磁盘调度课程设计报告j附代码.doc

磁盘调度课程设计任务书 学 院计算机与信息学院专 业网络工程课程名称计算机操作系统题 目磁盘调度完成期限自2013年6月3日至2013年6月30日共4周内容及任务一、项目的目的通过设计一个磁盘调度模拟系统，从而使磁盘调度算法更加形象化，容易使人理解，使磁盘调度的特点更简单明了，能使使用者加深对先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、扫描算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解。二、项目任务的主要内容和要求磁盘调度算法主要包括四种算法，先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）。3、 项目设计（研究）思路1.先来先服务算法（FCFS）： 输入磁道号，按先来先服务的策略输出磁盘请求序列，求平均寻道长度，输出移动平均磁道数。2.最短寻道时间优先算法（SSTF）：磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的磁道序列，输入当前磁道号，根据前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。3.扫描算法（SCAN）：将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，输入当前磁道号，选择移动臂的移动方向，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。4.循环扫描算法（CSCAN）：将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，输入当前磁道号，规定移动臂单向反复的从内向外移动，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。四、具体成果形式和要求设计一个磁盘调度的程序，按用户不同的选择，用不同的算法进行不同的模拟。进度安排起止日期工作内容2013/6/3-2013/6/10理解磁盘调度的原理背景、查询相关资料设计规划设计总体思路2013/6/11-2013/6/20编写代码实现各部分的功能、综合各个模块具体操作2013/6/21-2013/6/30进行测试软件以及对软件进行调试、修改。最后编写文档主要参考资料1汤小丹, 梁红兵.计算机操作系统M.西安：西安电子科技大学出版社，20071何钦铭, 颜晖.C语言程序设计M.北京：高等教育出版社，20082严蔚敏, 吴伟民. 数据结构（C语言版）M.北京：清华大学出版社，2011指导教师意见（签字）： 年 月 日系（教研室）主任意见（签字）： 年 月 日 设备管理课程设计说明书学院名称： 滁州学院 班级名称： 网络工程 学生姓名：王大龙、王俊、王鹏、杨涛、张炎学 号：、 题 目： 磁盘调度 指导教师： 李元金 起止日期： 2013年6月86月30日 目录第一部分：正文部分5一、选题背景5二、设计理念5三、过程论述63.1系统概要设计63.2详细设计 63.2.1设计任务63.2.2设计要求63.2.3算法思想6四、结果分析124.1 先来先服务（FCFS）124.2 最短寻道时间优先算法（SSTF）124.3 扫描算法（SCAN）134.4 循环扫描算法（CSCAN）13五、结论（或总结）14第二部分：参考文献14第三部分：指导教师评语15第四部分：成绩评定15第一部分：正文部分一、选题背景为了加深对操作系统原理的进一步认识，加强实践动手能力和程序开发能力的培养，提高分析问题解决问题的能力，培养合作精神，以巩固和加深磁盘调度的概念。操作系统是一门工程性很强的课程，它不仅要求学生掌握操作系统的工作原理和理论知识，也要求学生的实际动手能力，以加深对所学习内容的理解，使学生熟练地掌握计算机的操作方法，使用各种软件工具，加强对课程内容的理解。这次课程设计，就是通过模拟磁盘调度来加深对操作系统中磁盘调度概念的理解，使我们熟悉磁盘管理系统的设计方法；加深对所学各种磁盘调度算法的了解及其算法的特点。二、设计理念2.1先来先服务（FCFS）的策略，即先来的请求先被响应。FCFS策略看起来似乎是相当公平的，但是当请求的频率过高的时候FCFS策略的响应时间就会大大延长。FCFS策略为我们建立起一个随机访问机制的模型，但是假如用这个策略反复响应从里到外的请求，那么将会消耗大量的时间。为了尽量降低寻道时间，看来我们需要对等待着的请求进行适当的排序，而不是简单的使用FCFS策略。这个过程就叫做磁盘调度管理。有时候FCFS也被看作是最简单的磁盘调度算法。2.2最短时间优先（SSTF）算法选择这样的进程。要求访问的磁道，与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。2.3扫描（SCAN）调度算法:该算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象，应是其欲访问的磁道，既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外的访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁道换向自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，也就是要访问的当前位置内距离最近者，这样，磁头又逐步地从外向里移动，直至再无更里面的磁道要访问，从而避免了出现“饥饿”现像。2.4循环扫描（CSCAN）算法：当磁头刚从里向外移动而越过了某一磁道时，恰好又有一进程请求访问此磁道，这时，该里程就必须等待，为了减少这种延迟，CSCAN算法规定磁头单向移动。三、过程论述3.1系统概要设计 设计方法为任务分解、逐步求精的方法，先完成各个模块的功能（FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN），并进行调试和验证，最后完成系统的完整设计，使设计过程得到可靠的保证。3.2详细设计3.2.1设计任务本系统划分为四个模块：先来先服务算法模块FCFS、最短寻道时间优先算法模块SSTF、扫描算法模块SCAN和循环扫描算法模块：CSCAN，用来实现磁盘调度的模拟。