操作系統(tǒng)磁盤調(diào)度算法實驗報告(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄 一、課程設計目的3二、課程設計要求3三、課程設計原理3四、程序代碼5五、流程圖設計11六、運行結(jié)果14七、調(diào)試分析16八、心得體會16 一、課程設計目的操作系統(tǒng)是最重要的計算機系統(tǒng)軟件，同時也是最活躍的學科之一，發(fā)展極為迅速。我們在本課程的實驗過程中，要了解實際操作系統(tǒng)的工作過程，加深對操作系統(tǒng)基礎理論和重要算法的理解，在實踐過程中加深對操作系統(tǒng)原理的理解。通過設計一個磁盤調(diào)度模擬系統(tǒng)，以加深對先來先服務、最短尋道時間、電梯算法以及循環(huán)掃描算法等磁盤調(diào)度算法的理解。讓我們更好地掌握操作系統(tǒng)中磁盤調(diào)度的原理及實現(xiàn)方法,增強動手能力。本實驗通過對磁盤調(diào)度算法的實現(xiàn)，

2、加深對算法的理解，同時通過用C+語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)這些算法，并在windows平臺上實現(xiàn)，也再一次提高了自己編程的能力，提高了綜合運用專業(yè)課知識的能力。二、課程設計要求本設計的具體要求如下：1.模擬一個磁盤調(diào)度算法2.要求能夠模擬FCFS、最短尋道時間、電梯算法等磁盤調(diào)度算法3.輸入為一組作業(yè)的磁道請求4.輸出為按選擇的算法執(zhí)行時的磁頭移動軌跡 三、課程設計原理1.各個算法分析（1）先來先服務算法（FCFS）這是一種最簡單的磁盤調(diào)度算法。它根據(jù)請求訪問磁盤的先后次序進行調(diào)度。此算法的優(yōu)點是公平、簡單，且每個進程的請求都能依次地得到處理，不會出現(xiàn)某一進程的請求長期得不到滿足的情況。但是此算法由于未

3、對尋道進行優(yōu)化，致使平均尋道時間可能較長。當有進程先后提出磁盤I/O請求時，先按他們發(fā)出請求的先后次序排隊。然后依次給予服務。其平均尋道距離較大，故先來先服務算法僅適用于請求磁盤I/O進程數(shù)目較少的場合。（2）最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF） 該算法選擇這樣的進程：其要求訪問的磁道與當前磁頭所在的磁道距離最近，以使每次尋道時間最短。但這種算法不能保證平均尋道時間最短。有可能導致某個進程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象，因為只要不斷有新進程請求到達，且其所要訪問的磁道與磁頭當前所在的磁道的距離較近，這種新進程的I/O請求必然優(yōu)先滿足。（3）掃描算法（SCAN） 該算法不僅考慮到正欲訪問的磁道與當前磁道間的距離，

4、更優(yōu)先考慮的是磁頭當前的移動方向。例如，當磁頭正在自里向外移動時，SCAN算法所考慮的下一個訪問對象應該是其欲訪問的磁道之外，又是距離最近的。這樣自里向外地訪問，直至再無更外的磁道需要訪問時，才將磁臂換向為自外向里移動。這時，同樣也是每次選擇這樣的進程來調(diào)度，既要訪問的磁道在當前位置內(nèi)距離最近者，這樣，磁頭又逐步地從外向里移動，直至再無更里面的磁道要訪問，從而避免了出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。由于在這種算法中磁頭移動的規(guī)律頗似電梯的運行，因而又常稱之為電梯調(diào)度算法。（4）循環(huán)掃描算法（CSCAN） SCAN算法規(guī)定磁頭單向移動，例如，只是自里向外移動，當磁頭移動到最外的磁道并訪問后，磁頭立即返回到最里的

5、欲訪問的磁道，亦即將最小磁道號緊接著最大的磁道號構(gòu)成循環(huán)，進行循環(huán)掃描。2.磁盤調(diào)度思想磁盤設備在工作時以恒定的速率旋轉(zhuǎn)。為了讀或?qū)懀蓬^必須能移動到所要求的磁道上，并等待所要求的扇區(qū)開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下，然后或開始讀或?qū)憯?shù)據(jù)。故可把磁盤訪問時間分成以下三部分。（1）尋道時間Ts 這是把磁頭移動到指定磁道上所經(jīng)歷的時間。該時間是啟動磁臂的時間s與磁頭移動n條磁道所花費的時間之和，即 Ts=m*n+s其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動器的速度有關。對于一般磁盤，m=0.2；對于高速磁盤，m<=0.1，磁臂的啟動時間+約為2ms。這樣，對于一般的溫盤，對于一般的溫盤，其尋道時間將隨著尋道距離的增加

