曾续缘

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磁盘扫描算法，也常被称为电梯调度算法，是一系列用于优化磁盘臂移动策略的算法，以提高磁盘访问效率。

先来先服务算法（FCFS - First-Come, First-Served） ​

FCFS 是最直观也是最简单的磁盘调度算法。它的原理是按请求到达的顺序来服务请求。也就是说，如果请求队列是 100, 30, 50, 20，则磁头会依次移动到这些位置。

  • 优点: 实现简单，公平对待每一个请求。

  • 缺点: 可能会导致较高的平均寻道时间，特别是当请求的分布非常分散时。例如，如果一个请求队列是 0, 199, 1, 200，那么磁头将会来回移动，导致大量的寻道时间。

最短寻找楼层时间优先算法（SSTF - Shortest Seek Time First） ​

SSTF 算法总是选择离当前磁头位置最近的请求来服务。这样可以尽量减少磁头移动的距离，从而降低寻道时间。

  • 优点: 通常可以减少总的寻道时间，提高磁盘访问效率。

  • 缺点: 可能会导致“饥饿”现象，即某些请求可能长时间得不到服务，因为总有更接近磁头位置的新请求到来。

扫描算法（SCAN） ​

SCAN 算法也被称为电梯算法。磁头从磁盘的一端（通常是磁盘的最内圈）开始，向另一端（最外圈）移动，途中服务所有遇到的请求。到达另一端后，磁头会立即返回，并在返回的过程中继续服务遇到的请求。

  • 优点: 相比 FCFS 和 SSTF，SCAN 提供了更好的磁盘臂运动平衡，减少了不必要的来回移动，降低了平均寻道时间。

  • 缺点: 对于那些恰好位于磁头移动方向末尾的请求，它们可能会经历较长的延迟，因为它们必须等待磁头完成整个行程并开始返回。

LOOK 算法 ​

LOOK 算法是 SCAN 算法的一种改进版本。它类似于 SCAN，但有一个关键的区别：LOOK 不会在到达磁盘的某一端时才改变方向。相反，当磁头在向某一方向移动时，如果发现后续请求列表中没有更多的请求需要在同一方向上服务，它就会提前改变方向，返回并服务另一侧的请求。也就是当磁头移动到当前方向上的最后一个请求之后，它会立即改变方向，而不是继续移动到磁盘的另一端。

  • 优点: 由于 LOOK 算法可以在发现没有更多同方向请求时提前改变方向，所以它可以减少不必要的移动，从而提高效率。

  • 缺点: 实现起来稍微复杂一些，因为它需要预测未来请求的方向性。

SAFT 算法（Seek-Avoidance Fault Tolerance） ​

SAFT 算法是一种不太常见的算法，旨在通过减少磁盘臂的移动来提高系统的可靠性和效率。该算法的目标是通过预测未来的请求来优化磁盘臂的移动路径，以避免不必要的寻道操作。

假设系统使用某种预测模型，预测下一个请求最可能来自磁道150附近。SAFT算法会尽量保持磁头在这一区域，以便快速响应未来的请求。

  • 优点: 可以减少磁头移动次数，从而延长磁盘寿命，并提高数据读写速度。

  • 缺点: 实现复杂度较高，需要准确预测未来的请求模式，这对系统的设计提出了更高的要求。

最早截止期优先调度算法（EDF - Earliest Deadline First） ​

EDF 是一种用于实时系统的调度算法，其中任务或请求根据它们的截止时间来安排。具有最早截止时间的任务将被优先处理。在磁盘调度中，这意味着磁盘请求将根据它们的紧急程度（即截止时间）来排序和服务。

  • 优点: 确保了紧急任务或请求能够及时完成，这对于实时系统至关重要。

  • 缺点: 如果所有请求都具有相同的截止时间，那么算法退化为其他形式的调度，如 FCFS 或 SSTF。此外，实现这种算法需要对请求的截止时间有明确的了解。

SCAN-EDF 算法 ​

SCAN-EDF 算法结合了 SCAN 算法和 EDF 算法的优点。它在磁盘臂移动过程中考虑了请求的截止时间，优先服务那些具有最近截止时间的请求。这意味着算法不仅关注磁头的移动效率，还确保了紧急请求能够得到及时处理。

  • 优点: SCAN-EDF 算法能够在保持 SCAN 算法移动效率的同时，满足实时系统的需要，确保重要请求不会错过其截止时间。

  • 缺点: 实现相对复杂，需要对每个请求的截止时间进行跟踪，并且在移动方向上进行有效的调度。

PI 算法（Priority Inversion） ​

PI 算法并不是一种磁盘调度算法，而是用于解决实时系统中的优先级反转问题的技术。优先级反转发生在一个低优先级任务占用了高优先级任务所需的关键资源时，导致高优先级任务无法运行。PI 算法通过动态调整任务优先级来防止这种情况的发生。

  • 优点: PI 算法有助于确保高优先级任务能够及时获得所需的资源，从而保障系统的实时性能。

  • 缺点: 实现 PI 算法需要对系统的任务调度机制进行修改，增加了系统的复杂性。

FD-SCAN 算法（Feasible Deadline SCAN） ​

FD-SCAN 算法是 SCAN 算法的一种变种，它在 SCAN 算法的基础上增加了对请求截止时间的考虑。该算法的目标是确保所有具有可行截止时间的请求都能在截止时间之前得到服务。这意味着算法不仅要考虑磁头的移动方向，还要评估每个请求是否能在其截止时间前完成。

  • 优点: FD-SCAN 算法结合了 SCAN 算法的高效移动策略和对截止时间的敏感性，能够有效支持实时系统的需求。

  • 缺点: 实现起来比传统的 SCAN 更加复杂，因为它需要持续评估请求的截止时间，并做出相应的调度决策。