页、磁盘块与扇区

扇区：磁盘的最小存储单位；
磁盘块：文件系统读写数据的最小单位；
页：内存的最小存储单位；

一个磁盘块由连续几个（2^n）扇区组成；
页的大小为磁盘块大小的2^n倍；

页大小查看： getconf PAGE_SIZE，常见为4K；
磁盘块大小查看：stat /boot/|grep “IO Block”，常见为4K；
扇区大小查看：fdisk -l，常见为512Byte；

磁盘支持对给定地址的直接访问，被广泛用于数据库应用。数据以磁盘块为单位存储在磁盘上。磁盘块是字节的一个连续序列。是从磁盘读/写数据的单位。块分布于一张或者多张盘片的同心环型磁道上。磁盘块的大小在磁盘初始化时可以被设置成扇区大小的倍数。

存取磁盘块的时间由以下部分组成：

a)寻道时间：用于移动磁头到达所需块所在的磁道的时间。

b)旋转延迟：所需块旋转到磁头下的等待时间，它的平均时间是旋转半圈需要的时间，通常小于寻道时间。

c)传输时间：当磁头定位后实际读或写磁盘块的时间，即磁盘旋转经过数据块的时间。

一次完整的输入输出（IO）操作的时间 = 磁盘轴旋转时间（旋转延迟）+磁盘臂移动时间（寻道时间）+数据传输时间。

三者所需时间的平均经验值为：0.004秒、0.008秒和0.0005秒。所以，一次完整的IO时间的经验值是0.0125秒，即1/80秒

磁盘结构对性能的影响

（1）DBMS的数据必须在内存中操作

（2）磁盘和主存之间数据传输的单位是块，如果只需要块上的某一项，也需要传输整个块，读/写一个磁盘块称为一次I/O操作。

（3）读/写块的时间依据数据所在的位置而变化：

   存取时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间

磁盘空间管理器支持做为数据单元的页的概念，并且提供分配和回收及读/写页的命令。通常选择磁盘块大小作为页的大小。并且页面作为磁盘块存储起来。这样在一次磁盘的I/O操作就能够完成一页的读/写。

9.4 缓冲区管理器

缓冲区管理器是负责在必要时把页面从磁盘取到主存的软件层。它通过把缓冲区划分为页集来管理可获得的主存，这些页集通常称为缓冲池。缓冲池中的主存页称为帧，及存放页（通常驻留在磁盘或者其他二级存储上的页）的槽

除了缓冲池本身，缓冲区管理器还维护一些簿记信息和描述帧的两变量：pin-count和dirty，存放在某个帧的当前页已经被请求但是还未释放的次数，即该页的当前用户数，被记录在那个帧的pin-count变量中，布尔变量dirty表示页从磁盘中读入缓冲池后是否已经被修改。

开始时，每个帧的pin-count设置为0，dirty设置为假。当页被请求时，缓冲区做如下工作：

1.检查缓冲池是否包含被请求的页，如果缓冲池中有该页，则将该页的pin-count值增加。如果缓冲池没有该页，缓冲池管理器将按如下步骤将缺页读入缓冲池中：

a)根据替换策略选择替换真，并且增加它的pin-count；

b)如果替换帧的dirty为真，把该帧存放的页写回磁盘（即磁盘页的拷贝将由帧的内容改写）

c)把请求的页读入替换帧中

2.把替换帧的（主存）地址返回给申请者。

*缓冲区替换策略

最近最少使用策略（LRU（least recently used）） 时钟替换 先入先出（FIFO），最近经常使用策略（MRU），随机策略