操作系统磁盘调度课程设计

1、西安文理学院软件学院课程设计报告设计名称： 计算机操作系统课程设计 设计题目： 磁盘调度算法 学生学号： 专业班级： 12级软件四班 学生姓名： 高 孟 学生成绩： 指导教师（职称）： 孙少波（副教授） 课题工作时间： 2014.10.27 至 2014.12.7 目录第一章 课题概述31.1课程设计的目的31.2课程设计的要求4第二章 设计简介及设计方案论述42.1 设计思路与方案4第三章 详细设计53.1先来先服务算法（FCFS）53.1.1先来先服务算法说明53.1.2先来先服务算法流程图63.1.3先来先服务算法数据结构63.2最短寻道时间优先算法（SSTF）73.2.1最短寻道时间优

2、先算法说明73.2.2最短寻道时间优先算法流程图83.2.3最短寻道时间优先算法数据结构83.3扫描算法（SCAN）103.3.1扫描算法说明103.3.2扫描算法流程图113.3.3扫描算法数据结构113.4循环扫描算法（CSCAN）133.4.1循环扫描算法说明133.4.2循环扫描算法流程图143.4.3循环扫描算法数据结构14第四章 设计结果及分析174.1先来先服务算法调试结果174.2最短寻道时间算法调试结果174.3扫描算法调试结果184.4循环扫描算法调试结果18总结19参考文献20附录：磁盘调度算法源程序21第一章 课题概述1.1课程设计的目的通过设计一个磁盘调度模拟系统，从

3、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，加深对先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）及循环扫描算法（CSCAN）等磁盘调度算法的理解。1.2课程设计的要求编程序实现下述磁盘调度算法，并求出每种算法的平均寻道长度：要求设计主界面可以灵活选择算法，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）第二章 设计简介及设计方案论述2.1 设计思路与方案 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

4、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）： 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。 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

5、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。第三章 详细设计3.1先来先服务算法（FCFS）3.1.1先来先服务算法说明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

6、的响应时间的变化幅度较小。3.1.2先来先服务算法流程图图3-1-2 先来先服务算法流程图3.1.3先来先服务算法数据结构输入磁道号，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。主要代码：for(i=0;im;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 平均寻道长度： %d n,avg);3.2最短寻道时间优先算法（SSTF）3.2.1最短寻道时间优先算法说明

7、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。3.2.2最短寻道时间优先算法流程图图3-2-2 最短寻道时间优先算法流程图3.2.3最短寻道时间优先算法数据结构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。主要代

8、码：for(i=0;im;i+)for(j=i+1;jarrayj)/两磁道号之间比较temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp;printf( 排序后磁道顺序为：);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

9、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no

10、w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 平均寻道长度： %d n,avg);3.3扫描算法（SCAN）3.3.1扫描算法说明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

11、，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。3.3.2扫描算法流程图图3-3-2 扫描算法流程图3.3.3扫描算法数据结构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

12、长度，输出移动的平均磁道数。主要代码：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;printf( 排序后磁道顺序为：);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

13、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(

14、%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 平均寻道长度： %d n,avg);3.4循环扫描算法（CSCAN）3.4.1循环扫描算法说明 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

15、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。3.4.2循环扫描算法流程图图3-4-2循环扫描算法流程图3.4.3循环扫描算法数据结构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。主要代码：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;printf( 排序后磁道顺序为：);for( i=0;i

16、m;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;

17、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=2*(arraym-1-array0)-arrayr+now;/计算移动距离/sum=now-array0+arraym-1-array0+arraym-1-arrayr 先-再-循环到尾再-/磁道号减小方向elsefor(j=r;jm;j+)printf(%d ,arrayj); f

18、or(j=0;j再循环到尾-再-/磁道号增加方向avg=sum/m;printf(n 平均寻道长度： %d n,avg);第四章 设计结果及分析4.1先来先服务算法调试结果图4-1 先来先服务算法调试结果4.2最短寻道时间算法调试结果图4-2 最短寻道时间算法调试结果4.3扫描算法调试结果图4-3 扫描算法调试结果4.4循环扫描算法调试结果图4-4 循环扫描算法调试结果总结 通过几周的课程设计，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。这次操作系统课程设计，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

19、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和细节的能力。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。 本次课程设计还培养了我们独立思考的能力，提高了我们的动手操作水平。在具体设计操作中，我们巩固了本学期所学的数据结构与算法的理论知识，进一步提高了自己的编程能力。这也是课程设计的最终目的所在。通过实际操作，开发了自己的逻辑思维能力，培养了分析问题、解决问题的能力。 但在程序设计的过程中我也深刻的感受到自己实力的不足，无法灵活的运用各种工具和函数，对于课程所讲的东西也无法在脱离课本的情况中完成，我意识到自己在今

20、后的学习生活中，一定要勤于思考，扎实掌握理论知识，灵活运用课上所学的东西，做一个优秀的程序员。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.附录：磁盘调度算法源程序#includestdio.h#includestdlib.h#define maxsize 5 /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

21、(n FCFS调度结果: );for(i=0;im;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 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

22、比较temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp;printf( 排序后磁道顺序为：);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pr

23、intf(%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 fo

24、r(j=r;j=0;j-) printf(%d ,arrayj);sum+=arraym-1-array0;/计算移动距离avg=sum/m;printf(n 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;pri

25、ntf( 排序后磁道顺序为：);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el

26、sewhile(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 平均寻道长度：

27、 %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;printf( 排序后磁道顺序为：);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)