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。


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。


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

python 复制代码
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。

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。

算法比较

算法 总移动距离 公平性 效率 适用场景
FCFS 640 请求少
SSTF 350 请求分布均匀
SCAN 331 高负载
C-SCAN 382 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。

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。

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!

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