N-Step-SCAN 磁盘调度

简介

磁盘调度算法是操作系统中的重要组成部分，它决定了磁盘上磁头的移动顺序，以实现最小化磁头移动和最快的磁盘访问时间。N-Step-SCAN是其中一种磁盘调度算法，也叫做Look模式，是SCAN算法的变体。

算法原理

N-Step-SCAN的基本思路是将磁道分为若干个区间，磁头只访问当前区间中请求访问的磁道。从当前磁头的位置开始，磁头先向内访问，直到碰到最内侧的请求访问磁道，然后转向外侧继续扫描，直到碰到最外侧的请求访问磁道。在扫描的过程中，如果有新的请求访问磁道到达，则加入候选队列中，直到候选队列中的磁道全部访问完毕。

N-Step-SCAN算法需要指定每一个区间的大小，通常将磁道均匀划分为N个区间，因此得名N-Step-SCAN。

代码实现

N-Step-SCAN算法可以用C语言实现。以下是伪代码：

void n_step_scan(int current, int queue[], int queue_size, int disk_size, int n) {
    int i, j;
    int direction = 1; // 内部是1，外部是0
    int current_track = current;
    int candidate_track = -1;
    int start_track, end_track, prev_track;

    queue_sort(queue, queue_size); // 根据当前磁头位置排序队列

    while (queue_size > 0) {
        // 根据当前区间的位置确定候选磁道
        if (direction == 1) {
            start_track = current_track - (current_track / disk_size) * n;
            end_track = current_track;
        } else {
            start_track = current_track;
            end_track = current_track + ((disk_size - 1 - current_track) / disk_size) * n;
        }

        // 在候选磁道中查找下一个最近的磁道
        for (i = 0; i < queue_size; i++) {
            if (queue[i] >= start_track && queue[i] <= end_track) {
                candidate_track = i;
                break;
            }
        }

        // 如果在候选磁道中找到了要访问的磁道，则移动磁头
        if (candidate_track != -1) {
            current_track = queue[candidate_track];

            // 在队列中删除已经访问的磁道
            for (j = candidate_track; j < queue_size - 1; j++) {
                queue[j] = queue[j + 1];
            }
            queue_size--;
        } else {
            // 如果在候选磁道中没找到要访问的磁道，则按照方向移动磁头
            if (direction == 1) {
                prev_track = start_track - 1;
            } else {
                prev_track = end_track + 1;
            }

            current_track = prev_track;

            // 如果当前移动方向已经扫描完，则反方向扫描
            if ((prev_track == 0 && direction == 1) || (prev_track == disk_size - 1 && direction == 0)) {
                direction = 1 - direction;
            }
        }
    }
}

总结

N-Step-SCAN磁盘调度算法是一种比较高效的算法，可以缩短磁盘访问时间，减少磁头移动，提高系统的响应速度。在实际应用中需要根据硬件性能和应用场景选择合适的算法，达到最优性能。