6.1.3Планирование дисковых обменов
Рассмотрим различные стратегии организации планирования дисковых обменов. При этом преследуется цель проиллюстрировать то многообразие подходов к решению данной проблемы, которые имеют место в мире, с краткими результатами и выводами.
Будем рассматривать некоторое дисковое устройство, обмен с которым осуществляется дорожками (т.е. происходит обращение и считывание соответствующей дорожки). Пускай имеется очередь запросов к следующим дорожкам: 4, 40, 11, 35, 7, 14. Изначально головка дискового устройства позиционирована на 15-ой дорожке. Замети, что время на обмен складывается из трех компонентов: выход головки на позицию, вращение диска и непосредственно обмен. Для оценки эффективности алгоритмов будем подсчитывать суммарный путь, выраженный в количестве дорожек, который пройдет головка для осуществления всех запросов на обмен из указанной очереди.
Первая стратегия, которую мы рассмотрим, — стратегия FIFO (First In First Out). Эта стратегия основывается лишь на порядке появления запроса в очереди. В нашем случае (Рис. 136.) головка сначала начинает двигаться с 15 дорожки на 4, потом на 40 и т.д. После обработки всей указанной очереди суммарная длина пути составляет 135 дорожек, что в среднем можно охарактеризовать, как 22,5 дорожки на один обмен.
Планирование дисковых обменов. Модель fifo.
Альтернативой FIFO является стратегия LIFO (Last In First Out). Этот алгоритм в нашем случае имеет примерно те же характеристики, что и FIFO. Но данная стратегия оказывается полезной, когда поступают цепочки связанных обменов: процесс считывает информацию, изменяет ее и обратно записывает. Для таких процессов эффективнее всего будет выполнение именно цепочки обмена, иначе после считывания он не сможет продолжаться, т.к. будет ожидать записи (Рис. 137.).
Планирование дисковых обменов. Модель lifo.
Следующая стратегия — SSTF (Shortest Service Time First) — основана на «жадном» алгоритме. Термин «жадного» алгоритма обычно применяется к итерационным алгоритмам для выделения среди них класса алгоритмов, которые на каждой итерации ищут наилучшее решение. Применительно к нашей задаче данный алгоритм на каждом шаге осуществляет поиск в очереди запросов номер дорожки, требующей минимального перемещения головки диска. В итоге в нашем примере получаются достаточно хорошие результаты, но данный алгоритм имеет существенный недостаток: ему присуща проблема голодания крайних дорожек (Рис. 138.).
Планирование дисковых обменов. Модель sstf.
Еще один алгоритм — алгоритм, основанный на приоритетах процессов (PRI). Данный алгоритм подразумевает, что каждому процессу присваивается некоторый приоритет, тогда в заказе на обмен присутствует еще и приоритет. И, соответственно, очередь запросов обрабатывается согласно приоритетам. Здесь встает серьезная проблема корректной организации выдачи приоритета, иначе будут возникать случаи голодания низкоприоритетных процессов.
Следующий алгоритм, который мы рассмотрим, — «лифтовый» алгоритм, или алгоритм сканирования (SCAN). Данный алгоритм основан на том, что головка диска перемещается сначала в одну сторону до границы диска, выбирая каждый раз из очереди запрос с номером обозреваемой головкой дорожки, а затем — в другую. Тогда заведомо известно, что для любого набора запросов потребуется перемещений не больше удвоенного числа дорожек на диске. Данный алгоритм может приводить к деградации системы вследствие голодания некоторых процессов в случае, когда идет интенсивный обмен с некоторой локальной областью диска (Рис. 139.).