6、而增大，大體上是530ms。（2）旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr這是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間。不同的磁盤類型中，旋轉(zhuǎn)速度至少相差一個數(shù)量級，如軟盤為300r/min，硬盤一般為720015000r/min，甚至更高。對于磁盤旋轉(zhuǎn)延遲時間而言，如硬盤，旋轉(zhuǎn)速度為15000r/min，每轉(zhuǎn)需時4ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr為2ms；而軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300r/min或600r/min，這樣，平均Tr為50100ms。（3）傳輸時間Tt 這時指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時間。Tt的大小與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關： Tt=b/(r*N)其中，r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上的

7、字節(jié)數(shù)，當一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時，T3與T2相同。因此，可將訪問時間Ta表示為 Ta=Ts+1/(2*r)+b/(r*N)由上式可以看出，在訪問時間中，尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲時間基本上都與所讀/寫數(shù)據(jù)的多少無關，而且它通常占據(jù)了訪問時間中的大頭。磁盤是可供多個進程共享的設備，當有多個進程都要求訪問磁盤時，應采用一種最佳調(diào)度算法，以使各進程對磁盤的平均訪問時間最小。由于在訪問磁盤的時間中，主要是尋道時間，因此，磁盤調(diào)度的目標是使磁盤的平均尋道時間最少?，F(xiàn)在我們考慮平均尋道長度：所有磁道所需移動距離之和除以總的所需訪問的磁道數(shù)，所以尋道長度決定了尋道時間，我們需要從上面的算法中選

8、擇最優(yōu)者。四、程序代碼下面給出部分重要的程序/*先來先服務調(diào)度算法*/void FCFS(int cidao,int m) /磁道號數(shù)組，磁道數(shù)為m int now;/當前所在磁道號 int sum=0; /總尋道長度 int i; int j; int a; char strmax; float ave; /平均尋道長度 cout<<"磁盤請求序列為：" for( i=0;i<m;i+) /按先來先服務策略輸出磁盤請求序列 cout<<cidaoi<<" " cout<<endl; cout<

9、<"請輸入當前的磁道號：" BB: cin>>str; /判斷輸入的數(shù)據(jù)是不是正確 a=panduan(str); if(a=0) cout<<"數(shù)據(jù)類型錯誤,請重新輸入！"<<endl; goto BB; else now=zhuanhuan(str,a); /當前磁道號 sum+=abs(cidao0-now); cout<<"磁盤掃描序列為：" for( i=0;i<m;i+) /輸出磁盤掃描序列 cout<<cidaoi<<" &qu

10、ot; for(i=0,j=1;j<m;i+,j+) /求總尋道長度和平均尋道長度 sum+=abs(cidaoj-cidaoi); ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均尋道長度："<<ave<<endl;/*最短尋道時間優(yōu)先調(diào)度算法*/void SSTF(int cidao,int m) int k=1; int now,l,r; int i,j,sum=0; int a; char strmax; float ave; cidao=paixu(cidao

11、,m); /調(diào)用排序算法排序 cout<<"請輸入當前的磁道號：" CC: cin>>str; /判斷輸入的數(shù)據(jù)是不是正確 a=panduan(str); if(a=0) cout<<"數(shù)據(jù)類型錯誤,請重新輸入！"<<endl; goto CC; else now=zhuanhuan(str,a); /輸入當前磁道號 if(cidaom-1<=now) /若當前磁道號大于請求序列中最大者，則直接由外向內(nèi)依次給予各請求服務 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(i=m

12、-1;i>=0;i-) cout<<cidaoi<<" " sum=now-cidao0; if(cidao0>=now) /若當前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-1) /若當前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大

13、者 cout<<"磁盤掃描序列為：" while(cidaok<now) /確定當前磁道在排序后的磁道序列中的位置 k+; l=k-1; r=k; while(l>=0)&&(r<m) if(now-cidaol)<=(cidaor-now) /選擇與當前磁道最近的請求給予服務 cout<<cidaol<<" " sum+=now-cidaol; now=cidaol; l=l-1; else cout<<cidaor<<" " sum

14、+=cidaor-now; now=cidaor; r=r+1; if(l=-1) /說明磁頭已移動到序列的最小號，現(xiàn)返回外側(cè)掃描仍未掃描的磁道 for(j=r;j<m;j+) cout<<cidaoj<<" " sum+=cidaom-1-cidao0; else /說明磁頭已移動到序列的最大號，現(xiàn)返回內(nèi)側(cè)掃描仍未掃描的磁道 for(j=l;j>=0;j-) cout<<cidaoj<<" " sum+=cidaom-1-cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m);

15、 cout<<endl; cout<<"平均尋道長度："<<ave<<endl;/*電梯算法*/void SCAN(int cidao,int m) /先要給出當前磁道號和移動臂的移動方向 int k=1; int now,l,r,d; int i,j,sum=0; int a; char strmax; float ave; cidao=paixu(cidao,m); /調(diào)用排序算法排序 cout<<"請輸入當前的磁道號：" DD: cin>>str; /判斷輸入的數(shù)據(jù)是否正確 a

