[科普中国]-磁盘文件访问

简介

磁盘存储器是用表面涂有磁性材料的圆盘作为记录介质的存储装置。由盘组、驱动和控制等部分组成。磁盘存储器不仅容量大，存取速度快，而且可以实现随机存取，是当前存放大量程序和数据的理想设备，故在现代计算机系统中，都配置了磁盘存储器，并以它为主来存放文件。这样，对文件的操作，都将涉及到对磁盘的访问。磁盘文件访问是指对存储在磁盘上的文件进行访问。对磁盘文件访问影响因素有磁盘访问时间、磁盘调度。

磁盘访问时间磁盘设备在工作时以恒定速率旋转。为了读或写，磁头必须能移动到所要求的磁道上，并等待所要求的扇区的开始位置旋转到磁头下，然后再开始读或写数据。故可把对磁盘的访问时间分成以下三部分。

寻道时间这是指把磁臂(磁头)移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间 s 与磁头移动 n 条磁道所花费的时间之和，即

= m × n + s

其中，m 是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘，m = 0.2；对于高速磁盘m≤0.1，磁臂的启动时间约为 2 ms。这样，对于一般的温盘，其寻道时间将随寻道距离的增加而增大，大体上是 5～30 ms。

旋转延迟时间这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘为 300 r/min，硬盘一般为 7200～15 000 r/min，甚至更高。对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为 15 000 r/min，每转需时 4 ms，平均旋转延迟时间 为 2 ms；而软盘，其旋转速度为 300 r/min 或 600 r/min，这样，平均 为 50～100 ms。1

传输时间这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。的大小与每次所读/写的字节数 b 和旋转速度有关：

其中，r 为磁盘每秒钟的转数；N 为一条磁道上的字节数，当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时， 与 相同。因此，可将访问时间 Ta 表示为

由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读/写数据的多少无关，而且它通常占据了访问时间中的大头。例如，我们假定寻道时间和旋转延迟时间平均为 20 ms，而磁盘的传输速率为 10 MB/s，如果要传输 10 KB 的数据，此时总的访问时间为 21 ms，可见传输时间所占比例是非常小的。当传输 100 KB 数据时，其访问时间也只是 30 ms，即当传输的数据量增大 10 倍时，访问时间只增加约 50%。目前磁盘的传输速率已达 80 MB/s 以上，数据传输时间所占的比例更低。可见，适当地集中数据(不要太零散)传输，将有利于提高传输效率。

磁盘调度磁盘是可供多个进程共享的设备，当有多个进程都要求访问磁盘时，应采用一种最佳调度算法，以使各进程对磁盘的平均访问时间最小。由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。目前常用的磁盘调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先及扫描等算法。