操作系统磁盘调度算法实验报告

目录 一、课程设计目的3二、课程设计要求3三、课程设计原理3四、程序代码5五、流程图设计11六、运行结果14七、调试分析16八、心得体会16 一、课程设计目的操作系统是最重要的计算机系统软件，同时也是最活跃的学科之一，发展极为迅速。我们在本课程的实验过程中，要了解实际操作系统的工作过程，加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，在实践过程中加深对操作系统原理的理解。通过设计一个磁盘调度模拟系统，以加深对先来先服务、最短寻道时间、电梯算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解。让我们更好地掌握操作系统中磁盘调度的原理及实现方法,增强动手能力。本实验通过对磁盘调度算法的实现，加深对算法的理解，同时通过用C+语言编写程序实现这些算法，并在windows平台上实现，也再一次提高了自己编程的能力，提高了综合运用专业课知识的能力。二、课程设计要求本设计的具体要求如下：1.模拟一个磁盘调度算法2.要求能够模拟FCFS、最短寻道时间、电梯算法等磁盘调度算法3.输入为一组作业的磁道请求4.输出为按选择的算法执行时的磁头移动轨迹 三、课程设计原理1.各个算法分析（1）先来先服务算法（FCFS）这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据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地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。但是此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。当有进程先后提出磁盘I/O请求时，先按他们发出请求的先后次序排队。然后依次给予服务。其平均寻道距离较大，故先来先服务算法仅适用于请求磁盘I/O进程数目较少的场合。（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，以使每次寻道时间最短。但这种算法不能保证平均寻道时间最短。有可能导致某个进程出现“饥饿”现象，因为只要不断有新进程请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在的磁道的距离较近，这种新进程的I/O请求必然优先满足。（3）扫描算法（SCAN） 该算法不仅考虑到正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该是其欲访问的磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，既要访问的磁道在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”现象。由于在这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称之为电梯调度算法。（4）循环扫描算法（CSCAN） SCAN算法规定磁头单向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头移动到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即将最小磁道号紧接着最大的磁道号构成循环，进行循环扫描。2.磁盘调度思想磁盘设备在工作时以恒定的速率旋转。为了读或写，磁头必须能移动到所要求的磁道上，并等待所要求的扇区开始位置旋转到磁头下，然后或开始读或写数据。故可把磁盘访问时间分成以下三部分。（1）寻道时间Ts 这是把磁头移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即 Ts=m*n+s其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘，m=0.2；对于高速磁盘，m=0.1，磁臂的启动时间+约为2ms。这样，对于一般的温盘，对于一般的温盘，其寻道时间将随着寻道距离的增加而增大，大体上是530ms。（2）旋转延迟时间Tr这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘为300r/min，硬盘一般为720015000r/min，甚至更高。对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15000r/min，每转需时4ms，平均旋转延迟时间Tr为2ms；而软盘，其旋转速度为300r/min或600r/min，这样，平均Tr为50100ms。（3）传输时间Tt 这时指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关： Tt=b/(r*N)其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，T3与T2相同。因此，可将访问时间Ta表示为 Ta=Ts+1/(2*r)+b/(r*N)由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读/写数据的多少无关，而且它通常占据了访问时间中的大头。磁盘是可供多个进程共享的设备，当有多个进程都要求访问磁盘时，应采用一种最佳调度算法，以使各进程对磁盘的平均访问时间最小。由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。现在我们考虑平均寻道长度：所有磁道所需移动距离之和除以总的所需访问的磁道数，所以寻道长度决定了寻道时间，我们需要从上面的算法中选择最优者。四、程序代码下面给出部分重要的程序/*先来先服务调度算法*/void FCFS(int cidao,int m) /磁道号数组，磁道数为m int now;/当前所在磁道号 int sum=0; /总寻道长度 int i; int j; int a; char strmax; float ave; /平均寻道长度 cout磁盘请求序列为：; for( i=0;im;i+) /按先来先服务策略输出磁盘请求序列 coutcidaoi ; coutendl; coutstr; /判断输入的数据是不是正确 a=panduan(str); if(a=0) cout数据类型错误,请重新输入！endl; goto BB; else now=zhuanhuan(str,a); /当前磁道号 sum+=abs(cidao0-now); cout磁盘扫描序列为：; for( i=0;im;i+) /输出磁盘扫描序列 coutcidaoi ; for(i=0,j=1;jm;i+,j+) /求总寻道长度和平均寻道长度 sum+=abs(cidaoj-cidaoi); ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均寻道长度：aveendl;/*最短寻道时间优先调度算法*/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,m); /调用排序算法排序 coutstr; /判断输入的数据是不是正确 a=panduan(str); if(a=0) cout数据类型错误,请重新输入！