12.4 Оптимизация поиска цилиндра
12.4.1 Планирование по принципу FIFO («первый пришедший обслуживается первым»)
При планировании по принципу FIFO первый поступивший запрос будет первым и обслуживаться. Принцип FIFO справедлив в том смысле, что после поступления некоторого запроса его место в очереди фиксируется. Обслуживание этого запроса никогда не откладывается из-за поступления запроса более высокого приоритета.
Если запросы равномерно распределяются по поверхностям дисков, то планирование по принципу FIFO приводит к картине случайного поиска. Здесь игнорируются позиционные взаимосвязи между запросами, ожидающими своего обслуживания в очереди, и не делается никаких попыток оптимизировать схему поиска.
Стратегия FIFO приемлема, если дисковая память работает с малой нагрузкой. Однако при возрастании нагрузки быстро наступает насыщение, и времена ответа становятся слишком большими. Стратегия FIFO обеспечивает небольшую дисперсию, однако она заставляет ждать запросы, находящиеся в конце очереди к диску, в то время как головки лихорадочно перескакивают с цилиндра на цилиндр.
12.4.2 Планирование по принципу sstf («с наименьшим временем поиска — первым»)
При планировании по принципу SSTF (shortest-seek-time-first) первым обслуживается запрос, который характеризуется минимальным расстоянием подвода (и тем самым наименьшим временем поиска цилиндра), если даже этот запрос не является первым в очереди.
Рис. 12.4 Концентрация поисков при планировании по принципу SSTF.
Для стратегии SSTF характерна резкая дискриминация определенных запросов. Обращения к диску проявляют тенденцию концентрироваться, в результате чего запросы на обращение к самым внутренним и к самым наружным дорожкам могут обслуживаться гораздо хуже, чем запросы к средним дорожкам (Рис. 12.4).
Стратегия SSTF обеспечивает лучшую пропускную способность, чем FIFO, и лучшие средние времена ответа при умеренных нагрузках. Одним из существенных недостатков этой стратегии является увеличение дисперсии времен ответа в связи с дискриминацией наружных и внутренних дорожек. Это увеличение может быть допустимо в случаях, когда основное значение имеют повышение пропускной способности и уменьшение средних времен ответа. Стратегия SSTF приемлема для систем пакетной обработки, где главное — это пропускная способность, однако большая дисперсия времен ответа (т. е. плохая предсказуемость) делает ее мало пригодной для интерактивных систем.
12.4.3 Планирование по принципу scan
Чтобы уменьшить дискриминацию крайних дорожек и улучшить дисперсию времен ответа, была разработана стратегия планирования SCAN («сканирование»).
Стратегия SCAN в общем аналогична SSTF, если не считать того, что она выбирает для обслуживания тот запрос, для которого характерно минимальное расстояние поиска в привилегированном направлении (Рис. 12.5). Если в текущий момент привилегированное направление — это от внутренних дорожек к наружным, то стратегия SCAN выбирает запрос с минимальным расстоянием подвода в наружном направлении. При реализации стратегии SCAN каретка с головками не меняет направления своего движения до тех пор, пока она не достигнет самого наружного цилиндра или пока не выяснится, что больше нет запросов, ожидающих обслуживания при движении в текущем привилегированном направлении. Принцип SCAN является основой большинства практически реализованных стратегий планирования работы с дисковой памятью.
Рис. 12.5 Планирование по принципу SCAN с привилегированными направлениями.
Стратегия SCAN очень похожа на SSTF с точки зрения повышения пропускной способности и уменьшения средних времен ответа, но она значительно снижает дискриминацию крайних дорожек, присущую схемам SSTF, и обеспечивает гораздо меньшую дисперсию.
Поскольку при стратегии SCAN головки сканируют диск, совершая движения туда и обратно, на крайних дорожках они бывают реже, чем на средних, однако, это не столь серьезный недостаток, как дискриминация, свойственная методу SSTF.