第五章 磁盘移臂调度算法

例 ： 假定磁盘共有40个柱面，当前磁头正 在第11道服务，等待服务的进程有6个，它们请 求的柱面分别是：1, 36, 16, 34, 9 和 12 。 按SSTF算法： 算法： 算法 移动为：11 → 12 → 9 → 16 → 1 → 34 → 36 总移动柱面数：1+3+7+15+33+2 = 61
例 ： 假定磁盘共有40个柱面，当前磁头正 在第11道服务，等待服务的进程有6个，它们请 求的柱面分别是：1, 36, 16, 34, 9 和 12 。 算法： 按SCAN算法： 算法 移动为：11 → 12 → 16 → 34 → 36 → 9 → 1 总移动柱面数：1+4+18+2+27+8 = 60 尽管此例的平均寻道时间电梯算法优于SSF算法， 但一般而言SSTF算法下平均寻道时间要优于电梯算法。 从效率和公平性考虑，目前较多采用电梯调度算法。
2 FSCAN算法 算法 FSCAN算法实质上是 算法实质上是 算法实质上是N-Step-SCAN算法 算法 的简化。 的简化。它只将磁盘请求访问队列分成两个 子队列。 子队列。 一是当前所有请求磁盘I/O的进程形成的 一是当前所有请求磁盘 的进程形成的 队列，由磁盘调度按SCAN算法进行处理 算法进行处理。 队列，由磁盘调度按SCAN算法进行处理。 另一个队列则是在扫描期间， 另一个队列则是在扫描期间，新出现的 所有请求磁盘I/O进程的队列 进程的队列， 所有请求磁盘 进程的队列，把它们排入另 一个等待处理的请求队列。 一个等待处理的请求队列。 这样， 这样，所有的新请求都将被推迟到下一 次扫描时处理。 次扫描时处理。
先来先服务FCFS 一、先来先服务
(First-Come, First-Served)
这是一种最简单的磁盘调度算法。它根 这是一种最简单的磁盘调度算法。 据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。 据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。 在任何时候，都有许多I/O请求在排队等 在任何时候，都有许多 请求在排队等 每次当调用进程从磁盘读出时， 待。每次当调用进程从磁盘读出时，首先要 把磁头定位到它所要求的正确磁道上。 把磁头定位到它所要求的正确磁道上。移动 磁头所需时间取决于磁头必须移动多远的距 下页表是一作用于等待的I/O进程请求其 离wenku.baidu.com下页表是一作用于等待的 进程请求其 要求读出的磁道的分布情况。 要求读出的磁道的分布情况。
按按此策略完成 这组I/O操作需移动 这组 操作需移动 磁头的总距离为642 磁头的总距离为 磁道。 磁道。
当前磁道=100 移动方向=IN(向里) 进程号 磁道号 移动距离(磁道数) 7 134 34 14 192 58 23 205 13 9 376 171 3 396 20 17 3 393 34 18 15 12 19 1 4 19 0 32 29 10 29 40 11 22 56 16 磁头移动的总距离=642 (磁道)
该策略隐含有一个难以捉摸的问题： 该策略隐含有一个难以捉摸的问题：这 就是有些进程将会“饿死” 就是有些进程将会“饿死”。如假定在进程 9(要求读出磁道 上的信息 的请求得到服 要求读出磁道376上的信息 上的信息)的请求得到服 要求读出磁道 务之前的某段时间，系统又收到一个请求流， 务之前的某段时间，系统又收到一个请求流， 而且这些请求 些请求所要求移动的磁道数均小于 而且这些请求所要求移动的磁道数均小于 376所移动的距离，因而进程 和进程 永远 所移动的距离， 和进程3永远 所移动的距离 因而进程9和进程 得不到服务。 得不到服务。 优点：改善了磁盘平均服务时间； 优点：改善了磁盘平均服务时间； 缺点： 缺点：造成某些访问请求长期等待得不 到服务
