2015广工操作系统课程设计报告之磁盘调度(附java源代码).doc

成绩 操作系统课程设计磁盘调度算法学 院 计算机学院 专 业 计算机科学与技术 学 号 姓 名 指导教师 孙为军 日 期 2016年1月2日 操作系统 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目磁盘调度算法1指导教师孙为军题目编号16主要内容理解磁盘调度算法，并进一步加深对调度算法及其实现过程的理解。任务要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现1、先来先服务算法（FCFS）2、最短寻道时间优先算法（SSTF）3、扫描算法（SCAN）4、循环扫描算法（CSCAN）并求出每种算法的平均寻道长度。参考文献1 计算机操作系统， 汤小丹等 ，西安电子科技大学出版社2 操作系统实验指导书，傅秀芬，广东工业大学（自编）3 计算机操作系统教程 ( 第二版 )， 张尧学、 史美林，清华大学出版社4 现代操作系统，A.S.Tanenbaum 著，陈向群等译机械工业出版社审查意见指导教师签字：系主任签字： 年 月 日 说明：本表由指导教师填写，由系主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页一、设计思想说明1.1 设计环境 开发平台：eclipse Version: Luna Service Release 1 (4.4.1) Build id: 20140925-1800开发环境：Windows10 操作系统Java版本：java version “1.8.0_25”java SE Runtime Environment java HotSpot(TM) 64-Bit Server Vm 1.2 设计思想 1.先到先服务算法（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.最短寻道时间优先调度算法（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（CSACN） 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。二、系统结构的说明该系统共分为12个模块：1. 初始化模块：initial();2. 窗口函数模块：frame();3. 先来先服务算法模块：FCFS();4. 最短寻道优先算法模块：SSTF();5. 扫描算法模块：SCAN();6. 循环扫描模块：CSAN();7. 排序函数模块：sort();8. 结果函数模块：result();9. 磁道输入模块：getInputData();10. 开始磁道模块：getStartData();11. 按钮监听器模块：class ButtonListener12. 画布模块：class Canvas系统结构图：动画演示CSCANSCANSSTFFCFS设置开始磁道设置磁道磁盘调度算法选择界面三、数据结构的说明数组a:用于存放原始输入磁道数组b:用于存放调度顺序磁道数组c:用于存放播放动画时的中间数组int变量start：用于存放开始磁道float变量Avg：用于存放平均寻道长度float变量Sum：用于存放总寻道长度字符串数组s：用于存放按钮名称String变量ss：存放输入的磁道的字符串String变量sss：存放输入的开始磁道的字符串Int变量Style:选择具体的算法Boolena变量Animation:是否播放动画的标志位Boolean变量isOK:用于防止未选算法就播放动画而出现无法关闭程序的bugTimer变量timer：用于设定一定时间执行某个消息Int变量point:用于动画演示指向要画数字的下面countTime:用于记录动画播放的次数四、算法流程图1.先来先服务算法（FCFS）:先来先服务算法（FCFS）流程图2.最短寻道时间优先算法（SSTF）:求平均寻道长度选择与当前磁道距离最近的磁道进行扫描移动到最小（大）号，改向外（内）移动扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列判断磁头在序列中的位置结束开始读入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号最短寻道时间优先算法（SSTF）流程图3.扫描算法（SCAN）：求平均寻道长度选择移动臂移动方向，开始扫描移动到最小（大）号，改向外（内）移动扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列开始结束输入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号判断磁头在序列中的位置扫描算法（SCAN）流程图4.循环扫描（CSCAN）:求平均寻道长度选择与当前磁道距离最近的磁道进行扫描移动到最小（大）号，改向外（内）移动扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列判断磁头在序列中的位置结束开始输入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号循环扫描（CSCAN）流程图5.