操作系統(tǒng)課程設(shè)計磁盤調(diào)度報告

1、題目：磁盤調(diào)度一. 設(shè)計目的本課程設(shè)計是學(xué)習(xí)完計算機(jī)操作系統(tǒng)課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，通過課程設(shè)計，我們更好地掌握操作系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)方法，加深對操作系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和重要算法的理解，加強(qiáng)了動手能力 。二. 課程設(shè)計內(nèi)容和要求編程序?qū)崿F(xiàn)下述磁盤調(diào)度算法，并求出每種算法的平均尋道長度，要求設(shè)計 主界面以靈活選擇某算法，且以下算法都要實(shí)現(xiàn)：1、先來先服務(wù)算法（FCFS2、最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF3、掃描算法（SCAN4、循環(huán)掃描算法（CSCAN三. 算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1算法的總體思想設(shè)備的動態(tài)分配算法與進(jìn)程調(diào)度相似，也是基于一定的分配策略的。常用的 分配策略有先請求先分配、優(yōu)先級高者先分

2、配等策略。在多道程序系統(tǒng)中，低效 率通常是由于磁盤類旋轉(zhuǎn)設(shè)備使用不當(dāng)造成的。 操作系統(tǒng)中，對磁盤的訪問要求 來自多方面，常常需要排隊。這時，對眾多的訪問要求按一定的次序響應(yīng)，會直 接影響磁盤的工作效率，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。訪問磁盤的時間因子由3部分構(gòu) 成，它們是查找（查找磁道）時間、等待（旋轉(zhuǎn)等待扇區(qū)）時間和數(shù)據(jù)傳輸時間， 其中查找時間是決定因素。因此，磁盤調(diào)度算法先考慮優(yōu)化查找策略，需要時再 優(yōu)化旋轉(zhuǎn)等待策略。平均尋道長度（L）為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)（N），即：L= （M1+M2十+Mi+MN /N其中Mi為所需訪問的磁道號所需移動的磁道數(shù)。啟動磁盤執(zhí)行輸入輸出

3、操作時，要把移動臂移動到指定的柱面，再等待指定 扇區(qū)的旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下，然后讓指定的磁頭進(jìn)行讀寫，完成信息傳送。因此， 執(zhí)行一次輸入輸出所花的時間有：尋找時間一一磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所花的時間。延遲時間一一指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需的時間。傳送時間 由磁頭進(jìn)程讀寫完成信息傳送的時間。其中傳送信息所花的時間，是在硬件設(shè)計就固定的。而尋找時間和延遲時間 是與信息在磁盤上的位置有關(guān)。為了減少移動臂進(jìn)行移動花費(fèi)的時間，每個文件的信息不是按盤面上的磁道 順序存放滿一個盤面后，再放到下一個盤面上。而是按柱面存放，同一柱面上的 各磁道被放滿信息后，再放到下一個柱面上。所以各磁盤的編號按柱面順序（從

4、 0號柱面開始），每個柱面按磁道順序，每個磁道又按扇區(qū)順序進(jìn)行排序 。3.2算法實(shí)現(xiàn)1. 先來先服務(wù)算法（FCFS先來先服務(wù)（FCFS調(diào)度：按先來后到次序服務(wù)，未作優(yōu)化。最簡單的移臂調(diào)度算法是“先來先服務(wù)”調(diào)度算法，這個算法實(shí)際上不考慮訪問 者要求訪問的物理位置，而只是考慮訪問者提出訪問請求的先后次序。例如，如 果現(xiàn)在讀寫磁頭正在50號柱面上執(zhí)行輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱 面為130、199、32、159、15、148、61、99,那么，當(dāng)50號柱面上的操作結(jié)束 后，移動臂將按請求的先后次序先移到 130號柱面，最后到達(dá)99號柱面。采用先來先服務(wù)算法決定等待訪問者執(zhí)行輸入輸出操作的次

