磁盤調(diào)度算法的微課程設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

◆申鴻燁

(沈陽廣播電視大學(xué) 遼寧 110003)

磁盤調(diào)度算法的微課程設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

◆申鴻燁

(沈陽廣播電視大學(xué) 遼寧 110003)

磁盤是保存信息的重要載體，相對(duì)于內(nèi)存而言，具有容量大、價(jià)格低、掉電不丟失數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于磁頭運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)，過渡移動(dòng)磁頭，不僅會(huì)降低數(shù)據(jù)讀取速度，而且容易損壞磁盤、造成數(shù)據(jù)的丟失。本文就遠(yuǎn)程教育課程中磁盤的調(diào)度算法以及微課程的設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行了深入研究，提高了遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)效果。

磁盤；調(diào)度算法；微課程

0 引言

沈陽廣播電視大學(xué)在遠(yuǎn)程教育的諸多領(lǐng)域均有涉足。例如，在終身教育領(lǐng)域，陸續(xù)與沈陽市的凱旋社區(qū)、振興社區(qū)等10余個(gè)街道和社區(qū)、遼寧省保監(jiān)會(huì)，沈陽市財(cái)政局，沈陽市藥監(jiān)局，沈陽市交通局等多個(gè)行業(yè)主管部門開展遠(yuǎn)程終身教育合作，依托沈陽終身教育學(xué)習(xí)平臺(tái)(http://www.syeee.net/)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)與終身教育的深度融合。學(xué)生使用PC或者手機(jī)移動(dòng)端參與學(xué)習(xí)，切實(shí)為全市市民提供了人人皆學(xué)、時(shí)時(shí)能學(xué)、處處可學(xué)的在線學(xué)習(xí)環(huán)境。

微課程是展示作為一種在線教學(xué)視頻文件，非常適合于遠(yuǎn)程教育教學(xué)。微課程短小精悍，一般時(shí)長(zhǎng)在十分鐘左右，內(nèi)容針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入剖析，直指具體問題，關(guān)注“小現(xiàn)象、小故事、小策略”，主題突出，一課一例，可以很好地啟發(fā)學(xué)生思考，是有效推進(jìn)教學(xué)改革，提高課堂效率的有力工具。

在遠(yuǎn)程教育的操作系統(tǒng)課程中，磁盤調(diào)度算法描述比較抽象，學(xué)生不易理解，因此，本文將就如何通過微課程形式設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行了研究。

1 磁盤調(diào)度算法

典型的隨機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備，以硬盤結(jié)構(gòu)為例，如圖1所示，存取磁盤數(shù)據(jù)一般需要三部分時(shí)間：首先，操作系統(tǒng)要將磁頭移動(dòng)到要數(shù)據(jù)所在磁道或者柱面上，該過程產(chǎn)生的時(shí)間稱為尋道時(shí)間；其次，磁頭移動(dòng)到了預(yù)定的磁道或者柱面以后，還要等待數(shù)據(jù)所在扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭之下才能讀取，這個(gè)旋轉(zhuǎn)等待的時(shí)間稱為旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間；最后，磁頭讀取了扇區(qū)的數(shù)據(jù)，將該信息從磁盤發(fā)送到內(nèi)存中，這一過程消耗的時(shí)間稱為傳輸時(shí)間。

圖1 磁盤的結(jié)構(gòu)

為了多快好省、最大限度地提升操作系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的效率，需要研發(fā)相關(guān)的算法，降低時(shí)間復(fù)雜度。對(duì)多數(shù)磁盤而言，磁頭尋道時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其余兩個(gè)時(shí)間，因此，研究磁頭讀取的調(diào)度算法具有深遠(yuǎn)意義。一般而言，磁盤調(diào)度算法包括：先來先服務(wù)算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先法、電梯法等。

2 先來先服務(wù)算法

以先來先服務(wù)算法為例，例如，對(duì)于磁盤扇區(qū)訪問隊(duì)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(dòng)到98磁道，然后依次順序訪問，最后訪問67磁道結(jié)束，如圖2所示，需要移動(dòng)的磁道數(shù)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(diào)度算法產(chǎn)生的磁頭移動(dòng)幅度過大，例如，從122磁道移動(dòng)到14磁道，再移動(dòng)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(dòng)2個(gè)磁道到124磁道上，再訪問14磁道。頻繁移動(dòng)磁頭不僅降低了數(shù)據(jù)讀取速度，而且容易產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，容易造成磁盤的損壞，因此，提高磁頭移動(dòng)效率，不僅可以保護(hù)機(jī)械磁頭，而且可以提高了磁頭對(duì)扇區(qū)數(shù)據(jù)的訪問速度。

微課程設(shè)計(jì)該算法時(shí)，首先使用PowerPoint設(shè)計(jì)上述磁頭移動(dòng)的動(dòng)畫，然后通過Camtasia屏幕錄制軟件將該動(dòng)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(dá)到邊講解、邊演示的動(dòng)畫效果，如圖2所示。

圖2 先來先服務(wù)調(diào)度算法

3 最短尋道時(shí)間優(yōu)先法

為了對(duì)比各類算法，微課程中還包括了最短尋道時(shí)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(qǐng)求都服務(wù)完，每次服務(wù)完成后的下一個(gè)請(qǐng)求都是距離當(dāng)前磁頭所在位置最小的尋道時(shí)間。因此，磁頭移動(dòng)總是移動(dòng)到距離當(dāng)前磁道最近的磁道上。仍然以上述扇區(qū)訪問隊(duì)列為例，當(dāng)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(jì)尋道次數(shù)為：236次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先來先服務(wù)算法。該算法的微課程運(yùn)行圖例如圖3所示。

圖3 最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法

4 結(jié)語

磁盤是保存信息的重要載體，相對(duì)于內(nèi)存而言，具有容量大、價(jià)格低、掉電不丟失數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。磁頭運(yùn)動(dòng)屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)，必須設(shè)計(jì)一種靈活的磁頭尋道算法，既可以降低數(shù)據(jù)讀取速度，也可以降低損壞磁盤、丟死數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。本文就遠(yuǎn)程教育操作系統(tǒng)微課程中的先來先服務(wù)和最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法進(jìn)行了研究，通過上述微課程演示，大大提高了遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)效果。

[1]孟慶昌.操作系統(tǒng)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2008.

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2016年度遼寧省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“微信架構(gòu)下終身教育學(xué)習(xí)平臺(tái)開發(fā)的創(chuàng)新研究”（JG16EB182）的階段性研究成果。