磁道输入模块:磁道输入模块流程图开始在弹出的窗口中输入10个磁道判断是否有10输入10个数刷新画面，重新显示磁道数结束6.开始磁道设置流程图：结束刷新画面，重新显示开始磁道判断是否为数字在弹出的窗口中输入开始磁道开始 开始磁道设置流程图7.动画演示：动画演示流程图图结束播放完毕动画播放判断是否已经点击了算法开始五、程序运行及清单1.程序运行主界面，开始的磁道及磁头都为默认设置:FCFS算法：SSTF算法： SCAN算法：CSCAN算法：设置磁道：设置磁头：动画演示：六、使用说明书1本java程序已经打包成一个jar文件，在有jvm的环境下，双击即可运行本程序。2运行本程序后点击右侧按钮即可进行选择算法及动画演示。3在选择动画演示前请先选择算法，否则无任何响应。eg:打开程序还未点击算法就直接点击动画演示则无任何响应4点击设置磁道窗口，会弹出一个输入窗口，在此窗口输入10个数，以空格键隔开，点击确定即可完成输入，并可自动刷新主界面数据。若输入个数少于10个则无任何响应5点击设置磁头，会弹出一个输入窗口，在此输入磁头开始数，点击确定即可完成输入。6点击右上角X按钮即可退出程序。七、心得体会 本次的课程设计主要考察了磁盘的四种调度算法，说实话，调度算法的实现完全没难度，主要的难度在于界面的设计。之所以说难在于界面设计是因为这次使用的编写语言是java，之前也从来没有用java来编写过程序，因此本程序也是我用java写的第一个程序，难免bug会比较多，还望老师多多见谅。虽说这只是几天的课程设计，但是这几天却让我学到了不少知识。从添加按钮，再添加按钮监听器，编写对话框，再到画布的使用，编写动画。这些都是我之前没有学习和接触到的。开始做的时候是比较困难的，很多东西都是不知道怎么办，或者根本不知道有没有这个东西，后来不断的查书和百度（在此真的得谢谢度娘），很多比较难处理的问题的大部分都是百度或者自己看书解决的。在这次课设后也明白了一个道理，世界上的知识使学不完的，然而借助某些工具会让你学到你当前迫切想学的知识。在这次课设后觉得java这么语言真的得好好去专研一下，自己学的太少了，欠缺的太多了，这次回家也要好好脑补一下了。最后谢谢老师本学期操作系统课程的指导！八、源程序import java.awt.*;import java.awt.event.*;import javax.swing.JDialog;import javax.swing.Timer;public class Cipandiaodu extends WindowAdapter/继承windowsAdapter类private int a=new int10;/用于设置磁道数private int b=new int10;/用于记录调度顺序private int c=new int10;/用于播放动画的中间数组private int t=new int10;/用于存放设置的磁道，防止原始磁道输入顺序改变private int start=50;/设置默认的开始磁道数private float Avg;/平均寻道长度private float Sum;/记录移动的总道数private Button bt=new Button9; /按钮private JDialog jd1=new JDialog();/设置磁道的对话框private JDialog jd2=new JDialog();/设置磁头的对话框private TextField tf1=new TextField(100);/输入磁道的输入框private TextField tf2=new TextField(100);/输入磁头的输入框private Panel pl1=new Panel();/该容器用于添加按钮private Panel pl3=new Panel();/该容器用于添加画布private MyCanvas drawArea=new MyCanvas();/定义一个画布用于变写信息private String s=设置磁道,设置磁头,FCFS,SSTF,SCAN,CSCAN,确定,确定,动画演示;/按钮名称private String ss=;/用于接收输入的字符串来改变输入磁道private String sss=;/用于接受输入的字符创来改变输入的磁头的开始磁道private int Style;/用于选择具体的调度算法private boolean animation;/用于调度算法播放动画private boolean isOK;/标志位，防止未选算法就点击播放动画出现无法关闭的bugprivate Timer timer;/用于设定一定时间间隔内重复执行某个消息private int point;/指向要画的数字下面private int countTime;/记录动画播放时间GridBagLayout gb1=new GridBagLayout();/布局管理器GridBagConstraints gbc1=new GridBagConstraints();/具体管理组件布局GridBagLayout gb2=new GridBagLayout();/布局管理器GridBagConstraints gbc2=new GridBagConstraints();public static void main(String args) /主函数(new