操作系統(tǒng)電梯調(diào)度LRU頁面反饋

1、操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計報告姓 名： 付豪 班 級： 網(wǎng)絡(luò)1311 學 號： 131003600139 指導老師： 寧建紅 2016 年 1月目 錄1 背景知識11.1電梯調(diào)度算法11.2頁故障率反饋模型12 設(shè)計內(nèi)容22.1電梯調(diào)度算法22.1.1基本原理分析22.1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)22.1.3程序流程圖32.1.4函數(shù)介紹42.1.5源代碼42.1.6結(jié)果122.2頁故障率反饋模型142.2.1基本原理分析142.2.2程序流程圖152.2.3函數(shù)介紹162.2.4源代碼162.2.5結(jié)果183 結(jié)論20參考文獻211 背景知識1.1電梯調(diào)度算法磁盤調(diào)度在多道程序設(shè)計的計算機系統(tǒng)中，各個進程可能會

2、不斷提出不同的對磁盤進行讀/寫操作的請求。由于有時候這些進程的發(fā)送請求的速度比磁盤響應(yīng)的還要快，因此我們有必要為每個磁盤設(shè)備建立一個等待隊列，常用的磁盤調(diào)度算法有以下四種：先來先服務(wù)算法（FCFS），最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF），電梯調(diào)度算法（SCAN），循環(huán)掃描算法（CSCAN） SCAN算法在磁頭當前移動方向上選擇與當前磁頭所在磁道距離最近的請求作為下一次服務(wù)的對象。由于磁頭移動規(guī)律與電梯運行相似，故又稱為電梯調(diào)度算法。SCAN算法對最近掃描過的區(qū)域不公平，因此，它在訪問局部性方面不如FCFS算法和SSTF算法好。 算法思想：當設(shè)備無訪問請求時，磁頭不動；當有訪問請求時，磁頭按一個方向

3、移動，在移動過程中對遇到的訪問請求進行服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動方向，并為經(jīng)過的訪問請求服務(wù)，如此反復。1.2頁故障率反饋模型在虛擬頁式存儲管理系統(tǒng)中，進程運行之前會把一部分頁面裝入內(nèi)存，而另一部分頁面裝入外存中。在進程運行過程中，如果所訪問的頁面在內(nèi)存，則與無虛擬頁存儲時的情形相同；所訪問的頁面不在內(nèi)存，則發(fā)生缺頁故障。建立工作集頁面模型，利用隨機函數(shù)動態(tài)生成進程訪問頁面的序列號，實現(xiàn)頁面淘汰算法，實現(xiàn)頁故障率反饋模型。在虛擬頁式存儲管理系統(tǒng)中，進程運行之前會把一部分頁面裝入內(nèi)存，而另一部分頁面裝入外存。在進程運行過程中，如果所訪問的頁面在內(nèi)存，則

4、與無虛擬頁式存儲時的情形相同；如果所訪問的頁面不在內(nèi)存，則發(fā)生缺頁故障，進入操作系統(tǒng)，有操作系統(tǒng)進行頁面的動態(tài)調(diào)度，進行頁面的置換。2 設(shè)計內(nèi)容2.1電梯調(diào)度算法2.1.1基本原理分析電梯調(diào)度算法的調(diào)度策略是與移動臂的移動方向和移動臂的當前位子有關(guān)的，所以每次啟動磁盤時都應(yīng)登記移動臂方向和當前位子。電梯調(diào)度算法是一種簡單而實用的驅(qū)動調(diào)度方法，這種調(diào)度策略總是優(yōu)先選擇與當前柱面號相同的訪問請求，從這些請求中再選擇一個能使旋轉(zhuǎn)距離最短的等待訪問者。如果沒有與當前柱面號相同的訪問請求，則根據(jù)移臂方向來選擇，每次總是沿臂移動方向選擇一個與當前柱面號最近的訪問請求，若沿這個方向沒有訪問請求時，就改變臂的

5、移動方向。這種調(diào)度策略能使移動臂的移動頻率極小，從而提高系統(tǒng)效率。用電梯調(diào)度算法實現(xiàn)驅(qū)動. 模擬電梯調(diào)度算法，對磁盤進行移臂和旋轉(zhuǎn)調(diào)度。磁盤是可供多個進程共享的存儲設(shè)備，但一個磁盤每時刻只能為一個進程服務(wù)。當有進程在訪問某個磁盤時，其他想訪問該磁盤的進程必須等待，直到磁盤一次工作結(jié)束。當有多個進程提出輸入輸出要求而處于等待狀態(tài)時，可用電梯調(diào)度算法從若干個等待訪問者中選擇一個進程，讓它訪問磁盤。選擇訪問者的工作由“驅(qū)動調(diào)度”進程來完成。 由于磁盤與處理器是可以并行工作的、所以當磁盤在作為一個進程服務(wù)時，占有處理器的另一進程可以提出使用磁盤的要求，也就是說，系統(tǒng)能動態(tài)地接收新的輸入輸出請求。為了模

