磁盘调度算法的实现与分析

目录

设计内容

设计目的

设计原理

实现代码

流程图

数据说明

选择算法与实验参数

初始化数组

先来先服务算法FCFS

最短寻道时间优先算法SSTF

扫描算法SCAN

循环扫描算法C-SCAN

实现结果

实现总结

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设计内容

编程序实现下述磁盘调度算法，并求出每种算法的平均移动磁道数，并分析结果：

①先来先服务算法（FCFS）

②最短寻道时间优先算法（SSTF）

③扫描算法（SCAN）  

 ④循环扫描算法（C-SCAN）

设计目的

使学生熟悉磁盘管理系统的设计方法；加深对所学各种磁盘调度算法的了解及其算法的特点。

设计原理

磁盘调度在多道程序设计的计算机系统中，各个进程可能会不断提出不同的对磁盘进行读/写操作的请求。由于有时候这些进程的发送请求的速度比磁盘响应的还要快，因此我们有必要为每个磁盘设备建立一个等待队列。[1]

①先来先服务算法FCFS

算法思想：根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。

假设磁头的初始位置是30号磁道，有多个进程先后陆续地请求访问50，70，60，80，110，20号磁道。

按照先来先服务算法规则，按照请求到达的顺序，磁头需要依次移动到50，70，60，80，110，20号磁道。

②最短寻道时间优先算法SSTF

算法思想：优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道。可以保证每次寻道时间最短，但是不能保证总的寻道时间最短。（贪心算法）

假设磁头的初始位置是30号磁道，有多个进程先后陆续地请求访问50，70，60，80，110，20号磁道。

③扫描算法SCAN

算法思想：当设备无访问请求时，磁头不动；当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然后判断该方向上是否还有访问请求，如果有则继续扫描；否则改变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复。

假设磁头的初始位置是30号磁道，且此时磁头正在往磁道号增大的方向移动，有多个进程先后陆续的访问50，70，60，80，110，20号磁道。

④循环扫描算法C-SCAN

算法思想：在扫描算法的基础上规定磁头单向移动来提供服务，回返时直接快速移动至起始端而不服务任何请求。由于SCAN算法偏向于处理那些接近最里或最外的磁道的访问请求，所以使用改进型的C-SCAN算法来避免这个问题。

假设磁头的初始位置是30号磁道，有多个进程先后陆续的访问50，70，60，80，110，20号磁道。

实现代码

流程图

数据说明

选择算法与实验参数

在main函数中输入磁道数量与进程请求访问数量和实验次数，进入method函数。

初始化数组

先来先服务算法FCFS

最短寻道时间优先算法SSTF

扫描算法SCAN

循环扫描算法C-SCAN

实现结果

①数据分布较为分散时：

②数据分布较为密集时：

实现总结

综上实验，可以得知两组数据下四种算法的平均移动磁道数分别为：

算法	平均移动磁道数
FCFS	16449
SSTF	1030
SCAN	1946
C-SCAN	1990

表1 数据组1结果

算法	平均移动磁道数
FCFS	66469.1
SSTF	1737.08
SCAN	1842.65
C-SCAN	1989.41

表2 数据组2结果

在数据较为分散时：FCFS性能最差；SSTF明显优于SCAN；SCAN的性能与C-SCAN接近，而两者平均移动磁道数都接近两倍磁道数量。

在数据较为集中时：FCFS性能下降颇多；SSTF与SCAN、C-SCAN性能接近；而C-SCAN无论何种情况平均移动磁道数都接近两倍磁道数量。

由结果可以得知：

算法	优点	缺点
FCFS	公平、易实现	请求分散时，性能差
SSTF	性能优于FCFS	可能产生“饥饿”现象
SCAN	同时考虑距离与方向，可以避免“饥饿”现象	不利于远离磁头一端的请求访问
C-SCAN	在SCAN的基础上消除对两端磁道请求的不公平	仍然存在磁臂粘着

表3 算法比较

参考资料

[1]科普中国.磁盘调度算法.百度百科[OL].[2022-07-18].

https://baike.baidu.com/item/%E7%A3%81%E7%9B%98%E8%B0%83%E5%BA%A6%E7%AE%97%E6%B3%95/3505728?fr=aladdin