3.2.2设计要求根据磁盘调度算法的思想，编程实现先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法、循环扫描算法等，并通过数据分析比较各种算法的平均寻道长度。3.2.3算法思想系统主界面可以灵活选择某种算法，算法包括：先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）。（1）先来先服务算法（FCFS）这是一种比较简单的磁盘调度算法。它根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。此算法的优点是公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。此算法由于未对寻道进行优化，在对磁盘的访问请求比较多的情况下，此算法将降低设备服务的吞吐量，致使平均寻道时间可能较长，但各进程得到服务的响应时间的变化幅度较小。（2）最短寻道时间优先算法（SSTF）该算法选择这样的进程，其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短，该算法可以得到比较好的吞吐量，但却不能保证平均寻道时间最短。其缺点是对用户的服务请求的响应机会不是均等的，因而导致响应时间的变化幅度很大。在服务请求很多的情况下，对内外边缘磁道的请求将会无限期的被延迟，有些请求的响应时间将不可预期。（3）扫描算法（SCAN）扫描算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，扫描算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到再无更外的磁道需要访问才将磁臂换向，自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，即其要访问的磁道，在当前磁道之内，从而避免了饥饿现象的出现。由于这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，故又称为电梯调度算法。此算法基本上克服了最短寻道时间优先算法的服务集中于中间磁道和响应时间变化比较大的缺点，而具有最短寻道时间优先算法的优点即吞吐量较大，平均响应时间较小，但由于是摆动式的扫描方法，两侧磁道被访问的频率仍低于中间磁道。（4）循环扫描算法（CSCAN）循环扫描算法是对扫描算法的改进。如果对磁道的访问请求是均匀分布的，当磁头到达磁盘的一端，并反向运动时落在磁头之后的访问请求相对较少。这是由于这些磁道刚被处理，而磁盘另一端的请求密度相当高，且这些访问请求等待的时间较长，为了解决这种情况，循环扫描算法规定磁头单向移动。例如，只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。3.2.4算法设计（1）先来先服务算法模块：void FCFS(int array,int m)输入磁道号，按先来先服务的策略输出磁盘请求序列，求平均寻道长度，输出移动平均磁道数。 FCFS算法流程图 （2）最短寻道时间优先算法模块：void SSTF(int array,int m)将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的磁道序列，输入当前磁道号，根据前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。SSTF算法流程图（3）扫描算法模块：void SCAN(int array,int m)将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，输入当前磁道号，选择移动臂的移动方向，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。SCAN算法流程图（4）循环扫描算法模块：void CSCAN(int array,int m)将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，输入当前磁道号，规定移动臂单向反复的从内向外移动，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。CSCAN算法流程图四、结果分析4.1 先来先服务（FCFS）图4.1.1 FCFS算法运行结果4.2 最短寻道时间优先算法（SSTF）图4.1.1 SSTF算法运行结果4.3 扫描算法（SCAN）图4.1.3 SCAN算法运行结果4.4 循环扫描算法（CSCAN）图4.1.3 CSCAN算法运行结果五、结论（或总结）本系统具有很强的健壮性，当输入错误数据类型时，系统提示用户输入的数据类型错误，让用户重新输入，保证系统的稳定性，不会因为用户的误操作而致使系统瘫痪；虽然是在dos状态下，但是本系统界面还是设计的比较漂亮的，具有比较好的交互性；对于软件中的重用代码，设计成一个函数，实现代码重用。本系统是在dos状态下进行编译执行的，没有图形化界面，可以设计出一个图形化界面，使用户操作更加简单，明了。通过对这次操作系统课程设计的亲自参与和操作，使我深刻体会到了：只要你想做只要你想学没有弄不懂得事情，工程里面也不能不在乎细节，等等。感觉很受益匪浅。懂得了操作系统磁盘调度的四种算法：先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）和循环扫描算法（CSCAN）。加深了我对这门课程的理解。锻炼了自己在考虑全局也不是细节的能力。通过这次实验，再一次熟悉并深入掌握了程序设计语言和算法设计。同时，我也深深体会到了团队的重要性，如果没有同组人的互相鼓励和督促我跟本不能很快的完成任务。一滴水的力量是有限的，但汇聚成溪流将是美丽的。虽然我们每个人的力量都是有限的，但是激烈的讨论、相互的鼓励使我们在实践中成长。感谢和我一起面对的同伴们，因为有你们我才变得勤奋。更感谢给予我们谆谆教导的老师,在我们犹豫困惑时给予我们指导，谢谢您!第二部分：参考文献1.汤小丹,梁红兵.计算机操作系统M.西安:西安电子科技大学出版社,2007.2.何钦铭,颜晖.C语言程序设计M.北京:高等教育出版社,2008.3.严蔚敏,吴伟民.数据结构（C语言版）M.北京:清华大学出版社,2011.