁道的最大容量）就要开始被写入/读出，在此期间经历的时间叫做“传输时间”（transmission time）。由于上面的每一个步骤都是机械运动的过程，因此总的加起来，处理指定的数据需要的时间是不可忽略的。<