目前常用的磁盘调度算法有哪几种?每种算法优先考虑的问题是啥?

Posted 2023-04-09

(1)先来先服务(FCFS，First-Come First-Served)
此算法根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。
(2)最短寻道时间优先(SSTF ，ShortestSeekTimeFirst)
该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短。
(3)扫描(SCAN)算法
SCAN算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。
(4)循环扫描(CSCAN)算法
CSCAN算法规定磁头单向移动，避免了扫描算法导致的某些进程磁盘请求的严重延迟。
(5) N-Step-SCAN和FSCAN调度算法
1) N-Step-SCAN算法。为克服前述SSTF、SCAN、CSCAN等调度算法都可能出现的磁臂停留在某处不动的情况即磁臂粘着现象，将磁盘请求队列分成若干个长度为N的子队列，按先来先服务算法依次处理这些子队列，而各队列分别以扫描算法进行处理。
2) FSCAN算法
FSCAN算法实质上是N步SCAN算法的简化。它只将磁盘请求访问队列分成两个子队列。一是当前所有请求磁盘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，放入另一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。 参考技术A 先来先服务FCFS：公平，简单，每个进程的请求都能依次得到处理。没有对寻道优化，平均寻道时间长。

最短时间优先调度算法SSTF：要求访问的磁道是当前磁头所在的磁道最近，每次寻道时间最短。可能导致一些请求无限期推延。

电梯调度算法SCAN：不仅考虑当前磁道的距离，优先考虑在磁道前进方向的最短时间，排除磁头在盘面上的往复运动。电梯原理。

N-SCAN：是SCAN的改良。磁头改变方向时，以到达请求服务的最短时间。对中间请求服务更有利。

C-SCAN：磁头单项移动。消除N-SCAN对两端请求的不公平。 参考技术B 目前最常用的磁盘调度算法有：先来先服务、最短寻道时间优先以及扫描等算法。

先来先服务：优先考虑请求访问磁盘的先后次序。

最短寻道时间优先SSTF：要求访问的磁道，与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。

扫描算法：该算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。

参考书：《计算机操作系统（修订版）》西安电子科技大学出版社 汤子瀛 哲凤屏 汤小丹 编
（P174）

进程调度算法

参考技术A FCFS调度算法属于不可剥夺算法。从表面上看，它对所有作业都是公平的，但若一个长作业先到达系统，就会使后面许多短作业等待很长时间，因此它不能作为分时系统和实时系统的主要调度策略。但它常被结合在其他调度策略中使用。例如，在使用优先级作为调度策略的系统中，往往对多个具有相同优先级的进程按FCFS原则处理。

FCFS调度算法的特点是算法简单，但效率低； 对长作业比较有利，但对短作业不利（相对SJF和高响应比）；

FCFS调度算法有利于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型作业。

​ 短作业优先调度算法是一个非抢占策略，他的原则是下一次选择预计处理时间最短的进程，因此短进程将会越过长作业，跳至队列头。该算法即可用于作业调度，也可用于进程调度。 但是他对长作业不利，不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理，作业的长短只是被估算出来的。

缺点：

该算法对长作业不利，SJF调度算法中长作业的周转时间会增加。更严重的是，如果有一长作业进入系统的后备队列，由于调度程序总是优先调度那些 (即使是后进来的）短作业，将导致长作业长期不被调度（“饥饿”现象，注意区分“死锁”。后者是系统环形等待，前者是调度策略问题）。

该算法完全未考虑作业的紧迫程度，因而不能保证紧迫性作业会被及时处理。

由于作业的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定的，而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计运行时间，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。

SJF调度算法的平均等待时间、平均周转时间最少。

高响应比优先调度算法既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间，综合了先来先服务和最短作业优先两种算法的特点。

该算法中的响应比是指作业等待时间与运行比值，响应比公式定义如下：

响应比 =（等待时间+要求服务时间）/ 要求服务时间,即RR=（w+s）/s=1+w/s，因此 响应比一定是大于等于1的。

短作业与先后次序的兼顾，且不会使长作业长期得不到服务。

响应比计算系统开销，增加系统开销。

高响应比优先调度算法适合批处理系统，主要用于作业调度。

为了实现 RR 调度，我们将就绪队列视为进程的 FIFO 队列。新进程添加到就绪队列的尾部。CPU 调度程序从就绪队列中选择第一个进程，将定时器设置在一个时间片后中断，最后分派这个进程。

接下来，有两种情况可能发生。进程可能只需少于时间片的 CPU 执行。对于这种情况，进程本身会自动释放 CPU。调度程序接着处理就绪队列的下一个进程。否则，如果当前运行进程的 CPU 执行大于一个时间片，那么定时器会中断，进而中断操作系统。然后，进行上下文切换，再将进程加到就绪队列的尾部，接着 CPU 调度程序会选择就绪队列内的下一个进程。

采用 RR 策略的平均等待时间通常较长。

在 RR 调度算法中，没有进程被连续分配超过一个时间片的 CPU（除非它是唯一可运行的进程）。如果进程的 CPU 执行超过一个时间片，那么该进程会被抢占，并被放回到就绪队列。因此， RR调度算法是抢占的。

算法描述

1、进程在进入待调度的队列等待时，首先进入优先级最高的Q1等待。

2、首先调度优先级高的队列中的进程。若高优先级中队列中已没有调度的进程，则调度次优先级队列中的进程。例如：Q1,Q2,Q3三个队列，当且仅当在Q1中没有进程等待时才去调度Q2，同理，只有Q1,Q2都为空时才会去调度Q3。

3、对于同一个队列中的各个进程，按照FCFS分配时间片调度。比如Q1队列的时间片为N，那么Q1中的作业在经历了N个时间片后若还没有完成，则进入Q2队列等待，若Q2的时间片用完后作业还不能完成，一直进入下一级队列，直至完成。

4、在最后一个队列QN中的各个进程，按照时间片轮转分配时间片调度。

5、在低优先级的队列中的进程在运行时，又有新到达的作业，此时须立即把正在运行的进程放回当前队列的队尾，然后把处理机分给高优先级进程。换而言之，任何时刻，只有当第1~i-1队列全部为空时，才会去执行第i队列的进程（抢占式）。特别说明，当再度运行到当前队列的该进程时，仅分配上次还未完成的时间片，不再分配该队列对应的完整时间片。