Стратегии оптимизации механических перемещений головок диска

Основные требования, предъявляемые к любой стратегии управления дисковым накопителем, следующие:

• справедливость обслуживания;

• пропускная способность дискового накопителя или среднее время ожидания;

• дисперсия времени ожидания или предсказуемость.

Критерий справедливости обслуживания требует, чтобы ни какие запросы к дисковому накопителю не могли бы откладываться бесконечно.

Критерий пропускной способности характеризует, сколько запросов к дисковому накопителю в среднем обслуживается за единицу времени. Очевидно, что чем больше пропускная способность, тем лучше, но здесь следует помнить, что рост пропускной способности может достигаться только за счет предпочтения одних запросов, более выгодных с точки зрения механических перемещений, другим запросам. В результате, как минимум, растет дисперсия времени ожидания, а в худшем случае стратегия обслуживания может стать несправедливой.

Дисперсия времени ожидания характеризует предсказуемость обслуживания. Запуская некоторую программу, мы обычно представляем себе время, требуемое для ее завершения. Запуская программу несколько раз подряд при одинаковой средней загрузке системы, мы ожидаем, что всякий раз программа будет работать примерно одинаковое время. Однако, при большой дисперсии времени ожидания у дискового накопителя, и общее время работы программы может заметно изменяться от запуска к запуску, что, по крайней мере, неудобно для пользователя.

Для интерактивных же систем и особенно для систем реального времени, дисперсия времени ожидания может иметь решающее значение. Действительно, в системе реального времени, когда необходимо гарантировать завершение конкретных задач к заранее определенным моментам времени, непредсказуемость ответа дискового накопителя становится недопустимой.

В любом случае следует учитывать, что снижение дисперсии времени ответа обычно приводит к росту среднего времени ожидания, и наоборот. В результате, в каждом конкретном случае требуется искать свой компромисс, и для различных ситуаций могут выбираться различные стратегии.

Перечислим наиболее известные стратегии, используемые для оптимизации работы с дисковыми накопителями, и укажем их преимущества и недостатки.

Стратегия fcfs – Fist Come First Served

Это наиболее простая стратегия, ее идея состоит в том, чтобы обслуживать запросы в порядке их поступления. Очевидно, что это справедливая стратегия, т.к. поступление новых запросов не может вызвать откладывание предыдущих.

Стратегия FCFS хорошо работает при малых нагрузках на дисковый накопитель, когда мала вероятность поступления новых запросов в ходе выполнения текущего.

При малых нагрузках, среднее время ожидания определяется только механическими характеристиками дискового накопителя и практически не зависти от интенсивности запросов. При увеличении интенсивности запросов, среднее время ожидания быстро растет, и в скоре наступает блокировка работы дискового накопителя, когда скорость обслуживания запросов становится меньше скорости поступления, а среднее время ожидания бесконечно растет.

Типичная зависимость среднего времени ожидания от интенсивности запросов к диску показана рис .40.

Рис.40. Среднее время ожидания в зависимости от интенсивности запросов к диску при использовании FCFS

При этом, с ростом интенсивности запросов дисперсия времени ожидания все время остается минимальной, и определяется только разницей во временах обслуживания различных запросов, т.к. разные запросы требуют считывания или записи различного количества последовательных секторов в пределах одной дорожки.

Простота реализации, справедливость обслуживания и низкая дисперсия времени ожидания являются основными преимуществами стратегии FCFS. Невысокая пропускная способность и быстрая блокировка – основными недостатками.

Стратегия FCFS может использоваться при наличии хорошего дискового кэша, когда даже при высокой дисковой активности программ, интенсивность запроса к реальному дисковому накопителю остается достаточно низкой.