磁盤調度算法的微課程設計與開發研究

◆申鴻燁

(沈陽廣播電視大學 遼寧 110003)

磁盤調度算法的微課程設計與開發研究

◆申鴻燁

(沈陽廣播電視大學 遼寧 110003)

磁盤是保存信息的重要載體，相對于內存而言，具有容量大、價格低、掉電不丟失數據等優點，但是，由于磁頭運動屬于機械運動，過渡移動磁頭，不僅會降低數據讀取速度，而且容易損壞磁盤、造成數據的丟失。本文就遠程教育課程中磁盤的調度算法以及微課程的設計與開發進行了深入研究，提高了遠程教育的學習效果。

磁盤；調度算法；微課程

0 引言

沈陽廣播電視大學在遠程教育的諸多領域均有涉足。例如，在終身教育領域，陸續與沈陽市的凱旋社區、振興社區等10余個街道和社區、遼寧省保監會，沈陽市財政局，沈陽市藥監局，沈陽市交通局等多個行業主管部門開展遠程終身教育合作，依托沈陽終身教育學習平臺(http://www.syeee.net/)，實現了現代信息技術與終身教育的深度融合。學生使用PC或者手機移動端參與學習，切實為全市市民提供了人人皆學、時時能學、處處可學的在線學習環境。

微課程是展示作為一種在線教學視頻文件，非常適合于遠程教育教學。微課程短小精悍，一般時長在十分鐘左右，內容針對某個知識點進行深入剖析，直指具體問題，關注“小現象、小故事、小策略”，主題突出，一課一例，可以很好地啟發學生思考，是有效推進教學改革，提高課堂效率的有力工具。

在遠程教育的操作系統課程中，磁盤調度算法描述比較抽象，學生不易理解，因此，本文將就如何通過微課程形式設計與開發進行了研究。

1 磁盤調度算法

典型的隨機存儲設備，以硬盤結構為例，如圖1所示，存取磁盤數據一般需要三部分時間：首先，操作系統要將磁頭移動到要數據所在磁道或者柱面上，該過程產生的時間稱為尋道時間；其次，磁頭移動到了預定的磁道或者柱面以后，還要等待數據所在扇區旋轉到磁頭之下才能讀取，這個旋轉等待的時間稱為旋轉延遲時間；最后，磁頭讀取了扇區的數據，將該信息從磁盤發送到內存中，這一過程消耗的時間稱為傳輸時間。

圖1 磁盤的結構

為了多快好省、最大限度地提升操作系統讀取數據的效率，需要研發相關的算法，降低時間復雜度。對多數磁盤而言，磁頭尋道時間遠遠超過其余兩個時間，因此，研究磁頭讀取的調度算法具有深遠意義。一般而言，磁盤調度算法包括：先來先服務算法、最短尋道時間優先法、電梯法等。

2 先來先服務算法

以先來先服務算法為例，例如，對于磁盤扇區訪問隊列，依次要訪問磁道：98、183、37、122、14、124、65、67。磁頭初始化位置為：53磁道，首先要移動到98磁道，然后依次順序訪問，最后訪問67磁道結束，如圖2所示，需要移動的磁道數量是：

|98-53|＋|183-98|＋|37-183|＋|122-37|＋|14-122|＋|124-14|＋|65-124|＋|67-65|=640

由此可見，這種調度算法產生的磁頭移動幅度過大，例如，從122磁道移動到14磁道，再移動到124磁道就比較不合理，完全可以首先訪問122磁道，然后移動2個磁道到124磁道上，再訪問14磁道。頻繁移動磁頭不僅降低了數據讀取速度，而且容易產生機械振動，容易造成磁盤的損壞，因此，提高磁頭移動效率，不僅可以保護機械磁頭，而且可以提高了磁頭對扇區數據的訪問速度。

微課程設計該算法時，首先使用PowerPoint設計上述磁頭移動的動畫，然后通過Camtasia屏幕錄制軟件將該動畫演示錄制成MP4視頻格式，在Edius非線性視頻編輯軟件中，引用該視頻與教師授課視頻同步，達到邊講解、邊演示的動畫效果，如圖2所示。

圖2 先來先服務調度算法

3 最短尋道時間優先法

為了對比各類算法，微課程中還包括了最短尋道時間算法，該算法的思路是首先把靠近磁頭位置的全部讀取請求都服務完，每次服務完成后的下一個請求都是距離當前磁頭所在位置最小的尋道時間。因此，磁頭移動總是移動到距離當前磁道最近的磁道上。仍然以上述扇區訪問隊列為例，當前磁頭在53磁道上，首先訪問距離最近的65磁道，然后訪問距離65磁道最近的67磁道，然后順序訪問14、98等磁道，最后訪問183磁道，該算法的累計尋道次數為：236次，遠遠低于先來先服務算法。該算法的微課程運行圖例如圖3所示。

圖3 最短尋道時間優先算法

4 結語

磁盤是保存信息的重要載體，相對于內存而言，具有容量大、價格低、掉電不丟失數據等優點。磁頭運動屬于機械運動，必須設計一種靈活的磁頭尋道算法，既可以降低數據讀取速度，也可以降低損壞磁盤、丟死數據的風險。本文就遠程教育操作系統微課程中的先來先服務和最短尋道時間優先算法進行了研究，通過上述微課程演示，大大提高了遠程教育學習效果。

[1]孟慶昌.操作系統[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2008.

[2](美)斯托林斯著.操作系統：精髓與設計原理[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]張堯學.計算機操作系統教程[M].北京：清華大學出版社，2013.

[4]Andrew S. Tanenbaum.操作系統設計與實現[M].北京：電子工業出版社，2015.

2016年度遼寧省教育科學“十三五”規劃課題“微信架構下終身教育學習平臺開發的創新研究”（JG16EB182）的階段性研究成果。