OS-basic 12. Управление внешней памятью (Планирование работы с магнитными дисками)
Работа накопителя на магнитных дисках с перемещаемыми головками. Почему необходимо планирование. Целевые характеристики принципов планирования. Оптимизация поиска цилиндра. Планирование по принципу FIFO («первый пришедший обслуживается первым»). Планирование по принципу SSTF («с наименьшим временем поиска — первым»). Планирование по принципу SCAN. Планирование по принципу N-Step SCAN. Планирование по принципу C-SCAN. Схема Эшенбаха. Оптимизация по времени ожидания записи. Системные соображения. Дисковая память как критический ресурс. Уровень мультипрограммирования. Многодисковые подсистемы. Неравномерное распределение запросов.
Накопитель на магнитных дисках
Перемещаемые головки
Время ожидания
Каретка
Цилиндр
Поиск цилиндра
Поиск записи
Планирование
Стратегия FIFO
Стратегия SSTF
Стратегия SCAN
Стратегия N-Step SCAN
Стратегия C-SCAN
Схема Эшенбаха
Оптимизация по времени выполнения
Стратегия SLTF
Критический ресурс
Неэффективность мультипрограммных вычислительных систем часто обусловливается неправильным использованием устройств внешней памяти с вращающимся носителем, таких, как магнитные диски.
12.1 Работа накопителя на магнитных дисках с перемещаемыми головками
На рис. 12.1 схематически изображен накопитель на магнитных дисках с перемещаемыми головками (вид сбоку). Данные записываются на поверхностях ряда магнитных дисков, в данном случае — жестких магнитных дисков. Эти диски жестко соединены общим шпинделем, который вращается с очень высокой скоростью (во многих накопителях скорость вращения составляет 7200 оборотов в минуту).
Рис. 12.1 Схематическое изображение дискового устройства с перемещаемыми головками (вид сбоку).
Доступ к данным (т. е. операции чтения или записи) осуществляется при помощи ряда магнитных головок чтения-записи, по одной головке на дисковую поверхность. Головке доступны только те данные, которые находятся на участке дисковой поверхности непосредственно под (над) ней. Поэтому для обеспечения возможности доступа к данным тот участок дисковой поверхности, с которого данные будут считываться (или записываться), должен вначале переместиться в процессе вращения дисков так, чтобы оказаться непосредственно под головкой. Время, затрачиваемое на перемещение участка поверхности из текущего положения в положение под головкой чтения-записи, называется временем ожидания.
Каждая из ряда магнитных головок, если она не перемещается в данный момент, описывает на дисковой поверхности круговую дорожку, на которой могут размещаться данные. Все головки закреплены на одной каретке, или блоке позиционера. Каретка с головками может перемещаться по радиусу дисков в том или другом направлении. Перемещая каретку с головками в новую позицию, можно получить доступ к другой группе дорожек. Группа дорожек, находящихся под всеми головками чтения-записи в каком-то конкретном положении каретки, образует вертикальный цилиндр. Процесс перемещения каретки с головками на новый цилиндр называется операцией поиска цилиндра, или подвода.
Рис. 12.2 Компоненты процедуры доступа к информации, хранящейся на диске.
Таким образом, чтобы получить возможность доступа к конкретной записи данных, расположенной на диске с перемещаемыми головками, в общем случае необходимо выполнить несколько операций (рис 12.2). Прежде всего каретку необходимо установить на соответствующий цилиндр (это поиск цилиндра). Затем нужно дождаться, когда под головкой окажется точка на вращающемся диске, с которой начинается запись (это поиск записи, или поиск на дорожке, с которым связано время ожидания). Затем сама запись, которая в принципе может иметь произвольный размер (вплоть до полного размера круговой дорожки), должна пройти под головкой чтения-записи (это так называемое время передачи). Поскольку каждая из перечисленных операций связана с механическим движением, общее время, требуемое для доступа к конкретной записи, зачастую составляет заметную долю секунды (от 0.01 до 0.1 секунды). Это очень много по сравнению с весьма высокими скоростными показателями работы центральных устройств вычислительной машины.