【操作系统】磁盘
磁盘的结构
磁盘的组成结构包括：盘片、盘面、磁道、扇区、磁头、磁臂、柱面。
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盘片。
一个磁盘由多个盘片叠加而成。
盘片表面由磁性物质组成，可以用来记录二进制数据。
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盘面。
盘片涂上磁性物质的那一面称为盘面，一个盘片可以有两个盘面。
每个盘面都有一个编号，从0开始。
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磁道。
磁盘的磁面被划分成很多个圈，一个圈就是一个磁道。
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扇区。
一个磁道被划分为多个扇区，每个扇区存放的数据量相同。
最内侧磁道的扇区，数据密度最大。
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磁头。
每个盘面对应一个磁头。
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磁臂。
所有磁头都是连在同一个磁臂上的。
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柱面。
所有盘面中相对位置相同的磁道组成了柱面。
磁盘的物理地址
地址结构
对于每一个磁盘块，使用**（柱面号， 盘面号，扇区号）**的地址形式来表示。
地址结构设计原理
如果采用 （盘面号，柱面号，扇区号） 的地址形式，一个盘面磁道读写完，就需要启动磁头臂，将磁头移入下一个柱面。
如果采用 （柱面号，盘面号，扇区号） 的地址形式，一个盘面磁道读写完，不需要移动磁头臂，只需要激活写一个盘面的磁头即可。
在磁盘中读/写数据
- 根据柱面号，移动磁臂，将磁头指向指定柱面。
- 根据盘面号，激活指定盘面的磁头。
- 当指定扇区从磁头下划过时，就能完成数据读/写。
磁盘分类
- 活动头磁盘：磁头可以移动。
- 固定头磁盘：磁头不可移动，每个磁道有一个磁头。
- 可换片磁盘：盘片可以更换。
- 固定盘磁盘：盘片不可更换。
一次磁盘读写花费的时间
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寻找时间（寻道时间）。
在读写数据前，将磁头移动到指定磁道所花的时间。包括两部分：启动磁头臂的时间 + 移动磁头的时间。
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延迟时间。
旋转磁盘使磁头定位到指定扇区所用的时间。平均延迟时间为：
平均延迟时间 = (1/2)*(1/r)，1/2表示平均要转动半圈。r表示每分钟转多少圈。 -
传输时间。
读写数据所用时间。
总时间为上述三个时间的总和。
磁盘调度算法
不同的磁盘调度算法所需的寻道时间不同。
常见的磁盘调度算法为：
- 先来先服务算法。
- 最短寻找时间优先。
- 扫描算法。
Look调度算法。- 循环扫描算法。
C-Look调度算法。
1. 先来先服务算法
根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。
优点：公平；如果请求的磁道比较集中，性能还可以。
缺点：如果请求访问的磁道分散，则寻道时间长，性能很差。
2. 最短寻找时间优先
优先处理与当前磁头最近的磁道。可以保证每次寻道时间最短，但是不能保证总寻道时间最短。
优点：性能较好，平均寻道时间短。
缺点：可能产生饥饿。
3. 扫描算法
也叫电梯算法，磁头只有移动到最外侧磁道的时候，才能往内移动，只有移动到最内侧的时候，才能往外移动。
优点：性能较好，平均寻道时间较短，不会产生饥饿现象。
缺点：对各个磁道的响应不平均；可能会产生不必要的移动。
4. Look 调度算法
类似于扫描算法，但是如果在磁头移动方向上，已经没有请求了，就立即改变磁头移动方向。
优点：寻道时间比扫描算法跟短。
5. 循环扫描算法
规定磁头朝一个方向移动时才处理访问请求，移动到尽头后直接返回到起始端，该过程不处理请求。
优点：每个磁道的响应都很平均，寻道时间比扫描算法更短。
缺点：会产生不必要的移动。
6. C-Look 调度算法
类似于循环扫描算法。但是，如果移动方向上没有请求了，就立即让磁头返回，并且只返回到需要访问的磁道位置。
优点：寻道时间进一步缩短。
优化延迟时间
磁头读写一个扇区后，需要一小段时间做其他处理，然后才能继续操作其他扇区，但是磁盘会继续旋转，此时就会错过下个扇区。
如果逻辑相邻的扇区，在物理上也相邻，读写下个扇区时，就需要磁盘多转一轮，从而导致延迟时间变长。
根据上述原理，有两种减少延迟时间的办法：交替编号和错位命名。
1. 交替编号
让逻辑相邻的扇区在物理上不相邻，如（0，4，1，5，2，6，3，7）。
2. 错位命名
让相邻盘面的扇区编号错位。如上个盘面的0对应下个盘面的7。
磁盘格式化
- 低级格式化：又称物理格式化，将磁盘的各个磁道划分为扇区。一个扇区由头、数据区域、尾三个部分组成。
- 将磁盘分区，每个分区由若干个柱面组成。如C盘，D盘。
- 进行逻辑格式化，创建文件系统。
引导块
初始化程序
计算机开机时，需要进行一系列初始化工作，这些工作是通过“初始化程序”完成的。
初始化程序可以放在只读存储器ROM中，ROM中的数据在出厂时就写入了，并且不能再修改。
启动分区
如果初始化程序放在ROM中，就很难再去更新，所以通常将完整的初始化程序放在磁盘的启动分区上。启动分区位于磁盘固定位置，拥有启动分区的磁盘称为启动磁盘，或者系统磁盘。
ROM只存放很小的“自举装入程序”。开机时，计算机通过运行该程序找到启动分区，然后将完成的初始化程序读入内存，进行初始化。