磁盘调度算法之先来先服务(FCFS)，最短寻找时间优先(SSTF)，扫描算法(SCAN，电梯算法)，LOOK调度算法

目录

• 1.一次磁盘读/写操作需要的时间
• • 1.寻找时间
  • 2.延迟时间
  • 3.传输时间
  • 4.影响读写操作的因素
• 2.磁盘调度算法
• • 1.先来先服务(FCFS)
  • • 1.例题
    • 2.优缺点
  • 2.最短寻找时间优先(SSTF)
  • • 1.例题
    • 2.优缺点
    • 3.饥饿的原因
  • 3.扫描算法(SCAN)
  • • 1.例题
    • 2.优缺点
  • 4.LOOK调度算法
  • • 1.例题
    • 2.优点
  • 5.循环扫描算法(C-SCAN)
  • • 1.例题
    • 2.优缺点
  • 6.C-LOOK调度算法
  • • 1.例题
    • 2.优点

1.一次磁盘读/写操作需要的时间

1.寻找时间

寻找时间（寻道时间）Ts:在读/写数据前，将磁头移动到指定磁道所花的时间。

①启动磁头臂是需要时间的。假设耗时为s;

②移动磁头也是需要时间的。假设磁头匀速移动，每跨越一个磁道耗时为m，总共需要跨越n条磁道。

则寻道时间

T

s

=

s

+

m

∗

n

Ts =s + m*n

Ts=s+m∗n

2.延迟时间

延迟时间

T

R

T_R

TR​:通过旋转磁盘，使磁头定位到目标扇区所需要的时间。

设磁盘转速为r(单位:转/秒，或转/分），

则平均所需的延迟时间:

T

R

=

(

1

/

2

)

∗

(

1

/

r

)

=

1

2

r

T_R=(1/2)*(1/r)= \frac{1}{2r}

TR​=(1/2)∗(1/r)=2r1​

1/r就是转一圈需要的时间。

找到目标扇区平均需要转半圈，因此再乘以1/2。

3.传输时间

传输时间Tt:从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间，假设磁盘转速为r，此次读/写的字节数为b，每个磁道上的字节数为N。

则传输时间

T

t

=

(

1

/

r

)

∗

(

b

/

N

)

=

b

/

(

r

N

)

Tt=(1/r)*(b/N) = b/(rN)

Tt=(1/r)∗(b/N)=b/(rN)

每个磁道要可存N字节的数据，因此b字节的数据需要b/N个磁道才能存储。

而读/写一个磁道所需的时间刚好又是转一圈所需要的时间1/r.

因此总的存取时间

T

a

=

寻道时间

T

S

+

延迟时间

T

R

+

传输时间

T

t

T_a=寻道时间T_S+延迟时间T_R+传输时间T_t

Ta​=寻道时间TS​+延迟时间TR​+传输时间Tt​

4.影响读写操作的因素

延迟时间和传输时间都与磁盘转速相关，且为线性相关。

而转速是硬件的固有属性，因此操作系统也无法优化延迟时间和传输时间。

但是操作系统的磁盘调度算法会直接影响寻道时间。

2.磁盘调度算法

1.先来先服务(FCFS)

根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。

1.例题

2.优缺点

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。

2.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)

1.例题

2.优缺点

优点:性能较好，平均寻道时间短

缺点:可能产生“饥饿”现象

3.饥饿的原因

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。

3.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。

1.例题

2.优缺点

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)

4.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，处埋了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)

1.例题

2.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，使寻道时间进一步缩短。

5.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任何请求。

1.例题

2.优缺点

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。

6.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。

如果磁头移动的万同上已绘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。

1.例题

2.优点

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。