Cipandiaodu().frame(); /定义一个实例调用frame函数private void initial()/初始化函数for(int i=0;i10;i+)/默认设置的磁道if(i=0)ai=10;elseai=ai-1+10;for(int i=0;i9;i+)bti=new Button(si);/设置按钮名bti.addActionListener(new ButtonListener();/绑定监听器for(int i=0;i6;i+)pl1.add(bti);/将按钮添加到容器内pl1.add(bt8);jd1.setBounds(320, 180, 400, 100);/设置对话框大小 jd1.setTitle(在此输入10个磁道数(以空格键隔开);/对话框名字 Label l1=new Label(输入磁道数:); gb1.setConstraints(l1,gbc1);/将l1与gbc关联起来，gbc去管理l1的具体布局 gbc1.weightx=1;/设置权重 gb1.setConstraints(tf1,gbc1); gbc1.weightx=2; jd1.setLayout(gb1); jd1.add(l1); jd1.add(tf1); jd1.add(bt6); jd2.setBounds(320, 180, 260, 100); jd2.setTitle(在此重新输入磁头所在磁道数); Label l2=new Label(输入磁头:); gb2.setConstraints(l2,gbc2); gbc2.weightx=1; gb2.setConstraints(tf2,gbc2); gbc2.weightx=2; jd2.setLayout(gb2); jd2.add(l2); jd2.add(tf2); jd2.add(bt7); pl3.setLayout(new GridLayout(1,3);/gridlayout布局pl3.setVisible(false);pl1.setLayout(new GridLayout(7,1);/设置按钮布局，6X1小格drawArea.setPreferredSize(new Dimension(430,280);/设置画布大小,Dimension 类封装单个对象中组件的宽度和高度（精确到整数）。drawArea.setBackground(new Color(100,100,100);/设置画布背景颜色public void frame()/窗口函数initial();Frame fm=new Frame(磁盘调度算法);/定义一个窗口fm.addWindowListener(this);/窗口监听器ActionListener Perform =new ActionListener()/定义一个每秒执行一次的事件监听器Overridepublic void actionPerformed(ActionEvent e) / TODO Auto-generated method stubdrawArea.repaint();/刷新画布;fm.add(pl1,East);/设置按钮放置方位fm.add(pl3,West);fm.add(drawArea,West);timer=new Timer(1000,Perform);/每隔1秒调用perform活动监听器，刷新画布fm.pack();/设置串口最佳大小fm.setVisible(true);/设置可见性public void FCFS()/先来先服务算法for(int i=0;i=t9)/开始磁道大于最大的输入磁道数，逆序插入数组bfor(int i=9;i=0;i-)b9-i=ti;/逆序插入else if(start=t0)/开始磁道小于最小磁道数，顺序插入for(int i=0;itk)k+;low=k-1;/low指向比开始磁道小的磁道high=k;/high指向比开始磁道大的磁道while(low=0&high10)if(startTemp-tlow)=(thigh-startTemp)bi+=tlow;startTemp=tlow;/此处磁头改变导致算法错误,用中间变量替换low-;elsebi+=thigh;startTemp=thigh;high+;if(low=-1)/说明左边的全部扫完了for(;high=0;low-)bi+=tlow;result();/调用结果函数进行运算public void SCAN()/扫描算法sort();if(start=t0)/开始磁道小于最小等于磁道for(int i=0;i=t9)/开始磁道大于等于最大磁道for(int i=0;i=tk)k+;if(tk-1=start)/修正位置k-;for(high=k;high=0;low-)/低部分bi+=tlow;result();public void CSCAN()/循环扫描算法sort();if(startt9)/开始磁道小于最小等于磁道for(int i=0;i=tk)k+;if(tk-1=start)/修正位置k-;for(high=k;high=9;high+)/高部分bi+=thigh;for(low=0;lowk;low+)/低部分bi+=tlow;result();public void sort()/排序，有利于最短寻道优先算法int