5、序時，移動臂來回地移動。先來先服務(wù)算法花費(fèi)的尋找時間較長， 所以執(zhí)行輸入輸出操作的總時 間也很長。2. 短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF最短尋找時間優(yōu)先調(diào)度算法總是從等待訪問者中挑選尋找時間最短的那個 請求先執(zhí)行的，而不管訪問者到來的先后次序。現(xiàn)在仍利用同一個例子來討論， 現(xiàn)在當(dāng)50號柱面的操作結(jié)束后，應(yīng)該先處理 61號柱面的請求，然后到達(dá)32號 柱面執(zhí)行操作，隨后處理15號柱面請求，后繼操作的次序應(yīng)該是99、130、148、 159、199。采用最短尋找時間優(yōu)先算法決定等待訪問者執(zhí)行操作的次序時，讀寫磁頭總共移動了 200多個柱面的距離，與先來先服務(wù)、算法比較，大幅度地減少了尋找 時間，因而縮短

6、了為各訪問者請求服務(wù)的平均時間，也就提高了系統(tǒng)效率。 但最短查找時間優(yōu)先（SSTF調(diào)度，F(xiàn)CFS會引起讀寫頭在盤面上的大范圍移動， SSTF查找距離磁頭最短（也就是查找時間最短）的請求作為下一次服務(wù)的對象。 SSTF查找模式有高度局部化的傾向，會推遲一些請求的服務(wù)，甚至引起無限拖 延（又稱饑餓）。3. 掃描算法（SCANSCAN算法又稱電梯調(diào)度算法。SCAN算法是磁頭前進(jìn)方向上的最短查找時間 優(yōu)先算法，它排除了磁頭在盤面局部位置上的往復(fù)移動，SCAN算法在很大程度上消除了 SSTF算法的不公平性，但仍有利于對中間磁道的請求?！半娞菡{(diào)度”算法是從移動臂當(dāng)前位置開始沿著臂的移動方向去選擇離當(dāng)前 移

7、動臂最近的那個柱訪問者，如果沿臂的移動方向無請求訪問時，就改變臂的移 動方向再選擇。這好比乘電梯，如果電梯已向上運(yùn)動到4層時，依次有3位乘客 陳生、伍生、張生在等候乘電梯。他們的要求是：陳生在2層等待去10層；伍生在5層等待去底層；張生在8層等待15層。由于電梯目前運(yùn)動方向是向上， 所以電梯的形成是先把乘客張生從 8層帶到15層，然后電梯換成下行方向，把 乘客伍生從5層帶到底層，電梯最后再調(diào)換方向，把乘客陳生從2層送到10層。我們?nèi)杂们笆龅耐焕觼碛懻摬捎谩半娞菡{(diào)度”算法的情況。由于磁盤移 動臂的初始方向有兩個，而該算法是與移動臂方向有關(guān)，所以分成兩種情況來討 論。<1> .移動

8、臂由里向外移動開始時，在50號柱面執(zhí)行操作的讀寫磁頭的移動臂方向是由里向外，趨向32號柱面的位置，因此，當(dāng)訪問50號柱面的操作結(jié)束后，沿臂移動方向最近的 柱面是32號柱面。所以應(yīng)先為32號柱面的訪問者服務(wù)，然后是為 15號柱面的 訪問者服務(wù)。之后，由于在向外移方向已無訪問等待者，故改變移動臂的方向， 由外向里依次為各訪問者服務(wù)。在這種情況下為等待訪問者服務(wù)的次序是61、99、130、14 8、159、199。2.移動臂由外向里移動開始時，正在50號柱面執(zhí)行操作的讀寫磁頭的移動臂是由外向里（即向柱 面號增大的內(nèi)圈方向）趨向61號柱面的位置，因此，當(dāng)訪問50號柱面的操作結(jié) 束后，沿臂移動方向最近的

9、柱面是 61號柱面。所以，應(yīng)先為61號柱面服務(wù)，然 后按移動臂由外向里移動的方向，依次為 99、130、14 8、159、199柱面的訪問 者服務(wù)。當(dāng)201號柱面的操作結(jié)束后，向里移動的方向已經(jīng)無訪問等待者， 所以 改變移動臂的前進(jìn)方向，由里向外依次為 32、15柱面的訪問者服務(wù)?！半娞菡{(diào)度”與“最短尋找時間優(yōu)先”都是要盡量減少移動臂時所花的時間。 所不同的是：“最短尋找時間優(yōu)先”不考慮臂的移動方向，總是選擇離當(dāng)前讀寫 磁頭最近的那個柱面，這種選擇可能導(dǎo)致移動臂來回改變移動方向；“電梯調(diào)度” 是沿著臂的移動方向去選擇離當(dāng)前讀寫詞頭最近的哪個柱面的訪問者，僅當(dāng)沿移動臂的前進(jìn)移動方向無訪問等待者時

