如何通过Java访问磁道数据？

磁盘调度算法是操作系统中用于管理磁盘访问的关键技术之一，它决定了磁盘请求的处理顺序，以优化磁盘性能和响应时间，下面将详细介绍几种常见的磁盘调度算法：先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）以及扫描算法（SCAN）。

一、先来先服务（FCFS）算法

1. 简介

先来先服务（First-Come, First-Served, FCFS）算法是最简单也是最直观的一种磁盘调度算法，该算法按照进程请求访问磁盘的顺序进行调度，即先到达的请求先被处理。

2. 特点

优点：实现简单，公平性强，每个请求都会被处理。

缺点：效率不高，可能会导致磁头大幅度移动，增加平均寻道时间，如果请求序列为33, 78, 55, 120, 63, 70，则磁头移动的总距离较长。

3. 示例代码

import java.util.Scanner;
public class FCFS {
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    int[] req;
    int num;
    int[] move;
    void input() {
        System.out.print("请输入进程数：");
        num = scan.nextInt();
        req = new int[num];
        move = new int[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            System.out.print("进程" + (i + 1) + "访问的磁道号：");
            req[i] = scan.nextInt();
        }
        System.out.println();
    }
    void search() {
        System.out.print("请输入开始的磁道号：");
        int start = scan.nextInt();
        System.out.println("
-------从" + start + "号磁道开始-------
");
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            move[i] = Math.abs(start req[i]);
            start = req[i];
        }
    }
    void show() {
        System.out.println("被访问的\t\t移动距离
下一个磁道号\t（磁道数）
");
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            System.out.println(req[i] + "\t\t" + move[i]);
        }
        double sum = 0;
        for (int i : move) {
            sum += i;
        }
        System.out.println("平均寻道长度：" + sum / num);
    }
    FCFS() {
        System.out.println("----------先来先服务----------");
    }
    public static void main(String[] args) {
        FCFS fcfs = new FCFS();
        fcfs.input();
        fcfs.search();
        fcfs.show();
    }
}

二、最短寻道时间优先（SSTF）算法

1. 简介

最短寻道时间优先（Shortest Seek Time First, SSTF）算法优先选择与当前磁头位置最近的磁道请求进行处理，这种算法可以减少磁头的移动距离，从而提高磁盘I/O效率。

2. 特点

优点：能够减少平均寻道时间，提高磁盘访问效率。

缺点：可能会导致某些请求长时间得不到服务（即“饿死”现象），尤其是当新请求不断到来时。

3. 示例代码

import java.util.List;
import java.util.Scanner;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.Random;
public class SSTF {
    private int visit[];
    private int nearIndex = 0;
    public int[] sstf(int queue[], int start) {
        int nearNum = 9999;
        visit = new int[queue.length];
        for (int i = 0; i < queue.length; i++) {
            for (int j = 0; j < queue.length; j++) {
                if (queue[j] != -1) {
                    if (Math.abs(nearNum start) > Math.abs(queue[j] start)) {
                        nearNum = queue[j];
                        nearIndex = j;
                    }
                }
            }
            visit[i] = nearNum;
            queue[nearIndex] = -1;
            start = nearNum;
            nearNum = 9999;
        }
        return visit;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入磁盘请求队列的数量：");
        int n = scan.nextInt();
        int[] queue = new int[n];
        System.out.print("请输入磁盘请求队列：");
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            queue[i] = scan.nextInt();
        }
        SSTF sstf = new SSTF();
        int[] result = sstf.sstf(queue, 0); //假设初始磁头在0号位置
        System.out.print("访问顺序：");
        for (int r : result) {
            System.out.print(r + " ");
        }
    }
}

三、扫描算法（SCAN）算法

1. 简介

扫描算法（SCAN，也称为电梯算法）不仅考虑欲访问的磁道与当前磁头所在磁道的距离，还规定了磁头的移动方向，磁头只能沿着一个方向移动，直至该方向上的所有请求都被处理完，然后改变方向继续处理剩余的请求。

2. 特点

优点：避免了SSTF算法中的“饿死”现象，确保所有请求都能得到及时处理，考虑到了磁头的移动方向，减少了磁头的来回移动次数。

缺点：在某些情况下，平均寻道时间可能不是最优的。

3. 示例代码

import java.util.*;
import java.text.DecimalFormat;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;
import java.util.TreeSet;
import com.bean.Request;
import com.bean.Work;
import com.diaodu.DiskSchedulingAlgorithm;
import com.diaodu.FCFS;
import com.diaodu.SSTF;
import com.diaodu.SCAN;
import com.diaodu.CSCAN;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入磁道数量：");
        int tracks = sc.nextInt();
        System.out.println("请输入请求数量：");
        int requests = sc.nextInt();
        Work work = new Work(0, tracks, requests); //假设允许访问的磁道范围为0到tracks-1，产生requests个请求
        Request[] requestArray = work.getRandomRequest(); //获取随机生成的请求数组
        sc.close(); //关闭scanner对象
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.##"); //设置小数点后保留两位有效数字，四舍五入
        System.out.println("FCFS:");
        FCFS fcfs = new FCFS();
        System.out.println("平均寻道长度:" + df.format(fcfs.averageSeekTime(requestArray))); //计算并输出FCFS的平均寻道长度
        System.out.println("SSTF:");
        SSTF sstf = new SSTF();
        System.out.println("平均寻道长度:" + df.format(sstf.averageSeekTime(requestArray))); //计算并输出SSTF的平均寻道长度
        System.out.println("SCAN:");
        SCAN scan = new SCAN(); //创建SCAN对象，假设初始磁头方向为增大方向，且初始位置在中间（tracks/2）处
        System.out.println("平均寻道长度:" + df.format(scan.averageSeekTime(requestArray))); //计算并输出SCAN的平均寻道长度
        System.out.println("CSCAN:");
        CSCAN csCan = new CSCAN(); //创建CSCAN对象，假设初始磁头方向为增大方向，且初始位置在中间（tracks/2）处
        System.out.println("平均寻道长度:" + df.format(csCan.averageSeekTime(requestArray))); //计算并输出CSCAN的平均寻道长度
    }
}

相关问题与解答栏目

问题1：为什么FCFS算法会导致磁头大幅度移动？

解答：FCFS算法严格按照请求到达的顺序进行处理，不考虑当前磁头的位置和请求之间的相对位置关系，即使两个相邻的请求位于磁盘的最两端，FCFS也会先处理第一个请求，然后再移动到另一端处理第二个请求，这种大幅度的移动增加了平均寻道时间，降低了磁盘访问效率，如果请求序列为33, 78, 55, 120, 63, 70，磁头需要从33移动到78，再从78移动到55，这样的大幅度移动会导致平均寻道时间较长。

问题2：SSTF算法如何避免“饿死”现象？能否给出一个具体的例子说明？

解答：SSTF算法通过优先选择与当前磁头位置最近的磁道请求进行处理来减少寻道时间，这可能导致一些请求长时间得不到服务，即出现“饿死”现象，为了避免这种情况，可以采用扫描算法（SCAN），扫描算法不仅考虑距离，还规定了磁头的移动方向，确保所有请求都能得到及时处理，假设有一组请求{98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67}，当前磁头位置为53，且磁头向内移动，使用SCAN算法时，磁头会先向内移动处理所有未完成的请求（如37, 14等），然后再向外移动处理剩余的请求（如122, 124等），从而避免了某些请求长时间得不到服务的问题。

小伙伴们，上文介绍了“访问磁道java”的内容，你了解清楚吗？希望对你有所帮助，任何问题可以给我留言，让我们下期再见吧。