磁盘调度算法的微课程设计与开发研究

◆申鸿烨

(沈阳广播电视大学 辽宁 110003)

磁盘调度算法的微课程设计与开发研究

◆申鸿烨

(沈阳广播电视大学 辽宁 110003)

磁盘是保存信息的重要载体，相对于内存而言，具有容量大、价格低、掉电不丢失数据等优点，但是，由于磁头运动属于机械运动，过渡移动磁头，不仅会降低数据读取速度，而且容易损坏磁盘、造成数据的丢失。本文就远程教育课程中磁盘的调度算法以及微课程的设计与开发进行了深入研究，提高了远程教育的学习效果。

磁盘；调度算法；微课程

0 引言

沈阳广播电视大学在远程教育的诸多领域均有涉足。例如，在终身教育领域，陆续与沈阳市的凯旋社区、振兴社区等10余个街道和社区、辽宁省保监会，沈阳市财政局，沈阳市药监局，沈阳市交通局等多个行业主管部门开展远程终身教育合作，依托沈阳终身教育学习平台(http://www.syeee.net/)，实现了现代信息技术与终身教育的深度融合。学生使用PC或者手机移动端参与学习，切实为全市市民提供了人人皆学、时时能学、处处可学的在线学习环境。

微课程是展示作为一种在线教学视频文件，非常适合于远程教育教学。微课程短小精悍，一般时长在十分钟左右，内容针对某个知识点进行深入剖析，直指具体问题，关注“小现象、小故事、小策略”，主题突出，一课一例，可以很好地启发学生思考，是有效推进教学改革，提高课堂效率的有力工具。

在远程教育的操作系统课程中，磁盘调度算法描述比较抽象，学生不易理解，因此，本文将就如何通过微课程形式设计与开发进行了研究。

1 磁盘调度算法

典型的随机存储设备，以硬盘结构为例，如图1所示，存取磁盘数据一般需要三部分时间：首先，操作系统要将磁头移动到要数据所在磁道或者柱面上，该过程产生的时间称为寻道时间；其次，磁头移动到了预定的磁道或者柱面以后，还要等待数据所在扇区旋转到磁头之下才能读取，这个旋转等待的时间称为旋转延迟时间；最后，磁头读取了扇区的数据，将该信息从磁盘发送到内存中，这一过程消耗的时间称为传输时间。

图1 磁盘的结构

为了多快好省、最大限度地提升操作系统读取数据的效率，需要研发相关的算法，降低时间复杂度。对多数磁盘而言，磁头寻道时间远远超过其余两个时间，因此，研究磁头读取的调度算法具有深远意义。一般而言，磁盘调度算法包括：先来先服务算法、最短寻道时间优先法、电梯法等。

2 先来先服务算法

以先来先服务算法为例，例如，对于磁盘扇区访问队列，依次要访问磁道：98、183、37、122、14、124、65、67。磁头初始化位置为：53磁道，首先要移动到98磁道，然后依次顺序访问，最后访问67磁道结束，如图2所示，需要移动的磁道数量是：

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

由此可见，这种调度算法产生的磁头移动幅度过大，例如，从122磁道移动到14磁道，再移动到124磁道就比较不合理，完全可以首先访问122磁道，然后移动2个磁道到124磁道上，再访问14磁道。频繁移动磁头不仅降低了数据读取速度，而且容易产生机械振动，容易造成磁盘的损坏，因此，提高磁头移动效率，不仅可以保护机械磁头，而且可以提高了磁头对扇区数据的访问速度。

微课程设计该算法时，首先使用PowerPoint设计上述磁头移动的动画，然后通过Camtasia屏幕录制软件将该动画演示录制成MP4视频格式，在Edius非线性视频编辑软件中，引用该视频与教师授课视频同步，达到边讲解、边演示的动画效果，如图2所示。

图2 先来先服务调度算法

3 最短寻道时间优先法

为了对比各类算法，微课程中还包括了最短寻道时间算法，该算法的思路是首先把靠近磁头位置的全部读取请求都服务完，每次服务完成后的下一个请求都是距离当前磁头所在位置最小的寻道时间。因此，磁头移动总是移动到距离当前磁道最近的磁道上。仍然以上述扇区访问队列为例，当前磁头在53磁道上，首先访问距离最近的65磁道，然后访问距离65磁道最近的67磁道，然后顺序访问14、98等磁道，最后访问183磁道，该算法的累计寻道次数为：236次，远远低于先来先服务算法。该算法的微课程运行图例如图3所示。

图3 最短寻道时间优先算法

4 结语

磁盘是保存信息的重要载体，相对于内存而言，具有容量大、价格低、掉电不丢失数据等优点。磁头运动属于机械运动，必须设计一种灵活的磁头寻道算法，既可以降低数据读取速度，也可以降低损坏磁盘、丢死数据的风险。本文就远程教育操作系统微课程中的先来先服务和最短寻道时间优先算法进行了研究，通过上述微课程演示，大大提高了远程教育学习效果。

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2016年度辽宁省教育科学“十三五”规划课题“微信架构下终身教育学习平台开发的创新研究”（JG16EB182）的阶段性研究成果。