Importancia de la Planificacin del Disco

En los sistemas de computacin multiprogramados, muchos procesos pueden estar generando solicitudes de lectura y escritura de registros en discos. Como a veces dichos procesos realizan peticiones ms rpido de lo que pueden ser atendidas por los discos de cabeza mvil, se forman colas de espera para cada dispositivo. Algunos sistemas de cmputo se limitan a atender las peticiones segn un esquema de primero que llega, primero que se atiende (FCFS). La solicitud de servicio que llegue primero ser la primera en atenderse. FCFS es un mtodo justo para asignar servicio, pero cuando es la tasa de solicitud (es decir, la carga) llega a ser pesada, FCFS puede dar lugar a tiempos de espera muy largos.

Para reducir al mnimo el tiempo de bsqueda de registros, parece razonable ordenar la cola de solicitudes en una forma diferente a FCFS. Este proceso se conoce como Planificacin de Disco, FCFS puede considerarse como el mecanismo ms simple de planificacin de disco.

La planificacin de disco implica un examen cuidadoso de las peticiones pendientes para determinar la forma ms eficiente de atenderlas. Un planificador de disco examina las relaciones de posicin entre las peticiones en espera. La cola de espera se reordena para que las peticiones puedan atenderse con un mnimo de movimiento mecnico.

Los dos tipos ms comunes de planificacin, que veremos, son la optimizacin de bsqueda y la optimizacin rotacional (o de latencia). Como los tiempos de bsqueda son un orden de magnitud ms grande que los tiempos de latencia, la mayor parte de los algoritmos de planificacin se concentran en reducir al mnimo los tiempos de bsqueda para un conjunto de peticiones. La reduccin de la latencia por lo general tiene poco efecto sobre el rendimiento global del sistema, excepto bajo cargas pesadas.

En condiciones de carga ligera (es decir, un promedio pequeo de la longitud de la cola de peticiones), FCFS es una forma aceptable de atender las peticiones. Sin embargo, en condiciones de carga mediana o pesada la planificacin produce normalmente un rendimiento mucho mejor que el de FCFS.

Caractersticas deseables de las polticas de planificacin de disco

Ya se ha mencionado que FCFS es un mtodo relativamente justo para atender solicitudes. Algunos otros criterios para clasificar las polticas son:

La productividad

El tiempo promedio de respuesta

La varianza de los tiempos de respuesta (predecibilidad)

Est claro que una poltica de planificacin debe tratar de lograr una productividad mxima (el mayor nmero posible de peticiones atendidas por unidad de tiempo). Como las polticas de planificacin pueden reducir el tiempo desperdiciado en bsquedas muy largas, es indudable que la produccin puede ser mejor que con la atencin FCFS. Una poltica de planificacin tambin debe tratar de reducir el tiempo promedio de respuesta (es decir, el tiempo de espera ms tiempo promedio de servicio). Una vez ms, como la planificacin reduce el tiempo de espera por bsqueda, debe ser ciertamente capaz de mejorar el tiempo promedio de respuesta de FCFS.

Optimizacin de la bsqueda

El siguiente cuadro resume algunas de las estrategias ms populares de optimizacin de bsqueda:

FCFS (Primero en llegar, primero en ser atendido): No hay reordenamiento de la cola.

SSTE (Primero el menor tiempo de bsqueda): El brazo del disco se traslada enseguida (en cualquier direccin) a la peticin que requiere un movimiento mnimo.

SCAN: El brazo del disco se mueve hacia adentro y hacia fuera, atendiendo todas las peticiones que se encuentra a su paso. Cambia su direccin slo cuando no hay ms peticiones que atender en la direccin actual.

C-SCAN (Scan Circular): El brazo del disco se mueve en una sola direccin sobre la superficie del disco hacia la pista ms interior. Cuando no hay ms peticiones en esa direccin regresa para atender la peticin ms cercana a la pista exterior y de nuevo se mueve hacia adentro.

SCAN de N pasos: El brazo del disco se mueve igual que en SCAN, pero las peticiones que llegan durante el barrido en una direccin se almacenan y reordenan para darles un servicio ptimo durante el barrido de retorno.

Esquema de Eschenbach: El movimiento del brazo del disco es circular como en C-SCAN, pero con varias diferencias importantes. En cada cilindro se atiende toda una pista de informacin sin importar si existen o no peticiones para ese cilindro. Las peticiones dentro de un cilindro se reordenan para atenderlas aprovechando su posicin rotacional, pero si existen dos peticiones traslapadas dentro de un cilindro se atender solo a una en ese barrido del brazo del disco.

Consideraciones de sistemas

Cundo resulta til la planificacin de disco? Cundo ocasionar una degradacin de la eficiencia? Estas preguntas deben contestarse en el contexto del sistema total al que se ha incorporado el empleo de discos. En las siguientes secciones se analizan varias consideraciones que podran influir en las decisiones del diseador.

a)el almacenamiento de disco como recurso limitado

Cuando el almacenamiento de disco resulta un cuello de botella, algunos diseadores recomiendan agregar ms discos al sistema. Hacerlo no siempre resuelve el problema porque el cuello de botella podra deberse a una carga pesada de solicitudes sobre un nmero relativamente pequeo de discos. Cuando se detecta semejante situacin, la planificacin de disco puede servir para mejorar la eficiencia y eliminar el cuello de botella.

b)nivel de multiprogramacin

La carga sobre los discos y lo aleatorio de las solicitudes aumenta con el grado de multiprogramacin. La planificacin de disco podra no ser til en un sistema de procesamiento por lotes con un nivel relativamente bajo de multiprogramacin. La planificacin a menudo es efectiva en un sistema de tiempo compartido con un nivel moderado de multiprogramacin. La planificacin podra lograr mejoras especialmente importantes en un sistema de conmutacin de mensajes que maneje miles de solicitudes por minuto. Los despachadores de archivo en redes de rea local pueden recibir solicitudes de cientos de usuarios; esto casi siempre produce los patrones de referencia aleatorios que hacen recomendable el empleo de la planificacin de disco.

c)subsistemas de disco mltiple

Por economa y modularidad, el hardware de disco con frecuencia se ha construido de modo que un solo dispositivo controlador de disco administre varias unidades fsicas de disco. El controlador, a su vez, est conectado a un canal de entrada/salida que una ltima instancia transmite informacin de la unidad de disco al computador central. Un canal podra manejar varios controladores de disco, cada uno de los cuales podra a su vez manejar varias unidades de disco.

d)distribuciones no uniformes de solicitudes

Gran parte de los trabajos analticos dan por hecho que las distribuciones de solicitudes son uniformes. Las conclusiones que se desprenden de esta suposicin podran no ser vlidas en muchos sistemas en los que las solicitudes no estn distribuidas en forma uniforme en las superficies de los discos. Las distribuciones no uniformes de las solicitudes son comunes en ciertas situaciones, por lo que se han investigado sus consecuencias.