6.8　磁盘存储器的性能和调度

本节概览：先建立「磁盘存储器的性能和调度」的框架，再依次展开下列小节。

1. 磁盘性能简述
2. 早期的磁盘调度算法
3. 基于扫描的磁盘调度算法

磁盘设备可包括一个或多个物理盘片，每个磁盘片分一个或两个存储面，每个盘面上有若干个磁道，磁道之间留有必要的间隙。为使处理简单，每条磁道上可存储相同数目的二进制位。

磁盘访问时间由寻道时间、旋转延迟时间和传输时间组成。

磁盘可从不同角度进行分类，最常见的有硬盘和软盘、单片盘和多片盘、固定头磁盘和活动头（移动头）磁盘等。磁盘设备工作时以恒定速率旋转，为读或写，磁头必须能移动到所指定的磁道上，并等待所指定的扇区的开始位置旋转到磁头下，然后再开始读或写数据。

1. 固定头磁盘：每条磁道上都有一读/写磁头，所有磁头都被装在一刚性磁臂中
2. 移动头磁盘：每一个盘面仅配有一个磁头，也被装入磁臂中

磁盘访问时间：由寻道时间、旋转延迟时间和传输时间三部分组成。寻道时间是把磁头移到指定磁道所需时间；旋转延迟时间是磁头到达磁道后等待指定扇区转到磁头下所需时间；传输时间是读写数据本身所需时间。

先来先服务（FCFS）是最简单的磁盘调度算法，根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。优点是公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理。

最短寻道时间优先（SSTF）算法选择这样的进程：其要求访问的磁道与当前磁头所在磁道距离最近，以使每次寻道时间最短，但这种算法不能保证平均寻道时间最短。

结合图 6-31 SSTF 调度算法理解：最短寻道时间优先算法选择距当前磁头位置最近的请求为之服务，以减少寻道时间。

循环扫描（CSCAN）算法是对SCAN算法的改进，磁头只沿一个方向移动并在到达边缘后立即返回另一端继续扫描，避免SCAN中返回途中处理请求的不均匀性。

循环扫描(CSCAN)算法

本页说明：循环扫描(CSCAN)算法。

结合插图「图6-32 SCAN调度算法示例」理解本节要点。

结合插图「图6-33 CSCAN调度算法示例」理解本节要点。

NStepSCAN和FSCAN调度算法

在SSTF、SCAN及CSCAN几种调度算法中，都可能出现磁臂停留在某处不动的情况，例如，有一个或几个进程对某一磁道有较高的访问频率，即这个(些)进程反复请求对某一磁道的I/O操作，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)。在高密度磁盘上容易出现此情况。

FSCAN算法实质上是N步SCAN算法的简化，即FSCAN只将磁盘请求队列分成两个子队列。一个是由当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列，由磁盘调度按SCAN算法进行处理。另一个是在扫描期间，将新出现的所有请求磁盘I/O的进程放入等待处理的请求队列。这样，所有的新请求都将被推迟到下一次扫描时处理。