本章節主要介紹磁盤存儲器管理的基本原理和計算機系統服務，涵蓋磁盤的結構、調度算法、存儲空間管理等內容。
一、磁盤結構與訪問機制
磁盤是計算機中重要的存儲設備，由盤片、磁頭、磁道、扇區等組成。磁盤訪問時間包括尋道時間、旋轉延遲和傳輸時間。尋道時間是磁頭移動到目標磁道所需的時間，旋轉延遲是等待目標扇區旋轉到磁頭下方的時間，傳輸時間是實際讀寫數據的時間。
二、磁盤調度算法
磁盤調度算法的目標是減少平均尋道時間，提高磁盤訪問效率。常見的調度算法包括：
- 先來先服務（FCFS）：按請求順序處理，簡單但效率低。
- 最短尋道時間優先（SSTF）：優先處理離當前磁頭位置最近的請求，可能導致饑餓現象。
- 掃描算法（SCAN）：磁頭沿一個方向移動，服務途中的請求，到達一端后反向移動。
- 循環掃描算法（C-SCAN）：類似SCAN，但僅在一個方向上服務請求，返回時直接復位而不服務請求。
- LOOK與C-LOOK算法：改進SCAN和C-SCAN，僅移動到最遠的請求位置即反向，減少不必要的移動。
三、磁盤存儲空間管理
磁盤存儲空間管理涉及文件分配和空閑空間管理。常見的文件分配方法包括：
- 連續分配：文件存儲在連續的磁盤塊中，訪問速度快但易產生外部碎片。
- 鏈接分配：文件塊通過指針鏈接，無外部碎片但訪問效率較低。
- 索引分配：使用索引塊記錄文件所有塊的地址，支持直接訪問但增加存儲開銷。
空閑空間管理方法包括位圖、鏈表和分組鏈表等，用于跟蹤和分配空閑磁盤塊。
四、計算機系統服務與磁盤管理
操作系統通過系統服務提供磁盤管理功能，包括：
- 文件系統服務：如文件的創建、讀寫、刪除，以及目錄管理。
- 磁盤調度服務：實現上述調度算法，優化磁盤I/O性能。
- 存儲空間管理服務：負責分配和回收磁盤空間，防止碎片化。
- 錯誤處理與恢復服務：檢測磁盤錯誤，并通過冗余機制（如RAID）提高數據可靠性。
五、總結
磁盤存儲器管理是操作系統的核心功能之一，直接影響系統性能和用戶體驗。通過合理的調度算法和存儲管理策略，可以有效提升磁盤利用率和數據訪問速度。結合計算機系統服務，操作系統能夠為用戶和應用程序提供高效、可靠的存儲支持。學習本章內容有助于深入理解計算機系統的存儲管理機制，并為后續學習文件系統、虛擬內存等主題奠定基礎。