学生签名： 填表日期： 年 月 日第三部分： 指导教师评语第四部分：成绩评定指导教师签名： 填表日期： 年 月 日附录:程序源代码#includestdio.h#includestdlib.h#define maxsize 100 /定义最大数组域#include/先来先服务调度算法void FCFS(int array,int m)int sum=0,j,i;int avg;printf(n FCFS调度结果: );for(i=0;i=m;i+)/输出FCFS磁盘调度结果printf(%d ,arrayi);for(i=0,j=1;jm;i+,j+)sum+=abs(arrayj-arrayi);/累计总的移动距离,abs函数取绝对值avg=sum/m;/计算平均寻道长度printf(n 移动的总道数： %d n,sum);printf( 平均寻道长度： %d n,avg);/最短寻道时间优先调度算法void SSTF(int array,int m)int temp;int k=1;int now,l,r;int i,j,sum=0;int avg;for(i=0;im;i+)for(j=i+1;jarrayj)/两磁道号之间比较temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp;for( i=0;im;i+)/输出排序后的磁道号数组printf(%d ,arrayi);printf(n 请输入当前的磁道号：);scanf(%d,&now);printf(n SSTF调度结果: );if(arraym-1=0;i-)/将数组磁道号从大到小输出printf(%d ,arrayi);sum=now-array0;/计算移动距离else if(array0=now)/判断整个数组里的数是否都大于当前磁道号 for(i=0;im;i+)/将磁道号从小到大输出printf(%d ,arrayi);sum=arraym-1-now;/计算移动距离elsewhile(arrayk=0)&(rm)/循环的比较，将数组分为两段，比较最短寻道地址if(now-arrayl)=(arrayr-now)/判断最短距离 printf(%d ,arrayl);sum+=now-arrayl;/计算移动距离now=arrayl;l=l-1;else printf(%d ,arrayr);sum+=arrayr-now;/计算移动距离now=arrayr;r=r+1;if(l=-1)/此时now为array0,需要到达arraym-1,即前半段扫描结束，后半段还有剩余 for(j=r;j=0;j-) printf(%d ,arrayj);sum+=arraym-1-array0;/计算移动距离avg=sum/m;printf(n 移动的总道数： %d n,sum);printf( 平均寻道长度： %d n,avg);/扫描算法void SCAN(int array,int m)/先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向,到了端点时磁臂到另一端点int temp;int k=1;int now,l,r,d;int i,j,sum=0;int avg;for(i=0;im;i+)for(j=i+1;jarrayj)/对磁道号进行从小到大排列temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp;for( i=0;im;i+)printf(%d ,arrayi);/输出排序后的磁道号数组printf(n 请输入当前的磁道号：);scanf(%d,&now);if(arraym-1=0;i-)printf(%d ,arrayi);/将数组磁道号从大到小输出sum=now-array0;/计算移动距离else if(array0=now)/判断整个数组里的数是否都大于当前磁道号 printf(n SCAN调度结果: );for(i=0;im;i+)printf(%d ,arrayi);/将磁道号从小到大输出sum=arraym-1-now;/计算移动距离elsewhile(arrayknow)/逐一比较以确定K值k+;l=k-1;r=k;printf(n 请输入当前移动臂的移动的方向 (1 磁道号增加方向，0磁道号减小方向) : );scanf(%d,&d);printf(n SCAN调度结果: );if(d=0)/磁道号减小方向=0;j-)printf(%d ,arrayj);for(j=r;jfor(j=r;j=0;j-)printf(%d ,arrayj);sum=-now-array0+2*arraym-1;/计算移动距离/sum=arraym-1-now+arraym-1-array0avg=sum/m;printf(n 移动的总道数： %d n,sum);printf( 平均寻道长度： %d n,avg);/循环扫描算法void CSCAN(int array,int m)int temp;int k=1;int now,l,r,d;int i,j,sum=0;int avg;for(i=0;im;i+)for(j=i+1;jarrayj)/对磁道号进行从小到大排列temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp;for( i=0;im;i+)printf(%d ,arrayi);/输出排序后的磁道号数组printf(n 请输入当前的磁道号：);scanf(%d,&now);if(arraym-1=now)/判断整个数组里的数是否都小于当前磁道号 printf(n CSCAN调度结果: );for(i=0;i=now)/判断整个数组里的数是否都大于当前磁道号 printf(n CSCAN调度结果: );for(i=0;im;i+) printf(%d ,arrayi);/将磁道号从小到大输出sum=arraym-1-now;/计算移动距离elsewhile(arrayknow)/逐一比较以确定K值k+;l=k-1;r=k;printf(n 请输入当前移动臂的移动的方向 (1 磁道号增加方向，0磁道号减小方向) : );scanf(%d,&d);printf(n CSCAN调度结果: );if(d=0)/=0;j-)printf(%d ,arrayj);for(j=m-1;j=r;j-)printf(%d ,arrayj);sum=