第五章 I/O管理 十、磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN、C-LOOK）

目录

一、概括

二、一次磁盘读/写操作需要的时间

1、寻找时间（寻道时间)： 

2、延迟时间：

3、传输时间（读磁盘的时间）

三、先来先服务算法（FCFS）

1、定义：

2、例子：

3、优点；

4、缺点：

四、最短寻找时间优先(SSTF)

1、定义：

2、例子：

3、优点：

4、缺点：

五、扫描算法、电梯算法(SCAN)

1、定义：

2、例子：

3、优点：

4、缺点：

六、LOOK调度算法

1、定义：

2、例子：

3、优点：

七、循环扫描算法(C-SCAN)

1、定义：

2、例子：

3、优点：

4、缺点：

八、C-LOOK 调度算法

1、定义：

2、例子：

3、优点：

九、总结

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一、概括

磁盘调度算法是计算机操作系统中用于控制磁盘访问的算法。它的主要目的是优化磁盘读写，提高磁盘的效率，使得磁盘的访问更加快速和有效。

常见的磁盘调度算法有以下几种：

1. 先来先服务（FCFS）：按照请求的先后顺序进行磁盘调度。如果后面来的请求需要等待前面的请求完成后才能执行，会导致平均等待时间较长。

2. 最短寻道时间优先（SSTF）：选择当前距离磁头最近的请求先执行。这种算法可以减少等待时间，但是可能会出现饥饿现象。

3. 扫描算法（SCAN）：磁头按一个方向移动，直到遇到最远的请求，然后返回磁盘的另一端。这种算法可以平均分配磁盘访问的时间，但是会导致一些请求长时间等待。

4. 循环扫描算法（C-SCAN）：类似于扫描算法，但是磁头到达磁盘的一端时，会立即返回另一端，而不是等待请求。这种算法可以避免饥饿现象，并且磁盘的访问时间也比较均匀。

5. 最小移动算法（C-LOOK）：只移动到最后一个请求的位置，然后再返回到第一个请求的位置。这种算法可以减少磁头的移动次数，提高磁盘访问效率。

不同的磁盘调度算法适用于不同的场景，需要根据实际情况选择合适的算法。

二、一次磁盘读/写操作需要的时间

1、寻找时间（寻道时间)： 

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Ts = s+ m*n

2、延迟时间：

3、传输时间（读磁盘的时间）

三、先来先服务算法（FCFS）

1、定义：

根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。

2、例子：

根据访问的先后，得到如下移动磁头的顺序

为此，我们可以计算出一共移动了多少次磁头

100到55为45次；

55到58为3次；

依此类推

45+3+19+21+72+70+10+112+146 = 498次

接着，我们可以算出响应一个请求平均需要移动498 / 9 = 55.3个磁道（平均寻找长度)

3、优点；

1. 公平;
2. 如果请求访问的磁道比较集中的话，算法性能还算过的去。

4、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。

四、最短寻找时间优先(SSTF)

1、定义：

• 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)

2、例子：

1.每次找距离当前磁道最近的磁道

2.磁头总共移动了(100-18)+ (184-18)= 248个磁道

3.响应一个请求平均需要移动248/9= 27.5个磁道（平均寻找长度）

3、优点：

性能较好，平均寻道时间短

4、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

五、扫描算法、电梯算法(SCAN)

1、定义：

• 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。

2、例子：

虽然我们不访问200号磁道，但是仍然需要访问过它后才能改变方向

磁头总共移动了(200-100)+(200-18)= 282个磁道
响应一个请求平均需要移动282/9= 31.3个磁道（平均寻找长度)

3、优点：

性能较好，平均寻道时间较短，不会产生饥饿现象

4、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。
2. SCAN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)
    

六、LOOK调度算法

1、定义：

• 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)

2、例子：

磁头总共移动了(184-100)+ (184-18)=250个磁道
响应一个请求平均需要移动250/9= 27.5个磁道（平均寻找长度）

3、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

七、循环扫描算法(C-SCAN)

1、定义：

• 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。

2、例子：

磁头总共移动了(200-100)+ (200-0)+(90-0)= 390个磁道
响应一个请求平均需要移动390/9= 43.3个磁道（平均寻找长度)

3、优点：

比起SCAN来，对于各个位置磁道的响应频率很平均。

4、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，比起扫描算法来，平均寻道时间更长。

八、C-LOOK 调度算法

1、定义：

• 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。

2、例子：

磁头总共移动了(184-100)+ (184-18)+(90-18)= 322个磁道
响应一个请求平均需要移动322/9= 35.8个磁道（平均寻找长度)

3、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

九、总结