6、擬這種情況，在本實驗中設(shè)置了一個“接收請求”進程?！膀?qū)動調(diào)度”進程和“接收請求”進程能否占有處理器運行，取決于磁盤的結(jié)束中斷信號和處理器調(diào)度策略。在實驗中可用隨機數(shù)來模擬確定這兩個進程的運行順序，以代替中斷處理和處理器調(diào)度選擇的過程。2.1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)typedef struct PCB char procM;/進程名 int cylinder_num;/柱面號 int track_num;/磁道號 int phy_num;/物理記錄號 struct PCB *next;/ 進程指向下一節(jié)點PCB; 2.1.3程序流程圖開始查”請求I/O表”否是有等待訪問者?有與當前柱面號相同的訪問者?否是返

7、回選擇能使旋轉(zhuǎn)距離最短的訪問者當前移臂方向是向里移?否是有比當前柱面號大的訪問請求?有比當前柱面號小的訪問請求?否是是置當前移臂方向為向里移置當前移臂方向為向外移從小于當前柱面號的訪問請求中選擇一個最大者從大于當前柱面號的訪問請求中選擇一個最小者添加當前位置：柱面號；物理記錄號啟動磁盤，被選中者退出“請求I/O表”圖2.1.3-1 電梯調(diào)度模擬算法框圖返回2.1.4函數(shù)介紹 void init () /初始化進程并分配空間 void current_process(PCB *Q) /模擬進程記錄void insert(PCB *p) /插入函數(shù)void out_info() /輸出進程的信息v

8、oid output()/顯示當前I/O表void create_PCB()/初始化I/O請求表void Receive_requests()/接受請求模塊void lift()/電梯調(diào)度算法void main()/主函數(shù)2.1.5源代碼#include"stdio.h" #include"stdlib.h" #include"string.h" #define M 20 typedef struct PCB char procM;/進程名 int cylinder_num;/柱面號 int track_num;/磁道號 int ph

9、y_num;/物理記錄號 struct PCB *next; PCB; PCB *head=NULL; int direction ;/定義方向，1為up，-1為down PCB *h=NULL; /存放當前運行中的進程的信息void init ()/初始化進程并分配空間 h=(PCB *)malloc(sizeof(PCB); direction=1; strcpy(h->proc,"p"); h->cylinder_num = 0; h->track_num= 0; h->phy_num= 0; void current_process(PCB

10、*Q) /模擬進程記錄 strcpy(h->proc,Q->proc); h->cylinder_num = Q->cylinder_num; h->track_num=Q->track_num; h->phy_num=Q->phy_num; void insert(PCB *p) /插入函數(shù) PCB *q; q=head; if(head=NULL) head=p; else for(q=head;q->next!=NULL;q=q->next); p->next=q->next; q->next=p; void

11、out_info() /輸出進程的信息 printf(" 進程名 柱面號 磁道號 物理記錄號 方向n"); printf(" %s t%d t%d t%d ",h->proc,h->cylinder_num,h->track_num,h->phy_num); void output() /顯示當前I/O表 PCB *p; p=head; printf("進程名 柱面號 磁道號 物理記錄號n"); if(p=NULL) printf("-進程表為空,接收請求或按'n'退出-n"

12、); else while(p!=NULL) printf("%s t%d t%d t%dn",p->proc,p->cylinder_num,p->track_num,p->phy_num); p=p->next; /初始化I/O請求表void create_PCB() PCB *p,*q; q=head; int i,n; printf("n"); printf("請輸入I/O進程表中進程等待的個數(shù)：n"); printf("n"); scanf("%d",&a

13、mp;n); printf("請依次輸入進程的相關(guān)信息: （用空格分隔）n"); printf("-n"); printf("進程名，柱面號，磁道號，物理記錄號n"); for(i=1;i<=n;i+) p=(PCB *)malloc(sizeof(PCB); scanf("%s",&p->proc); scanf("%d",&p->cylinder_num); scanf("%d",&p->track_num); scanf(

