外部存储¶
HDD¶
磁盘结构¶
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磁盘时延 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间 + 控制器负载
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寻道时间：依赖移动臂移动速度，磁道的位置 （Ts）
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旋转时间：依赖磁盘转速，扇区距离磁头的距离 （平均：½r）
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传输时间：依赖磁盘的带宽，需求的数据总量（T=b/rN）
- b 表示要传送的字节数，N 表示一个磁道中的字节数，r 表示旋转速度
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总的存取时间为：\(T = Ts + \frac{1}{2r} + \frac{b}{rN}\)
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应对延迟的方法
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缓存
- 文件访问级缓存
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RAM 磁盘
- 保留部分 RAM 作为高速文件系统
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RAID
- 并行访问（容错）
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智能调度算法
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读写头调度
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元信息布置
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磁盘高速缓存
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主存 中的一块空间
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提高进程访问磁盘的速度
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粒度与扇区大小相等
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替换策略
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最近最少使用算法（LRU）
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最不常用算法（LFU）
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基于频率的替换算法
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磁盘调度¶
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先来先服务（FCFS）
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按照请求到达的顺序处理磁盘 I/O 请求。
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优点：
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简单易实现
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公平
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缺点：
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可能导致长时间的寻道时间，尤其是在请求分布不均匀时
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磁头移动幅度大
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适合较轻负载的系统
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最短寻道时间优先（SSTF）
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选择距离当前磁头位置最近的请求进行处理。
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优点：
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寻道时间较短，服务效率较高，服务平均等待时间较短。
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提供比 FIFO 更高的效率
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缺点：
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公平性差，可能导致饥饿现象，即某些请求长时间得不到处理
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对于远离当前磁头位置的请求，等待时间较长
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适合中度负载的系统
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电梯算法（SCAN）
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磁头从一端移动到另一端，处理所有请求，然后反向移动。
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算法特点:
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每个请求的等待时间不均匀，且平均等待时间长。
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如到达另一端反向时，将扫描的是刚刚扫描过的磁道，这里的请求显然少，而另一端的请求多，且等待服务的时间长。
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算法优化：
- 磁头并不是每次扫描都移动到最远的磁道上，一旦在当前方向上前面没有请求，就开始反向移动。
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比较适合磁盘负载较重的系统。
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循环扫描算法（C-SCAN）
- 磁头从一端移动到另一端，处理所有请求，然后返回到起始位置，继续处理请求。
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PRI（基于进程优先级的调度）
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LIFO（后进先出）
- 局部性最好，资源利用率最高。
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N-step-SCAN
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避免磁头臂粘性
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把请求分为长度为 N 的多个队列；一次处理一个队列；新到的请求加到其他队列中。
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特性：N 较大时，等价于 SCAN；N=1 时，等价于 FIFO
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F-SCAN
- N=2 时的 N-step-SCAN
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OpenEuler 的磁盘调度器
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电梯调度器(Elevator)
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时限 IO 调度器（deadline IO scheduler）
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预期 IO 调度器（anticipatory IO scheduler）
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RAID¶
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将文件数据分条（striped）到多个磁盘上
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通过并行提高性能
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通过冗余提高可靠性
和 计算机组成与系统结构 课程笔记结合食用更佳哦。
计算机组成与系统结构
SSD¶
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SSD（Solid State Drive）是一种基于闪存技术的存储设备，具有更快的读写速度和更低的延迟。
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SSD 没有机械移动部件，因此更耐冲击，可靠性更高。
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SSD 的缺点包括价格较高和写入次数有限。
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工作特性：
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闪存块不能覆盖写：必须先擦除整个块才能写入新数据。
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闪存块寿命有限
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闪存快存在读干扰
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闪存块可能出现坏块
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垃圾回收
- SSD 会定期执行垃圾回收操作，将无效数据块合并，释放空间。
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写放大
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写入以块（block）为单位进行，可能导致实际写入的数据量大于请求写入的数据量。
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擦除以页（page）为单位进行，写入以块（block）为单位进行。
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优势
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性能好
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功耗低
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防震
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低噪声
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体积小
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缺点
- 价格高