5.4.1 磁盘移臂调度 磁盘是对被多个进程共享的设备。当有多个进 磁盘是对被多个进程共享的设备。 程都请求访问磁盘时，应采用一种适当的调度算法， 程都请求访问磁盘时，应采用一种适当的调度算法， 以使各进程对磁盘的平均访问（主要是寻道） 以使各进程对磁盘的平均访问（主要是寻道）时间 最小。由于在访问磁盘的时间中、主要是寻道时间， 最小。由于在访问磁盘的时间中、主要是寻道时间， 因此， 因此，磁盘调度的目标应是使磁盘的平均寻道时间 最少。 最少。 常用的磁盘调度算法有： 常用的磁盘调度算法有： 先来先服务； ⑴ 先来先服务； ⑵ 最短寻道时间优先； 最短寻道时间优先； 扫描算法； ⑶ 扫描算法； ⑷ 循环扫描算法 等．
按按此策略完成这组I/O操作需移动磁头的总距 操作需移动磁头的总距 按按此策略完成这组 离为490磁道。。(如右下图所示) 磁道。。 离为 磁道。。(如右下图所示) 当前磁道=100 移动方向=OUT(向0道) 该方法克服了最短 进程号 磁道号 移动距离(磁道数) 寻道优先的缺点， 寻道优先的缺点，既考 22 56 44 虑了距离， 虑了距离，同时又考虑 29 40 16 了方向。 了方向。 32 29 11 4 19 10 但是，必须说明， 但是，必须说明， 12 19 0 这种修改的SCAN调度 这种修改的 调度 34 18 1 策略并不总是优于纯 17 3 15 7 134 131(移动方向=IN) SSTF调度算法。 调度算法。 调度算法 14 192 58 由于这种算法中磁 23 205 13 头移动的规律颇似电梯 9 376 171 的运行，故又常称为电 的运行，故又常称为电 3 396 20 磁头移动的总距离=490 (磁道) 梯调度算法
当前磁道=100
其中进程是按其发出 进程号 磁道号 移动距离(磁道数) 请求的先后顺序排列的。 请求的先后顺序排列的。 4 19 81 9 376 357 采用的是FCFS调度策略。 调度策略。 采用的是 调度策略 23 205 171 完成这组I/O操作需移动 完成这组 操作需移动 7 134 71 磁道。 磁头的总距离为1604磁道。 磁头的总距离为 磁道 34 18 116 22 56 38 优点：公平、简单， 优点：公平、简单，且 14 192 136 每个进程的请求都能依次 3 396 204 32 29 367 得到处理， 得到处理，不会出现某进 17 3 26 程的请求长期得不到满足 12 19 16 29 40 21 的情况。 的情况。 磁头移动的总距离=1604 (磁道) 缺点： 缺点：与后面讲的几种 调度算法相比，其平均寻道距离较大。 调度算法相比，其平均寻道距离较大。故此算法仅 适用于请求磁盘上的进程数较少的场合。 适用于请求磁盘上的进程数较少的场合。
由此可知总的柱面移动数为61， 明显地优于FCFS。
思考：假设磁盘访问序列： 思考：假设磁盘访问序列： 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 读写头起始位置： 读写头起始位置：53 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离(道数 道数) 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离 道数
扫描(SCAN)算法（电梯调度算法） 算法（ 三、扫描 算法 电梯调度算法） 具体做法： 当设备无访问请求时， 磁头不动； 具体做法 ： 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， 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， 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； 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. 变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复.
