面试题：设备管理之中等难度：磁盘设备管理要点

Question

在操作系统中，磁盘作为重要的存储设备，简述其管理要点，包括但不限于磁盘调度算法、磁盘空间分配方式，并说明不同磁盘调度算法在不同场景下的优缺点。

Answer 1

磁盘管理要点

1. 磁盘调度算法：
   • 先来先服务（FCFS）：按请求到达顺序进行调度。
   • 最短寻道时间优先（SSTF）：优先处理离当前磁头位置最近的请求。
   • 扫描算法（SCAN）：磁头从磁盘一端移到另一端，途中处理请求，到达另一端后反向移动。
   • 循环扫描算法（C - SCAN）：磁头单向移动，到达一端后立即返回另一端，继续单向移动处理请求。
2. 磁盘空间分配方式：
   • 连续分配：每个文件在磁盘上占有一组连续的块。优点是简单，支持顺序访问和直接访问；缺点是易产生外部碎片，文件大小不易动态增长。
   • 链接分配：分为隐式链接和显式链接。隐式链接中，文件的每个块包含指向下一块的指针；显式链接使用文件分配表（FAT）记录文件块的链接关系。优点是解决了外部碎片问题，文件大小可动态增长；缺点是隐式链接不支持直接访问，显式链接的FAT需要占用额外空间。
   • 索引分配：为每个文件建立一个索引块，索引块中存放文件各块的物理地址。优点是支持直接访问，文件大小可动态增长；缺点是索引块本身需要占用额外空间，对于小文件可能开销过大。

不同磁盘调度算法优缺点

1. 先来先服务（FCFS）：
   • 优点：实现简单，公平对待每个请求。
   • 缺点：平均寻道时间较长，特别是当请求顺序杂乱时，性能较差。适用于请求数量少且请求分布均匀的场景。
2. 最短寻道时间优先（SSTF）：
   • 优点：平均寻道时间比FCFS短，能有效提高I/O性能。
   • 缺点：可能导致“饥饿”现象，即远离当前磁头位置的请求长时间得不到处理。适用于I/O请求频繁且对响应时间有要求的场景。
3. 扫描算法（SCAN）：
   • 优点：能避免“饥饿”现象，具有较好的公平性，平均寻道时间也较短。
   • 缺点：在磁头换向时，可能会有一些请求等待较长时间。适用于对I/O响应时间要求不太严格，但追求整体效率的场景。
4. 循环扫描算法（C - SCAN）：
   • 优点：进一步优化了SCAN算法，减少了磁头换向时的等待时间，在一些场景下能提高效率。
   • 缺点：相比SCAN算法，实现略复杂，在某些情况下可能会增加不必要的寻道距离。适用于对磁盘读写效率要求较高，且对响应时间分布有一定要求的场景。