Python磁盘调度算法详解（手把手教你用Python实现常见磁盘调度策略）

什么是磁盘调度？

磁盘由多个同心圆磁道组成，磁头需要移动到目标磁道才能读写数据。当有多个I/O请求时，如何安排处理顺序直接影响系统性能。好的磁盘调度算法能显著减少平均寻道时间。

准备工作

我们需要以下参数：

• requests：待处理的磁道请求列表，例如 [98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67]
• head：磁头当前所在磁道，例如 53
• disk_size：磁盘最大磁道号（通常为199或4999等）

1. 先来先服务（FCFS）

按照请求到达的顺序依次处理，实现最简单，但效率较低。

def fcfs(requests, head):    total_seek = 0    current = head    path = [head]        for req in requests:        total_seek += abs(req - current)        current = req        path.append(current)            return total_seek, path

2. 最短寻道时间优先（SSTF）

每次选择离当前磁头最近的请求处理，可减少平均寻道时间，但可能导致“饥饿”问题（某些请求长期得不到响应）。

def sstf(requests, head):    total_seek = 0    current = head    path = [head]    remaining = requests[:]        while remaining:        # 找到离当前磁头最近的请求        nearest = min(remaining, key=lambda x: abs(x - current))        total_seek += abs(nearest - current)        current = nearest        path.append(current)        remaining.remove(nearest)            return total_seek, path

3. 扫描算法（SCAN，电梯算法）

磁头沿一个方向移动，处理路径上的所有请求，直到到达磁盘一端，再反向移动。模拟电梯运行方式，避免饥饿。

def scan(requests, head, direction='right', disk_size=199):    total_seek = 0    current = head    path = [head]        # 分成左右两部分    left = sorted([r for r in requests if r < head], reverse=True)    right = sorted([r for r in requests if r >= head])        if direction == 'right':        order = right + [disk_size] + left    else:        order = left + [0] + right        for req in order:        total_seek += abs(req - current)        current = req        path.append(current)            return total_seek, path

4. 循环扫描算法（C-SCAN）

磁头只在一个方向移动（如从内向外），到达最外磁道后立即跳回最内磁道继续扫描，提供更均匀的响应时间。

def c_scan(requests, head, disk_size=199):    total_seek = 0    current = head    path = [head]        # 排序并分割    sorted_req = sorted(requests)    right = [r for r in sorted_req if r >= head]    left = [r for r in sorted_req if r < head]        # 右 → 跳到0 → 左    order = right + [disk_size, 0] + left        for req in order:        total_seek += abs(req - current)        current = req        path.append(current)            return total_seek, path

完整测试示例

if __name__ == "__main__":    requests = [98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67]    head = 53    disk_size = 199        print("FCFS:", fcfs(requests, head))    print("SSTF:", sstf(requests, head))    print("SCAN (→):", scan(requests, head, 'right', disk_size))    print("C-SCAN:", c_scan(requests, head, disk_size))

总结

通过以上代码，你可以轻松在Python中模拟各种磁盘调度算法。这些算法是理解操作系统I/O管理的关键，也是面试常考内容。建议你动手运行代码，修改参数观察结果变化，加深理解。

掌握Python实现磁盘调度不仅能提升编程能力，还能帮助你深入理解计算机系统底层原理。希望这篇教程对你有所帮助！

SEO关键词：Python磁盘调度算法、磁盘调度模拟、操作系统磁盘调度、Python实现磁盘调度