思考：假设磁盘访问序列： 思考：假设磁盘访问序列： 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 读写头起始位置： 读写头起始位置：53 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离(道数 道数) 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离 道数
循环扫描算法CSAN(Circular SCAN)（不考） 四、循环扫描算法 （不考） SCAN算法存在这样的问题：当磁头刚从里向外 算法存在这样的问题： 算法存在这样的问题 移动过某一磁道时、恰有进程请求访问此磁道， 移动过某一磁道时、恰有进程请求访问此磁道，这 时该进程必须等待，待磁头从里向外． 时该进程必须等待，待磁头从里向外．然后再从外 向里扫描完所有要访问的磁道后、 向里扫描完所有要访问的磁道后、才处理该进程的 请求，致使该进程的请求被严重地推迟。为了减少 请求，致使该进程的请求被严重地推迟。 这种延迟， 这种延迟， SSTF的另一个修改版本是循环扫描法 的另一个修改版本是循环扫描法 (CSAN)。 该算法规定磁头单向移动。例如，只自里 。 该算法规定磁头单向移动。例如， 向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时， 向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头 立即返回到最里的欲访磁道， 立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接 着最大磁道号构成循环，进行扫描。即一个在磁道0 着最大磁道号构成循环，进行扫描。即一个在磁道 上的I/O请求 将在磁道400上请求之后马上可以得 请求， 上的 请求，将在磁道 上请求之后马上可以得 到满足。 到满足。
例 ： 假定磁盘共有40个柱面，当前磁头正 在第11道服务，等待服务的进程有6个，它们请 求的柱面分别是：1, 36, 16, 34, 9 和 12 (以请求 时间先后为序)。 按FCFS算法： 算法： 算法 移动为：11 → 1 → 36 → 16 → 34 → 9 → 12 总移动柱面数：10+35+20+18+25+3 = 111
思考：假设磁盘访问序列： 思考：假设磁盘访问序列： 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 读写头起始位置： 读写头起始位置：53 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离(道数 道数) 试安排磁头服务序列，并计算磁头移动总距离 道数
最短寻道时间优先SSTF 二、最短寻道时间优先 (Shortset Seek Time First) 当前磁道=100 第一种改进方法是： 第一种改进方法是： 进程号 磁道号 移动距离(磁道数) 最短寻找时间优先(SSTF) 最短寻找时间优先 7 134 34 14 192 58 的调度方法。采用这种调 的调度方法。 23 205 13 度策略， 度策略，每当启动一个新 22 56 149 29 40 16 操作时， 的磁盘 I/O操作时，首先 操作时 32 29 11 查看这个等待请求的挂起 4 19 10 12 19 0 队列， 队列，找出其中寻找时间 34 18 1 最短的进程。 最短的进程。 17 3 15 按此策略完成这组I/O 按此策略完成这组 9 376 373 3 396 20 操作需移动磁头的总距离 磁头移动的总距离=700 (磁道) 磁道。 如右图所示) 磁道 如右图所示 为700磁道。(如右图所示
CSCAN的优缺点 的优缺点 的讨论作为一个习题留 给读者
调度算法（ 五、N-Step-SCAN和FSCAN调度算法（不考） 和 调度算法 不考） 1 N-Step-SCAN算法 算法 几种调度算法中， 在 SSTF、SCAN及CSCAN几种调度算法中， 、 及 几种调度算法中 都可能出现磁臂停留在某处不动的情况。 都可能出现磁臂停留在某处不动的情况。 例如， 例如，有一个或几个进程对某一磁道有着较高 的访问频率， 的访问频率，即他们反复请求对某一磁道进行 I/O， ， 从而垄断了整个磁盘设备。我们把这一现象称为磁 从而垄断了整个磁盘设备。我们把这一现象称为磁 臂粘着(Armstickiness)。在高密度盘上更容易出现此 臂粘着 。 情况。 情况。 N-Step-SCAN是将磁盘请求队列分成若干个 是将磁盘请求队列分成若干个 长度为N的子队列 的子队列， 长度为 的子队列，对一个队列处理完后又处理另一 个队列，这样可避免出现粘着现象。 个队列，这样可避免出现粘着现象。 很大时， 的性能， 当N很大时，会使 很大时 会使N-Step-SCAN的性能，接近于 的性能 SCAN算法的性能；当 N=1时， N-Step-SCAN算法 算法的性能； 算法的性能 时 算法 退化为FCFS算法。 算法。 退化为 算法