# 5.7 磁盘管理

## 一、磁盘的结构

### 1.1 磁盘的物理结构

**磁盘组成**：
- **盘片**：圆形磁盘，两面可存储数据
- **磁道**：盘片上的同心圆
- **扇区**：磁道上的扇形区域，最小存储单位
- **柱面**：不同盘片上相同位置的磁道组成的圆柱面

**磁盘地址**：
- **CHS地址**：柱面号（Cylinder）、磁头号（Head）、扇区号（Sector）
- **LBA地址**：逻辑块地址，线性编号

### 1.2 磁盘性能参数

**寻道时间**：
- 磁头移动到目标磁道的时间
- 通常：5-10ms

**旋转延迟**：
- 目标扇区旋转到磁头下方的时间
- 平均：半圈时间（4-8ms）

**传输时间**：
- 读写数据的时间
- 与数据量和磁盘转速有关

**访问时间**：
$$访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间$$

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## 二、磁盘调度算法

### 2.1 先来先服务（FCFS）

**思想**：按请求到达的顺序服务。

**优点**：
- 公平
- 实现简单

**缺点**：
- 寻道时间长
- 磁头移动大

### 2.2 最短寻道时间优先（SSTF）

**思想**：选择与当前磁头位置最近的请求。

**优点**：
- 寻道时间短
- 平均等待时间少

**缺点**：
- 可能产生饥饿
- 远处请求长期得不到服务

### 2.3 扫描算法（SCAN，电梯算法）

**思想**：
- 磁头从一端向另一端移动
- 途中服务遇到的请求
- 到达端点后反向移动

**优点**：
- 避免饥饿
- 寻道时间较短

**缺点**：
- 两端请求等待时间长

### 2.4 循环扫描算法（C-SCAN）

**思想**：
- 磁头从一端向另一端移动
- 途中服务遇到的请求
- 到达端点后快速返回起点
- 只单向服务

**优点**：
- 等待时间更均匀
- 避免两端请求等待时间过长

**缺点**：
- 返回时不服务，浪费

### 2.5 LOOK算法

**思想**：
- SCAN算法的改进
- 只移动到最远请求处，不移动到端点

**优点**：
- 减少不必要的移动

### 2.6 C-LOOK算法

**思想**：
- C-SCAN算法的改进
- 只移动到最远请求处，不移动到端点
- 快速返回到最小请求处

**优点**：
- 减少不必要的移动
- 等待时间均匀

### 2.7 算法比较

| 算法 | 寻道时间 | 饥饿 | 实现复杂度 |
|-----|---------|------|-----------|
| FCFS | 长 | 无 | 简单 |
| SSTF | 短 | 有 | 简单 |
| SCAN | 中等 | 无 | 中等 |
| C-SCAN | 中等 | 无 | 中等 |
| LOOK | 较短 | 无 | 中等 |
| C-LOOK | 较短 | 无 | 中等 |

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## 三、磁盘管理

### 3.1 磁盘初始化

**物理格式化**：
- 划分扇区
- 设置头部、尾部、校验码

**逻辑格式化**：
- 创建文件系统数据结构
- 超级块、inode表、目录等

### 3.2 坏块管理

**坏块**：
- 不能正常读写的扇区

**处理方法**：
- **扇区备用**：预留一些扇区替换坏块
- **坏块链表**：记录坏块位置，不再使用

### 3.3 磁盘阵列（RAID）

**RAID 0（条带化）**：
- 数据分散存储在多个磁盘
- 提高读写速度
- 无冗余，可靠性低

**RAID 1（镜像）**：
- 数据完全复制到两个磁盘
- 提高可靠性
- 容量减半

**RAID 5（分布式奇偶校验）**：
- 数据和校验信息分布在多个磁盘
- 允许一个磁盘故障
- 读写性能较好

**RAID 6（双分布式奇偶校验）**：
- 两个独立的奇偶校验
- 允许两个磁盘故障

**RAID 10（镜像+条带化）**：
- 先做镜像，再做条带化
- 性能和可靠性都好

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## 四、考研重点

1. **磁盘的结构**：盘片、磁道、扇区、柱面
2. **磁盘性能参数**：寻道时间、旋转延迟、传输时间
3. **磁盘调度算法**：
   - FCFS、SSTF
   - SCAN、C-SCAN
   - LOOK、C-LOOK
   - 各种算法的优缺点
4. **磁盘管理**：物理格式化、逻辑格式化、坏块管理
5. **RAID**：RAID 0、1、5、6、10的特点

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*第五章完，进入第六章：I/O管理*