操作系统中的磁盘管理

现代操作系统提供的服务和附加组件的范围不断扩大，所有操作系统都实现了四种基本的操作系统管理功能。下面简要描述这些管理功能，并给出以下总体背景。四个主要的操作系统管理功能（每个功能在不同的地方都有更详细的处理）是：

• 流程管理
• 内存管理
• 文件和磁盘管理
• 输入输出系统管理

大多数计算机系统使用辅助存储设备（磁盘）。它为程序和数据（磁带、光学介质、闪存驱动器等）提供低成本、非易失性存储。程序及其使用的用户数据保存在称为文件的单独存储设备上。操作系统负责根据需要为辅助存储介质上的文件分配空间。

无法保证文件将存储在物理磁盘驱动器上的连续位置，尤其是大文件。这很大程度上取决于可用空间的大小。当光盘已满时，新文件更有可能被记录在多个位置。然而，就用户而言，操作系统提供的示例文件隐藏了文件被分割成多个部分的事实。

操作系统需要为磁盘上每个文件的每个部分跟踪磁盘的位置。在某些情况下，这意味着跟踪单个物理磁盘上的数十万个文件和文件碎片。此外，操作系统必须能够定位每个文件并在需要时对其执行读写操作。因此，操作系统负责配置文件系统，确保对二级存储进行读写操作的安全性和可靠性，并维护访问次数（向二级存储写入数据或从二级存储读取数据所需的时间）。

操作系统的磁盘管理包括：

• 磁盘格式
• 从磁盘引导
• 坏块恢复

低级格式或物理格式：

在存储数据之前将磁盘划分为扇区，以便磁盘控制器可以读写每个扇区可以是：

标头保留信息、数据和纠错码 (ECC) 数据扇区，通常为 512 字节数据，但可选磁盘使用操作系统自己的数据结构来使用磁盘保存文件。

它分两个阶段进行：

1. 将圆盘分成多个气缸组。每个都被视为一个逻辑磁盘。

2. 逻辑格式或“创建文件系统”。 OS将第一文件系统的数据结构存储在磁盘上。包含可用空间和分配空间。

为了提高效率，大多数文件系统将块分组到集群中。磁盘 I/O 以块的形式运行。文件 I/O 在集群中运行。

引导块：

• 当计算机开机或重新启动时，存储在初始引导 ROM 中的程序从磁盘中找到 OS 内核的位置，将内核加载到内存中，并运行 OS。开始。
• 要更改引导代码，您需要更改 ROM 和硬件芯片。相反，只有一个小的引导加载程序存储在 ROM 中。
• 完整的引导代码存储在磁盘的“引导块”中。
• 带有引导分区的磁盘称为引导盘或系统盘。

坏块：

• 磁盘容易出错，因为运动部件的公差很小。
• 大多数磁盘甚至在出厂时就塞满了坏块，并以多种方式处理。
• 控制器维护一个坏块列表。
• 控制器可以指示每个坏扇区被逻辑替换为备用扇区之一。该方案称为扇区备用或转移。
• 软错误触发数据恢复过程。
• 但是，不可恢复的硬错误可能会导致数据丢失并需要人工干预。