计算机常见的磁盘调度算法有哪些

在本文中，我们将介绍计算机中常见的磁盘调度算法，以及它们在解决磁盘访问时间优化方面的应用和效果。

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先来了解一下磁盘调度算法是什么

磁盘调度算法是指操作系统在进行磁盘访问时，根据一定的策略来确定先后访问磁盘上的不同磁道和扇区。它的主要目标是减少磁盘寻道时间，提高磁盘IO效率。常见的磁盘调度算法有以下几种：

先来先服务（First-Come, First-Served）
最短寻找时间优先（Shortest Seek Time First）
电梯算法（SCAN）
循环扫描算法（Circular SCAN）
LOOK算法
C-SCAN算法
C-LOOK算法

下面我们将逐一介绍这些磁盘调度算法，并对其应用示例进行说明。

先来先服务（First-Come, First-Served）

先来先服务算法是最简单的磁盘调度算法之一，它按照磁盘请求的先后顺序进行访问。无论磁盘请求的位置离磁头远近，先来的请求都会先被满足。这种算法的好处是公平，但是会导致磁盘头移动较多，造成平均寻道时间较长。

示例：假设有五个磁盘请求，分别是83、21、35、42、67，它们的访问序列为83 -> 21 -> 35 -> 42 -> 67。先来先服务算法会按照这个序列进行磁盘访问。

最短寻找时间优先（Shortest Seek Time First）

最短寻找时间优先算法是根据当前磁头位置与磁盘请求的位置之间的距离来进行优化的。它始终选择离当前磁头位置最近的磁盘请求进行处理，以减少寻道时间。这种算法的问题是可能会导致某些磁盘请求一直得不到满足，造成饥饿现象。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。最短寻找时间优先算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 42 -> 35 -> 21 -> 83。

电梯算法（SCAN）

电梯算法，又称扫描算法，模仿了电梯的运行方式。磁头按照一个方向一直进行移动，直到到达最边界，然后改变方向进行返回。这种算法的好处是可以使磁头移动的路径最短，但是对于位于磁头路径两端的磁盘请求，可能会等待较长的时间。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。电梯算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 83 -> 42 -> 35 -> 21。

循环扫描算法（Circular SCAN）

循环扫描算法是电梯算法的一种改进，它可以避免电梯算法中的等待时间问题。循环扫描算法将磁头不断往一个方向移动，直到到达边界，然后立即返回到另一个方向的边界。这样可以保证所有磁盘请求都得到满足，且磁头移动路径较短。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。循环扫描算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 83 -> 42 -> 35 -> 21 -> 67。

LOOK算法

LOOK算法是扫描算法的一种改进，它不需要到达边界后立即返回，而是当磁盘上的请求全部处理完毕时再折返。这样可以避免很多不必要的移动，从而提高效率。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。LOOK算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 83 -> 42 -> 35 -> 21 -> 35 -> 42 -> 67。

C-SCAN算法

C-SCAN算法是循环扫描算法的一种改进，它在到达边界后直接返回另一边界，而不是回到起始位置。这样可以减少磁头的移动次数，减少磨损和延长寿命。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。C-SCAN算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 83 -> 21 -> 35 -> 42 -> 67。

C-LOOK算法

C-LOOK算法是C-SCAN算法的一种改进，它不需要回到起始位置，而是在到达边界后直接返回另一边界。这样可以减少磁头的移动次数，提高磁盘IO效率。

示例：假设当前磁头位置为58，五个磁盘请求的位置分别是83、21、35、42、67。C-LOOK算法会按照以下顺序进行磁盘访问：58 -> 67 -> 83 -> 21 -> 35 -> 42 -> 67。

总结

磁盘调度算法在计算机系统中起着重要的作用，能够优化磁盘访问时间，提高整个系统的性能。常见的磁盘调度算法包括先来先服务、最短寻找时间优先、电梯算法、循环扫描算法、LOOK算法、C-SCAN算法和C-LOOK算法。每种算法都有其适用的场景和优缺点，根据具体情况选择合适的算法可以提高磁盘IO效率。

先来先服务算法简单直观，但在磁盘IO请求分布不均匀时容易导致长时间等待。最短寻找时间优先算法可以减少平均寻道时间，但可能会导致某些磁盘请求长时间得不到满足。电梯算法和循环扫描算法的思想类似，能够减少磁头移动的路径，但可能造成磁盘请求等待时间过长。LOOK算法则避免了电梯算法中的等待时间问题。C-SCAN算法和C-LOOK算法则进一步改进了循环扫描算法，减少了磁头的移动次数。

在实际应用中，选择合适的磁盘调度算法要考虑磁盘访问模式、磁盘IO请求分布以及系统性能要求等因素。不同的应用场景可能适用不同的算法。例如，在需要快速响应时间和最小延迟的场景中，可以选择最短寻找时间优先算法。在需要平均时间复杂度较低的场景中，可以选择循环扫描算法或C-SCAN算法。

总而言之，磁盘调度算法在计算机系统中起着重要作用，对磁盘访问时间进行优化至关重要。不同的磁盘调度算法适用于不同的场景，我们需要根据具体情况选择合适的算法来提高磁盘IO效率，从而提升整个系统的性能。