磁盘调度策略分析 - SCAN/C-SCAN/SSTF/FCFS

磁盘调度策略分析 - SCAN算法与常见算法比较

在操作系统的期末考试中，磁盘调度策略是一个重要考点。以下将重点分析 SCAN 算法（电梯算法），并与其他常见算法（FCFS、SSTF、C-SCAN）进行比较，帮助你全面复习。

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什么是磁盘调度？

磁盘调度是操作系统管理磁盘 I/O 请求的策略，旨在减少磁头移动时间（寻道时间），提升读写效率。常见的算法包括 FCFS、SSTF、SCAN 和 C-SCAN。

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SCAN算法（电梯算法）详解

原理

SCAN 算法让磁头像电梯一样，从磁盘一端扫到另一端，沿途处理所有请求，到达边界后反向移动。它的核心是顺序性和方向性。

示例

磁盘磁道范围：0-199，磁头初始位置：53，请求队列：[98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67]，方向：向外。

• 向外移动：53 → 65 → 67 → 98 → 122 → 124 → 183 → 199
• 反向移动：199 → 37 → 14 → 0
• 总距离：(199 - 53) + (199 - 14) = 331

伪代码实现

def scan(requests, head, direction, max_track):
    requests = sorted(requests)
    total_distance = 0
    current = head
    
    if direction == "outward":
        for req in requests:
            if req >= current:
                total_distance += abs(req - current)
                current = req
        total_distance += abs(max_track - current)
        current = max_track
        for req in reversed(requests):
            if req < head:
                total_distance += abs(req - current)
                current = req
    return total_distance

# 测试
requests = [98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67]
print(scan(requests, 53, "outward", 199))  # 输出 331

优缺点

• 优点：高效、公平，无饥饿问题。
• 缺点：中间磁道优先，两端等待时间长，边界移动可能浪费。

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其他磁盘调度算法

1. FCFS（先来先服务）

• 原理：按请求到达顺序处理。
• 示例：53 → 98 → 183 → 37 → 122 → 14 → 124 → 65 → 67，总距离 = 45 + 85 + 146 + 85 + 108 + 110 + 59 + 2 = 640。
• 特点：简单，但磁头移动随意，效率低。

2. SSTF（最短寻道时间优先）

• 原理：优先处理离当前磁头最近的请求。
• 示例：53 → 65 → 67 → 98 → 122 → 124 → 14 → 37 → 183，总距离 = 12 + 2 + 31 + 24 + 2 + 110 + 23 + 146 = 350。
• 特点：局部最优，但可能导致远端请求饥饿。

3. C-SCAN（循环扫描）

• 原理：改进 SCAN，磁头单向移动，到达一端后直接返回起点。
• 示例：53 → 65 → 67 → 98 → 122 → 124 → 183 → 199 → 0 → 14 → 37，总距离 = 146 + 199 + 37 = 382。
• 特点：更均匀，但可能增加总距离。

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算法比较

算法	总移动距离	公平性	效率	适用场景
FCFS	640	高	低	请求少
SSTF	350	低	高	请求分布均匀
SCAN	331	中	高	高负载
C-SCAN	382	高	中	需要均匀服务

• FCFS：最简单，适合理解基础概念。
• SSTF：效率高，但需注意饥饿问题。
• SCAN：平衡效率与公平，考试常考。
• C-SCAN：改进版，注意单向性。

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考试复习要点

1. 基本概念：掌握寻道时间、旋转延迟、传输时间。
2. 算法流程：能手算每种算法的磁头移动路径和总距离。
3. 优缺点分析：理解每种算法的适用场景。
4. 伪代码：熟悉 SCAN 和 SSTF 的实现逻辑。
5. 比较题：常见题目会要求对比多种算法的性能。

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总结

SCAN 算法以其"电梯式"移动在磁盘调度中表现出色，兼顾效率与公平，是考试重点。结合 FCFS、SSTF 和 C-SCAN 的复习，你可以全面应对期末考题。建议多做例题，手算磁头移动，熟悉流程。祝你考试顺利！