temp;for(int i=0;i10;i+)/默认的磁道数ti=ai;for(int i=0;i10;i+)/磁道号排序for(int j=i+1;jtj)/两磁道号之间比较temp=ti;ti=tj;tj=temp;public void result()/计算磁道总数和平均寻道数目Sum=0;Avg=0;for(int i=0;i10;i+)if(i=0)/第一次Sum+=Math.abs(start-bi);/调用数学类求绝对值elseSum+=Math.abs(bi-bi-1);Avg=Sum/10;boolean getInputData()/用于重新获取输入的磁道int i=0,j=0,sum=0,count;/count用于统计输入字符的个数，sum用于存贮装换的数字int temp=new int10 ;count=ss.length();/获取字符长度char ch=ss.toCharArray();/字符串转字符数组while(i10)&(j=48&chj=57)/判断为数字，开始转化sum=sum*10+(chj-48);else if(sum!=0)tempi+=sum;sum=0;j+;if(i=10)/获取到十个输入磁道数for(int k=0;k10;k+)ak=tempk;return true;/返回trueelsereturn false;/否则放回falsevoid getStartData()/用于获取磁头开始所在的磁道if(sss!=)start=Integer.parseInt(sss);public void windowClosing(WindowEvent e) /退出 System.exit(0);class ButtonListener implements ActionListener/设置按钮监听器Overridepublic void actionPerformed(ActionEvent e) / TODO Auto-generated method stubButton btn=(Button) e.getSource();/获取信息源if(btn=bt0)/输入磁道的按钮isOK=false;/动画播放标志位，防止未选算法就播放动画导致程序无法关闭 jd1.setModal(true);/确保弹出的窗口在其他窗口前面 jd1.setVisible(true);/设置可见性else if(btn=bt1)/设置开始磁道的按钮isOK=false;jd2.setModal(true);/确保弹出的窗口在其他窗口前面 jd2.setVisible(true);/设置可见性else if(btn=bt2)/FCFS按钮isOK=true;/已选择算法，可以正常播放动画Style=1;/设置调用类型画布进行绘制FCFS();/调用先来先服务算法drawArea.repaint();/重新绘图else if(btn=bt3)/SSTF按钮isOK=true;Style=2;SSTF();drawArea.repaint();else if(btn=bt4)/SCAN按钮isOK=true;Style=3;SCAN();drawArea.repaint();else if(btn=bt5)/CSCAN按钮isOK=true;Style=4;CSCAN();drawArea.repaint();else if(btn=bt6)/jd1的确定按钮ss=tf1.getText()+ ;/获取输入框的内容tf1.setText();/重新设置输入框的内容为空getInputData();jd1.dispose();/关闭弹出的对话框Style=0;drawArea.repaint();else if(btn=bt7)/jd2的确定按钮sss=tf2.getText();tf2.setText();/设置开始磁道数内存为空getStartData();jd2.dispose();Style=0;drawArea.repaint();else if(btn=bt8)/动画演示按钮point=0;countTime=0;sort();for(int i=0;i10;i+)ci=ti;animation=true;/设置动画播放按钮if(isOK)timer.start();/开始播放动画else animation=false;class MyCanvas extends Canvas/继承画布public void paint(Graphics g)/g为画笔实例g.setColor(Color.WHITE);g.drawString(输入的磁道为:, 0, 30);for(int i=0;i10;i+)/输出输入的顺序磁道if(i=0)g.drawString(ai+,80,30);elseg.drawString(ai+,80+35*i,30);g.drawString(磁头所在磁道数为:+start,0,45);if(Style=1)/Style指示调度算法类型g.drawString(当前调度算法为：先来先服务算法,120,70);g.drawString(磁道调度顺序为：,0,100);for(int i=0;i10;i+)/输出调度顺序g.drawString(bi+,90+30*i,100);g.drawString(磁盘总