磁盘调度中的旋转延迟与磁盘访问时间差异

操作系统通过磁盘调度来安排到达磁盘的 I/O 请求。磁盘调度很重要，因为不同进程可能会有多个 I/O 请求到达，而磁盘控制器一次只能服务一个 I/O 请求。因此，其他 I/O 请求需要等待在等待队列中并需要被调度。有一些重要的术语：寻道时间、旋转延迟、传输时间以及磁盘访问时间。

寻道时间 定义了硬盘读/写磁头找到磁盘上数据物理位置所需的时间。延迟 是指被访问的扇区旋转到磁头下方所需时间的平均值，在完成寻道后。

什么是旋转延迟？

磁盘被划分为许多圆形磁道，这些磁道又被划分为称为扇区的块。要访问数据，执行臂会移动读/写磁头到盘片上的特定磁道，同时盘片旋转，将请求的扇区定位在读/写磁头下方。盘片旋转并将数据定位在读/写磁头下方所需的时间称为旋转延迟。

这种延迟取决于主轴的旋转速度，并以毫秒为单位。磁盘的平均旋转延迟是磁盘进行一次完整旋转所需时间的一半。

旋转延迟时间取决于磁盘或主轴电机的旋转速度，以每分钟转数（RPM）为单位。对于大多数基于磁介质的驱动器，平均旋转延迟通常基于经验关系，即此类驱动器的平均延迟（以毫秒为单位）是旋转周期的二分之一。以下是两种磁盘旋转方法：

1. 恒定线性速度 (CLV)，主要用于光存储，其光学磁盘的旋转速度根据磁头的位置而变化；
2. 恒定角速度 (CAV)，用于硬盘驱动器、标准软盘驱动器、一些光盘系统和黑胶唱片，无论磁头位置如何，介质都以一个恒定的速度旋转。

例如，我们将每个磁道分成了 4 个扇区。系统收到请求要从磁道 1 读取一个扇区。因此，读/写磁头将移动到磁道 1，这将是寻道时间。在下面显示的图中，读/写磁头当前位于扇区 3。

但是数据可能不在扇区 3，数据块可能在扇区 1。读/写磁头从扇区 3 移动到扇区 1 所需的时间是旋转延迟，显示在下面的下一张图中。

公式

以下公式用于计算磁盘调度中的旋转延迟。

所有盘片都有自己的读/写磁头。磁头只能向前和向后移动。如果磁头向前移动，意味着磁头正在向内圈磁道移动。如果磁头向后移动，意味着磁头正在向外圈磁道移动。

• 最佳情况 = 当磁头已经在目标扇区时。
• 最坏情况 = 当磁头位于离目标扇区最远的扇区时，您需要等待一个完整的旋转。
• 平均情况 = 一半的旋转时间。

示例

在下面的示例中，我们使用公式计算旋转延迟，

什么是磁盘访问时间？

磁盘访问时间定义为计算机处理读/写请求并随后从磁盘存储检索所需数据所需要的总时间。

磁盘访问时间有两个组成部分。第一个组成部分是寻道时间，发生在读写臂寻道到目标磁道时。第二个组成部分是延迟或等待时间，发生在磁头写入臂等待磁道上目标扇区旋转到位时。

磁盘上数据的访问以毫秒为单位。然而，这比 CPU 的处理速度慢得多。尽管 I/O 仍然很慢，但它无法跟上现代处理器速度的提升。磁盘访问时间分为两部分：

1. 访问时间
2. 数据传输时间

公式

您可以使用以下公式计算磁盘访问时间。

1. 访问时间

访问时间定义为实际数据传输发生之前的设置时间。例如，读/写磁头在磁道 1 上，但我们需要从另一个磁道或段读取数据。因此，读/写磁头将在实际传输发生之前移动到数据块位置。这种延迟称为访问时间。访问时间通过将以下各项相加来计算：

• 寻道时间：读/写磁头到达目标输出所需的时间。它被认为是时间最重要的部分，因为它不能产生间隙。寻道时间与性能成反比。寻道时间越短，性能越好。

• 旋转延迟：读/写磁头从当前扇区移动到请求扇区所需的时间。

• 命令处理时间：磁盘设备处理命令并建立磁盘设备各个组件之间连接以读取/写入数据所需的时间。这是由于内部电路。
• 稳定时间：读/写磁头停止振动所需的时间。

注意：命令处理时间和稳定时间在数值问题中通常不提及，我们将它们视为零。

2. 数据传输时间

数据传输时间定义为在系统和磁盘之间传输数据所需的时间。数据传输时间有两种类型：

• 内部传输速率：它定义了在磁盘表面和硬盘缓存之间移动数据所需的时间。
• 外部传输速率：它定义了在硬盘缓存和系统之间移动数据所需的时间。

旋转延迟与磁盘访问时间之间的区别

以下是磁盘调度中旋转延迟和磁盘访问时间之间的一些区别，例如：