磁盘调度算法

雨点打透心脏的1/2处 2023-10-05 14:11 171阅读 0赞

#### 磁盘调度算法 ####

*  一次磁盘读/写操作需要的时间
 *   *  减少延迟时间的方法
     *   *  交替编号
         *  错位命名
         *  磁盘地址结构的设计
 *  几种算法
 *   *  先来先服务算法（FCFS）
     *  最短寻找时间优先(SSTF)
     *  扫描算法（SCAN）
     *  LOOK调度算法
     *  循环扫描算法( C-SCAN)
     *  C-LOOK调度算法
 *  总结

![知识总览][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 一次磁盘读/写操作需要的时间 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
![在这里插入图片描述][20201122220219801.png_pic_center]

### 减少延迟时间的方法 ###

#### 交替编号 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
若采用交替编号的策略,即让逻辑上相邻的扇区在物理上有一定的间隔,可以使读取连续的逻辑扇区所需要的延迟时间更小。

#### 错位命名 ####

![未使用错位命名][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

#### 磁盘地址结构的设计 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]

> 思考:为什么?  
> 磁盘的物理地址是(柱面号,盘面号,扇区号)  
> 而不是(盘面号,柱面号,扇区号)  
>   
> 答:读取地址连续的磁盘块时,采用(柱面号盘面号,扇区号)的地址结构可以减少磁头移动消耗的时间

## 几种算法 ##

### 先来先服务算法（FCFS） ###

根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]  
**优点:** 公平;如果请求访问的磁道比较集中的话,算法性能还算过的去  
**缺点:** 如果有大量进程竞争使用磁盘,请求访问的磁道很分散,则FCFS在性能上很差,寻道时间长。

### 最短寻找时间优先(SSTF) ###

SSTF算法会优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道。可以保证每次的寻道时间最短,但是并不能保证总的寻道时间最短。(其实就是贪心算法的思想,只是选择眼前最优,但是总体未必最优)  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]

**优点:** 性能较好,平均寻道时间短  
**缺点:** 可能产生“饥饿”现象

> Eg：本例中,如果在处理18号磁道的访问请求时又来了一个38号磁道的访问请求,处理38号磁道的访问请求时又来了一个18号磁道的访问请求。如果有源源不断的18号、38号磁道的访问请求到来的话,150、160、184号磁道的访问请求就永远得不到满足,从而产生“饥饿”现象。  
>   
>   
> 产生饥饿的原因在于:磁头在一个小区域内来回来去地移动

### 扫描算法（SCAN） ###

SSTF算法会产生饥饿的原因在于:磁头有可能在一个小区域内来回来去地移动。为了防止这个问题可以规定,只有磁头移动到最外侧磁道的时候才能往内移动,移动到最内侧磁道的时候才能往外移动。这就是扫描算法(SCAN)的思想。由于磁头移动的方式很像电梯,因此也叫**电梯算法**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 11]  
**优点:** 性能较好,平均寻道时间较短,不会产生饥饿现象

**缺点:**  
①只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请求之后就不需要再往右移动磁头了。

②SCAN算法对于各个位置磁道的响应频率不平均(如:假设此时磁头正在往右移动,且刚处理过90号磁道,那么下次处理90号磁道的请求就需要等磁头移动很长一段距离;而响应了184号磁道的请求之后,很快又可以再次响应184号磁道的请求了)

### LOOK调度算法 ###

扫描算法(SCAN)中,只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请求之后就不需要再往右移动磁头了。Look调度算法就是为了解决这个问题,如果在磁头移动方向上已经没有别的请求,就可以立即改变磁头移动方向。(边移动边观察,因此叫LOOK)  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 12]  
**优点:** 比起SCAN算法来,不需要每次都移动到最外侧或最内侧才改变磁头方向,使寻道时间进步缩短

### 循环扫描算法( C-SCAN) ###

SCAN算法对于各个位置磁道的响应频率不平均,而 C-SCAN算法就是为了解决这个问题。规定只有磁头朝某个特定方向移动时才处理磁道访问请求,而**返回时直接快速移动至起始端而不处理仼何请求。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 13]  
**优点:** 比起SCAN来,对于各个位置磁道的响应频率很平均。

**缺点:** 只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,事实上,处理了184号磁道的访问请求之后就不需要再往右移动磁头了;并且,磁头返回时其实只需要返回到18号磁道即可,不需要返回到最边缘的磁道。另外,比起SCAN算法来,平均寻道时间更长。

### C-LOOK调度算法 ###

C-SCAN算法的主要缺点是只有到达最边上的磁道时才能改变磁头移动方向,并且磁头返回时不一定需要返回到最边缘的磁道上。 C-LOOK算法就是为了解决这个问题。如果磁头移动的方向上已经没有磁道访问请求了,就可以立即让磁头返回,并且磁头只需要返回到有磁道访问请求的位置即可。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 14]  
**优点:** 比起 C-SCAN算法来,不需要每次都移动到最外侧或最内侧才改变磁头方向,使寻道时间进一步缩短

## 总结 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 15]

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