14、"%d",&p->phy_num); p->next=NULL; insert(p); printf("-n"); void Receive_requests() /接受請求模塊 PCB *p; int i,n,m; printf("請輸入一個值: n"); printf("1.<接收請求> n"); printf("0.<繼續(xù)執(zhí)行> n"); scanf("%d",&i); if(i=1) printf("正在運

15、行的進程為：n"); printf("n"); printf("接受請求前的等待進程表為n"); output(); printf("請輸入接受等待進程數(shù)量n"); scanf("%d",&n); printf("請依次輸入進程的信息n"); printf("進程名，柱面號，磁道號，物理記錄號n"); for(m=1;m<=n;m+) p=(PCB *)malloc(sizeof(PCB); scanf("%s",&p-&g

16、t;proc); scanf("%d",&p->cylinder_num); scanf("%d",&p->track_num); scanf("%d",&p->phy_num); p->next=NULL; insert(p); printf("接受請求后的等待進程表為：n"); printf("n"); output(); else printf("沒有接受進程，繼續(xù)往下運行程序n"); void lift() /電梯調(diào)度算

17、法 int min,cha,max; PCB *p,*q,*B;/p為指要刪除的節(jié)點，q為查找的節(jié)點，B指向要刪除節(jié)點的前一個節(jié)點 q=head; if(q!=NULL) while(q!=NULL)&&(q->cylinder_num!=h->cylinder_num)/找到第一個相同的柱面號 q=q->next; if(q=NULL)/沒有柱面號相同的等待進程 q=head; if(direction=1)/當前移臂方向up while(q!=NULL)&&(q->cylinder_num <h->cylinder_num

18、)/找到比當前柱面號大的等待進程 q=q->next; if(q=NULL)/沒有比當前柱面號大的等待進程 direction=-1;/置當前移臂方向為外移 q=head;/從小于當前柱面號的訪問中選擇一個最大的,p指向 p=q; max=q->cylinder_num; q=q->next; while(q!=NULL) if(max<q->cylinder_num) max=q->cylinder_num; p=q;/p指向最大的節(jié)點 q=q->next; else/有大于當前柱面號的等待進程 min=q->cylinder_num; p=q

19、; q=q->next; while(q!=NULL)/大于當前柱面號并且小于指定最小的節(jié)點時 if(h->cylinder_num<q->cylinder_num)&&(q->cylinder_num<p->cylinder_num) min=q->cylinder_num; p=q;/p指向最小的節(jié)點 q=q->next; else/當前移臂方向為里移 while(q!=NULL)&&(q->cylinder_num >h->cylinder_num) q=q->next; if(

20、q=NULL)/沒有比當前柱面號小的請求 direction=1; q=head;/從大于當前柱面號的訪問中選擇一個最小的,p指向 p=q; min=q->cylinder_num; q=q->next; while(q!=NULL) if(min>q->cylinder_num) min=q->cylinder_num; p=q;/p指向最小的節(jié)點 q=q->next; else/有比當前柱面號小的請求進程 max=q->cylinder_num; p=q; q=q->next; while(q!=NULL)/從小于當前柱面號訪問進程中選擇一個

21、最大的，用p指向 if(p->cylinder_num<q->cylinder_num&&q->cylinder_num<h->cylinder_num) max=q->cylinder_num; p=q;/p指向最大的節(jié)點 q=q->next; else/有柱面號相同的等待進程 min=q->phy_num-h->phy_num;/第一個相同柱面號設(shè)為最小值 p=q;/指向最小的節(jié)點，旋轉(zhuǎn)距離最短的訪問者 if(min<0) min=-min; q=q->next; while(q!=NULL) if(q

22、->cylinder_num=h->cylinder_num)/有柱面號相同 cha=q->phy_num-h->phy_num; if(cha<0) cha=-cha; if(min>cha)/有更小的節(jié)點，旋轉(zhuǎn)距離最短的訪問者 min=cha; p=q;/指向最小的節(jié)點 q=q->next; current_process(p);/保留選中的進程 if(direction=1) /啟動磁盤 printf("被選中的等待進程為：n"); printf("n"); out_info(); printf("

23、; upn"); printf("n"); if(direction=-1) printf("被選中的等待進程為：n"); printf("n"); out_info(); printf(" downn"); printf("n"); if(p=head) head=p->next; else B=head; while(B->next!=p)/找到要刪除進程的前一個節(jié)點 B=B->next; B->next=p->next;/被選中者退出I/O請求表 e