16、=panduan(str); if(a=0) cout<<"數(shù)據(jù)類型錯誤,請重新輸入！"<<endl; goto DD; else now=zhuanhuan(str,a); /輸入當前磁道號 if(cidaom-1<=now) /若當前磁道號大于請求序列中最大者，則直接由外向內(nèi)依次給予各請求服務 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(i=m-1;i>=0;i-) cout<<cidaoi<<" " sum=now-cidao0; if(cidao0>=

17、now) /若當前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-1) /若當前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大者 while(cidaok<now) k+; l=k-1; r=k; cout<<"請輸入當前移動臂的移動的方向 (0表示由外向內(nèi) ，1 表

18、示由內(nèi)向外) : " cin>>d; if(d=0) /選擇移動臂方向向內(nèi)，則先向內(nèi)掃描 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(j=l;j>=0;j-) cout<<cidaoj<<" " /輸出向內(nèi)掃描的序列 for(j=r;j<m;j+) /磁頭移動到最小號，則改變方向向外掃描未掃描的磁道 cout<<cidaoj<<" " /輸出向外掃描的序列 sum=now-2*cidao0+cidaom-1; else /選擇移動臂方向向外，則

19、先向外掃描 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(j=r;j<m;j+) cout<<cidaoj<<" " /輸出向外掃描的序列 for(j=l;j>=0;j-) /磁頭移動到最大號，則改變方向向內(nèi)掃描未掃描的磁道 cout<<cidaoj<<" " sum=-now-cidao0+2*cidaom-1; ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均尋道長度："

20、;<<ave<<endl;/*循環(huán)掃描調(diào)度算法*/void CSCAN(int cidao,int m) int k=1; int now,l,r; int i,j,sum=0; int a; char strmax; float ave; cidao=paixu(cidao,m); /調(diào)用排序算法排序 cout<<"請輸入當前的磁道號：" EE: cin>>str; /判斷輸入的數(shù)據(jù)是否正確 a=panduan(str); if(a=0) cout<<"數(shù)據(jù)類型錯誤,請重新輸入！"<&l

21、t;endl; goto EE; else now=zhuanhuan(str,a); /輸入當前磁道號 if(cidaom-1<=now) /若當前磁道號大于請求序列中最大者，則直接將移動臂移動到最小號磁道依次向外給予各請求服務 cout<<"磁盤掃描序列為：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=now-2*cidao0+cidaom-1; if(cidao0>=now) /若當前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務 cout<

22、<"磁盤掃描序列為：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-1) /若當前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大者 cout<<"磁盤掃描序列為：" while(cidaok<now) /反復地從內(nèi)向外掃描 k+; l=k-1; r=k; for(j=r;j<m;j+) cout<<cidaoj<<"

23、; " /輸出從當前磁道向外掃描的序列 for(j=0;j<r;j+) /當掃描完最大號磁道，磁頭直接移動到最小號磁道，再向外掃描未掃描的磁道 cout<<cidaoj<<" " sum=2*cidaom-1+cidaol-now-2*cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均尋道長度："<<ave<<endl;五、流程圖設計1.先來先服務算法流程圖輸入當前磁道號now磁頭移動距離sum=abs

24、(now-cidao0)磁頭移動總距離sum+=abs(cidaoj-cidaoi)輸出磁盤調(diào)度序列cidao j目前的位置變?yōu)楫斍暗奈恢胘+j<m輸出平均尋道長度ave=sum/(m)2. 最短尋道時間優(yōu)先算法流程圖將磁道號從小到大排序輸入當前磁道號nowcidaom-1<=now輸出磁盤調(diào)度序列cidaoj目前的位置變?yōu)楫斍暗奈恢胣ow=cidaoi磁頭移動總距離sum=now-cidaoii>=0輸出磁盤調(diào)度序列cidaoj(cidao0>=now磁頭移動總距離sum=now-cidaoi目前的位置變?yōu)楫斍暗奈恢胣ow=cidaoinow=arrayii<m

25、確定當前磁道在已排的序列中的位置now-cidaol)<=(cidaor-now先向磁道號減小方向訪問，再向磁道號增加方向訪問輸出磁盤調(diào)度序列先向磁道號增加方向訪問，再向磁道號減小方向訪問輸出磁盤調(diào)度序列輸出平均尋道長度ave=sum/(m)3. 掃描算法流程圖將磁道號從小到大排序輸入當前磁道號now, 移動臂的移動的方向cidaom-1<=now磁頭移動總距離sum=now-cidaoi輸出磁盤調(diào)度序列cidaoji>=0(cidao0>=now輸出磁盤調(diào)度序列cidaoji<m磁頭移動總距離sum=cidao i-now確定當前磁道在已排的序列中的位置switch(d)case 0:移動臂向磁道號減小方向訪問case 1:移動臂向磁道號增加方向訪問訪問輸出磁盤調(diào)度序列輸出磁盤調(diào)度序列輸出平均尋道長度ave=sum/(m)