【系统架构设计师】计算机组成与体系结构 ⑦ ( 磁盘管理 | “ 磁盘 “ 优化分布存储 - 优化 逻辑记录 在 磁道 中 存储分布 | 逻辑记录 在 磁道 中 顺序存储 / 优化存储 分析 )

一、" 磁盘 " 优化分布存储 - 优化 逻辑记录 在 磁道 中 存储分布

1、磁盘优化分布存储 - 案例分析

磁盘 中的 磁道 , 每个磁道 分成了 11 个 物理块 , 每个 物理块 存放 1 个逻辑记录 R , 分别是

~

11 个 逻辑记录 ;

磁盘的 旋转周期 是 33 ms , 磁头 开始时 处于

逻辑记录位置 ;

系统 使用 单缓冲区 顺序处理 逻辑记录 , 处理一个 逻辑记录 时间为 3 ms ;

处理 磁道 上的 11 个 顺序存放 的 逻辑记录 需要耗时多少 ?

处理 磁道 上的 11 个 优化分布后 存放的 逻辑记录 , 需要耗时多少 ;

2、逻辑记录 在 磁道 中 顺序存储 分析

下图 是 磁盘 中的 磁道 , 每个磁道 分成了 11 个 物理块 , 每个 物理块 存放 1 个逻辑记录 R , 分别是

~

11 个 逻辑记录 ;

逻辑记录 在 磁道 上 连续存放 ,

逻辑记录 也 按照顺序 进行 顺序处理 ,

磁头 初始状态 下 位于

逻辑记录 起始位置 ,

开始读取后 , 首先读取

逻辑记录 , 首先将

逻辑记录 数据块 , 读取到 单缓冲区 区域中 , 磁头 从

逻辑记录 的 起始位置 滑动到 结束位置 时 ,

逻辑记录 数据块 读取完毕 ,

磁盘旋转 周期 是 33 ms , 磁道分 11 个区域 , 则每滑动 1 个区域 , 消耗的时间是 3 ms , 也就是 磁头 从

逻辑记录 的 起始位置 滑动到 结束位置 , 花费的时间是 3 ms , 如下图所示 ,

磁盘旋转 3ms 的期间 , 磁头 将 磁道 中的数据 读取到了 缓冲区 中 ,

磁盘缓冲区互斥性说明 :

这里注意 , 磁盘单缓冲区 的 情况下 , 只有一个 磁盘缓冲区 ,

单缓冲区 同一个时刻 , 只有一个进程 可以使用该 磁盘缓冲区 ,

磁盘缓冲区 必须 完整的处理完一个 逻辑记录 后 , 才能 释放该 磁盘缓冲区 , 用于其它操作 , 完整操作是 :

• 磁盘缓冲区 数据写入 : 将 逻辑记录 读取到 磁盘缓冲区 中 ;
• 磁盘缓冲区 数据处理 : CPU 处理 磁盘缓冲区 中的数据 , 传输到内存中 ;

逻辑记录

必须处理完毕 , 传输数据到 内存 之后 , 才能将 磁盘缓冲区释放 , 读取下面的

逻辑记录 , 或 给其他 应用进程使用 ;

磁盘缓冲区 数据处理 需要的时间 也是 3 ms ;

磁盘 一直在不停地旋转 , 上面 磁盘缓冲区 数据处理 的 3 ms 过程中 , 磁盘也在旋转 ,

3 ms 的时间 , 正好将 逻辑记录

划过去了 , 磁盘 旋转 3ms 后 , 磁头位置处于 逻辑记录

的结束位置 ,

如果想要 再次 读取

逻辑记录 , 需要等 磁盘 旋转到 第二圈 才能读取 逻辑记录

中的数据 ;

下图的 蓝色箭头 的 行程 , 就是 转动一圈后 , 在第二圈 磁头 到了

逻辑记录 起始位置时 , 才能开始读取

的数据 ;

同理 ,

逻辑记录 读取完后 , 又要花费 3 ms 时间 处理数据 , 此时 磁头已经滑到了

的结尾 , 把

逻辑记录 区域完美错过 , 又要等到第三圈 ;

磁盘 旋转 第一圈 , 只读取了

逻辑记录 数据 ; 磁盘 旋转 第二圈 , 只读取了

逻辑记录 数据 ; 磁盘 旋转 第三圈 , 只读取了

逻辑记录 数据 ;

如果要将

~

11 个 逻辑记录 都读取完 , 则 需要磁盘 转 11 圈 , 才能读取完毕 ;

注意 , 最后一圈 磁盘旋转完毕后 , 还要多出 3 ms 时间 , 用于最后一个 逻辑记录 数据处理 ;

读取 11 个 逻辑记录 耗时 :

ms

3、逻辑记录 在 磁道 中 优化存储 分析

在 磁道 中 , 对 逻辑记录 在 磁道 中 存储分布 进行优化 ;

读取完

数据后 , 需要有 3 ms 时间进行 数据处理 , 在这 3 ms 时间正好能旋转过一个 逻辑记录 ,

• 将

逻辑记录 放在 第 3 个位置 ,

• 将

逻辑记录 放在第 5 个位置 ;

• 将

逻辑记录 放在

位置 ;

如下图 右侧的 磁道 逻辑记录数据 分布 :

对 逻辑记录 在 磁道 中 存储分布 进行优化 后 :

逻辑记录 读取 花费 3 ms , 处理花费 3 ms ,

此时 , 磁头 旋转到

位置 , 读取 花费 3 ms , 处理花费 3 ms ,

此时 , 磁头 旋转到

位置 , 读取 花费 3 ms , 处理花费 3 ms ,

…

磁头 旋转到

位置 , 读取 花费 3 ms , 此时正好 旋转完一圈 , 再花费 3 ms 处理数据 , 把

错过 ,

此时 , 磁头 旋转到

位置 , 读取 花费 3 ms , 处理花费 3 ms ,

…

磁头 旋转到

位置 , 读取 花费 3 ms , 磁头 滑动到

结束位置 ,

开始位置 , 处理花费 3 ms ,

此时 磁头正好 滑动到

逻辑记录 开始位置 ,

至此 , 正好 磁盘 旋转了 2 圈 , 数据 读取 并 处理完毕 ;

上述过程 耗时 :

ms ;