endl; goto CC; else now=zhuanhuan(str,a); /输入当前磁道号 if(cidaom-1=now) /若当前磁道号大于请求序列中最大者，则直接由外向内依次给予各请求服务 cout=0;i-) coutcidaoi=now) /若当前磁道号小于请求序列中最小者，则直接由内向外依次给予各请求服务 cout磁盘扫描序列为：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若当前磁道号大于请求序列中最小者且小于最大者 cout磁盘扫描序列为：; while(cidaok=0)&(rm) if(now-cidaol)=(cidaor-now) /选择与当前磁道最近的请求给予服务 coutcidaol ; sum+=now-cidaol; now=cidaol; l=l-1; else coutcidaor ; sum+=cidaor-now; now=cidaor; r=r+1; if(l=-1) /说明磁头已移动到序列的最小号，现返回外侧扫描仍未扫描的磁道 for(j=r;jm;j+) coutcidaoj=0;j-) coutcidaoj ; sum+=cidaom-1-cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均寻道长度：aveendl;/*电梯算法*/void SCAN(int cidao,int m) /先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向 int k=1; int now,l,r,d; int i,j,sum=0; int a; char strmax; float ave; cidao=paixu(cidao,m); /调用排序算法排序 coutstr; /判断输入的数据是否正确 a=panduan(str); if(a=0) cout数据类型错误,请重新输入！endl; goto DD; else now=zhuanhuan(str,a); /输入当前磁道号 if(cidaom-1=now) /若当前磁道号大于请求序列中最大者，则直接由外向内依次给予各请求服务 cout=0;i-) coutcidaoi=now) /若当前磁道号小于请求序列中最小者，则直接由内向外依次给予各请求服务 cout磁盘扫描序列为：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若当前磁道号大于请求序列中最小者且小于最大者 while(cidaoknow) k+; l=k-1; r=k; coutd; if(d=0) /选择移动臂方向向内，则先向内扫描 cout=0;j-) coutcidaoj ; /输出向内扫描的序列 for(j=r;jm;j+) /磁头移动到最小号，则改变方向向外扫描未扫描的磁道 coutcidaoj ; /输出向外扫描的序列 sum=now-2*cidao0+cidaom-1; else /选择移动臂方向向外，则先向外扫描 cout磁盘扫描序列为：; for(j=r;jm;j+) coutcidaoj=0;j-) /磁头移动到最大号，则改变方向向内扫描未扫描的磁道 coutcidaoj ; sum=-now-cidao0+2*cidaom-1; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均寻道长度：aveendl;/*循环扫描调度算法*/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); /调用排序算法排序 coutstr; /判断输入的数据是否正确 a=panduan(str); if(a=0) cout数据类型错误,请重新输入！endl; goto EE; else now=zhuanhuan(str,a); /输入当前磁道号 if(cidaom-1=now) /若当前磁道号大于请求序列中最大者，则直接将移动臂移动到最小号磁道依次向外给予各请求服务 cout磁盘扫描序列为：; for(i=0;im;i+) coutcidaoi=now) /若当前磁道号小于请求序列中最小者，则直接由内向外依次给予各请求服务 cout磁盘扫描序列为：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若当前磁道号大于请求序列中最小者且小于最大者 cout磁盘扫描序列为：; while(cidaoknow) /反复地从内向外扫描 k+; l=k-1; r=k; for(j=r;jm;j+) coutcidaoj ; /输出从当前磁道向外扫描的序列 for(j=0;jr;j+) /当扫描完最大号磁道，磁头直接移动到最小号磁道，再向外扫描未扫描的磁道 coutcidaoj ; sum=2*cidaom-1+cidaol-now-2*cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均寻道长度：aveendl;五、流程图设计1.先来先服务算法流程图输入当前磁道号now磁头移动距离sum=abs(now-cidao0)磁头移动总距离sum+=abs(cidaoj-cidaoi)输出磁盘调度序列cidao j目前的位置变为当前的位置j+jm输出平均寻道长度ave=sum/(m)2. 最短寻道时间优先算法流程图将磁道号从小到大排序输入当前磁道号nowcidaom-1=0输出磁盘调度序列cidaoj(cidao0=now磁头移动总距离sum=now-cidaoi目前的位置变为当前的位置now=cidaoinow=arrayiim确定当前磁道在已排的序列中的位置now-cidaol)=(cidaor-now先向磁道号减小方向访问，再向磁道号增加方向访问输出磁盘调度序列先向磁道号增加方向访问，再向磁道号减小方向访问输出磁盘调度序列输出平均寻道长度ave=sum/(m)3. 扫描算法流程图将磁道号从小到大排序输入当前磁道号now, 移动臂的移动的方向cidaom-1=0(cidao0=now输出磁盘调度序列cidaojim磁头移动总距离sum=cidao i-now确定当前磁道在已排的序列中的位置switch(d)case 0:移动臂向磁道号减小方向访问case 1:移动臂向磁道号增加方向访问访问输出磁盘调度序列输出磁盘调度序列输出平均寻道长度ave=sum/(m)六、运行结果1.程序运行后的开始界面如下： 图12.先来先服务算法程序运行界面如下： 图23.最短寻道时间优先算法程序运行界面如下： 图34.电梯算法程序运行界面如下：图4 图55.循环扫描算法程序运行界面如下： 图6七、调试分析 此程序结果显示的界面非常清楚、友好。首先，需要用户输入所有的磁道号，此时若输入的不是数字，则提示有错误，重新输入，若正确，则可继续输入；若输入的是数字