磁碟檔案訪問

磁碟檔案訪問

檔案是指由創建者所定義的、具有檔案名稱的一組相關元素的集合。檔案是檔案系統中一個最大的數據單位。磁碟檔案訪問是指對存儲在磁碟上的檔案進行訪問。由於磁碟具有可直接訪問的特性,磁碟檔案訪問的主要影響因素是磁碟訪問時間。

簡介

磁碟存儲器是用表面塗有磁性材料的圓盤作為記錄介質的存儲裝置。由盤組、驅動和控制等部分組成。磁碟存儲器不僅容量大,存取速度快,而且可以實現隨機存取,是當前存放大量程式和數據的理想設備,故在現代計算機系統中,都配置了磁碟存儲器,並以它為主來存放檔案。這樣,對檔案的操作,都將涉及到對磁碟的訪問。磁碟檔案訪問是指對存儲在磁碟上的檔案進行訪問。對磁碟檔案訪問影響因素有磁碟訪問時間、磁碟調度。

磁碟訪問時間

磁碟設備在工作時以恆定速率旋轉。為了讀或寫,磁頭必須能移動到所要求的磁軌上,並等待所要求的扇區的開始位置旋轉到磁頭下,然後再開始讀或寫數據。故可把對磁碟的訪問時間分成以下三部分。

尋道時間

這是指把磁臂(磁頭)移動到指定磁軌上所經歷的時間。該時間是啟動磁臂的時間 s 與磁頭移動 n 條磁軌所花費的時間之和,即

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= m × n + s

其中,m 是一常數,與磁碟驅動器的速度有關。對於一般磁碟,m = 0.2;對於高速磁碟m≤0.1,磁臂的啟動時間約為 2 ms。這樣,對於一般的溫盤,其尋道時間將隨尋道距離的增加而增大,大體上是 5~30 ms。

旋轉延遲時間

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這是指定扇區移動到磁頭下面所經歷的時間。不同的磁碟類型中,旋轉速度至少相差一個數量級,如軟碟為 300 r/min,硬碟一般為 7200~15 000 r/min,甚至更高。對於磁碟旋轉延遲時間而言,如硬碟,旋轉速度為 15 000 r/min,每轉需時 4 ms,平均旋轉延遲時間為 2 ms;而軟碟,其旋轉速度為 300 r/min 或 600 r/min,這樣,平均為 50~100 ms。

傳輸時間

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這是指把數據從磁碟讀出或向磁碟寫入數據所經歷的時間。的大小與每次所讀/寫的位元組數 b 和旋轉速度有關:

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其中,r 為磁碟每秒鐘的轉數;N 為一條磁軌上的位元組數,當一次讀/寫的位元組數相當於半條磁軌上的位元組數時, 與相同。因此,可將訪問時間 Ta 表示為

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由上式可以看出,在訪問時間中,尋道時間和旋轉延遲時間基本上都與所讀/寫數據的多少無關,而且它通常占據了訪問時間中的大頭。例如,我們假定尋道時間和旋轉延遲時間平均為 20 ms,而磁碟的傳輸速率為 10 MB/s,如果要傳輸 10 KB 的數據,此時總的訪問時間為 21 ms,可見傳輸時間所占比例是非常小的。當傳輸 100 KB 數據時,其訪問時間也只是 30 ms,即當傳輸的數據量增大 10 倍時,訪問時間只增加約 50%。目前磁碟的傳輸速率已達 80 MB/s 以上,數據傳輸時間所占的比例更低。可見,適當地集中數據(不要太零散)傳輸,將有利於提高傳輸效率。

磁碟調度

磁碟是可供多個進程共享的設備,當有多個進程都要求訪問磁碟時,應採用一種最佳調度算法,以使各進程對磁碟的平均訪問時間最小。由於在訪問磁碟的時間中,主要是尋道時間,因此,磁碟調度的目標是使磁碟的平均尋道時間最少。目前常用的磁碟調度算法有先來先服務、最短尋道時間優先及掃描等算法。

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