24、lse printf("請求進程表為空,接收請求或退出n"); /電梯調(diào)度算法結(jié)束void main()/主函數(shù) char go='y' /默認值 float number; init(); printf(" -執(zhí)行驅(qū)動調(diào)度-n"); printf(" -當前運行進程為-n"); out_info(); printf(" upn"); printf(" -*創(chuàng)建I/O請求進程等待表*-n"); create_PCB(); /創(chuàng)建進程鏈表 printf("n")

25、; printf("I/O請求進程等待表為：n"); printf("n"); output(); while(go='y'|go!='n') printf("n"); /number=rand()/(RAND_MAX+1.0); printf("輸入01之間的數(shù)：n"); printf(">0.5 -<電梯調(diào)度> n"); printf("<=0.5 -<接受請求> n"); scanf("%f&

26、quot;,&number); while(number>0.5) lift(); printf("調(diào)用電梯驅(qū)動調(diào)度算法后的I/O請求表為：n"); printf("n"); output(); break; if(number<=0.5) Receive_requests();/調(diào)用接受請求模塊 printf("是否繼續(xù)？n"); printf("<y:繼續(xù)>n"); printf("<n:退出>n"); scanf("%s",&

27、amp;go); 2.1.6結(jié)果 圖2.1.61 圖2.1.6-2 圖2.1.6-3 圖2.1.6-4 圖2.1.6-5 圖2.1.6-6 2.2頁故障率反饋模型2.2.1基本原理分析頁故障率反饋模型工作集模型的精確度與窗口尺寸密切相關(guān)。如過小，程序的活動頁面不能全部裝入內(nèi)存，缺頁率就高；如過大，允許同時并發(fā)執(zhí)行進程的個數(shù)就會降低。采用工作集模型，操作系統(tǒng)動態(tài)紀錄各個進程的工作集，并動態(tài)地調(diào)整分配給各個進程的頁架數(shù)。在虛擬頁式存儲管理中，頁故障率反饋模型試圖將各個進程的缺頁率控制在一個合適的范圍內(nèi)。當一個進程缺頁率大于指定的故障率上限，而且內(nèi)存有空閑的頁架，就給該進程增加分配的頁架數(shù)；當一個進

28、程缺頁率小于指定的故障率下限，就從該進程所分配的頁架中收回一些頁架；當頁故障率在指定的范圍之內(nèi)，則保持該進程所擁有的頁架。最近最少使用頁面替換算法LRU最近最少使用頁面替換算法淘汰的頁面是在最近一段時間內(nèi)最近未被訪問的那一頁，它是基于程序局部性原理來考慮的，認為那些剛被使用過的頁面可能還要立即被使用，而那些在較長時間內(nèi)未被使用的頁面可能不會立即使用。為了能準確地淘汰最近最少使用的頁面，必須維護一個特殊隊列頁面淘汰隊列，此隊列存放當前在內(nèi)存中的所有頁號，每訪問一頁時就調(diào)整一次，使隊列尾總是指向最近訪問的頁，隊列頭就是最近最少使用的頁，顯然，發(fā)生缺頁異常時總是淘汰隊列頭所指頁面；而執(zhí)行頁面訪問后，

29、需要從隊列中把此頁調(diào)整到隊列尾。2.2.2程序流程圖開始初始化工作集模型調(diào)用隨機產(chǎn)生的序列NY頁面在工作集？查找最先進入頁面繼續(xù)調(diào)用下一頁面換頁NY序列完成修改工作集時間故障反饋，修改工作集大小NY結(jié)束輸入為q? 圖2.2.3-1 頁故障率反饋模型框圖2.2.3函數(shù)介紹void changeArray()/生成初始序列void LRU()/電梯調(diào)度，缺頁反饋int main()/主函數(shù)2.2.4源代碼#include<stdio.h>#include<malloc.h>#include<stdlib.h>#define n 20int ymn;int mem

30、page=10;double maxRate=0.8,minRate=0.2;double curRate;int m=3;void changeArray()int i;for(i=0;i<n;i+)ymi=rand()%mempage;printf("進程調(diào)用頁面序列：");for(i=0;i<n;i+)printf("%d|",ymi);printf("n");void LRU() int conflictCount=0;int i,j,q,memm,tablemn;changeArray();for(i=0;i<n;i+) q=0; while(ymi!=memq)&&(q!=m) q+; if(q=m) conflictCount+; for(j=q;j>0;j-) memj=me