10、，才改變移動臂的前進(jìn)方向。由于移動臂改 變方向是機(jī)械動作，速度相對較慢，所以，電梯調(diào)度算法是一種簡單、使用且高 效的調(diào)度算法。但是，“電梯調(diào)度”算法在實(shí)現(xiàn)時，不僅要記住讀寫磁頭的當(dāng)前位置，還必 須記住移動臂的當(dāng)前前進(jìn)方向。4. 循環(huán)掃描算法（CSCAN單項掃描調(diào)度算法的基本思想是，不考慮訪問者等待的先后次序，總是從 0 號柱面開始向里道掃描，按照各自所要訪問的柱面位置的次序去選擇訪問者。在移動臂到達(dá)最后一個柱面后，立即快速返回到0號柱面，返回時不為任何的訪問 者等待服務(wù)。在返回到0號柱面后，再次進(jìn)行掃描。由于該例中已假定讀寫的當(dāng)前位置在 50號柱面，所以，指示了從50號柱面 繼續(xù)向里掃描，依次

11、為61、99、130、148、159、199各柱面的訪問者服務(wù)，此 時移動臂已經(jīng)是最內(nèi)的柱面，于是立即返回到0號柱面，重新掃描，依次為15、32號柱面的訪問者服務(wù)。除了 “先來先服務(wù)”調(diào)度算法外，其余三種調(diào)度算法都是根據(jù)欲訪問的柱面 位置來繼續(xù)調(diào)度的。在調(diào)度過程中可能有新的請求訪問者加入。在這些新的請求 訪問者加入時，如果讀寫已經(jīng)超過了它們所要訪問的柱面位置，則只能在以后的調(diào)度中被選擇執(zhí)行。在多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，在等待訪問磁盤的若干訪問者請求 中，可能要求訪問的柱面號相同，但在同一柱面上的不同磁道，或訪問同一柱面 中同一磁道上的不同扇區(qū)。所以，在進(jìn)行移動調(diào)度時，在按照某種短法把移動臂 定位到某

12、個柱面后，應(yīng)該在等待訪問這個柱面的各個訪問者的輸入輸出操作都完 成之后，再改變移動臂的位置。3.3.三個模塊之間的調(diào)用關(guān)系圖3.4實(shí)現(xiàn)代碼#i nclude<stdio.h>#in clude<math.h>void FCFS(i nt b,i nt n,i nt in it) /先來先服務(wù)int i,s,sum;int a20;for(i=0;i< n;i+)ai=bi;s=i nit;sum=0;for(i=0;i< n;i+)printf("第d次訪問的磁道:%dn",i+1,ai); sum+=abs(s-ai);s=ai;pri

13、ntf("平均尋道長度:%fn",sum*1.0/n);void SSTF(i nt b,i nt n,i nt k) /最短尋道法int i,j,s,sum=0,p;int a20;for(i=0;i< n;i+)ai=bi;for(i=n-1;i>=0;i-)s=a0;p=0;for(j=0;j<=i;j+)if(abs(aj-k)<abs(s-k)s=aj;p=j;ap=ai;printf("第£|次訪問的磁道:%dn",n-i,s); sum+=abs(s-k);k=s;printf("平均尋道長度:%

14、fn",sum*1.0/n);掃描算法void SCAN1(i nt b,i nt n,i nt k) /int i,j,s,sum=0,p,biaoji;int a20;for(i=0;i< n;i+)ai=bi;for(i=n-1;i>=0;i-)biaoji=0;for(j=0;j<=i;j+)if(aj-k<0)biaoji=1;P=j; break;if(biaoji=1)s=ap;for(j=0;j<=i;j+)if(aj<k&&k-aj<k-s)s=aj;P=j;ap=ai;printf("第d次訪問的

15、磁道：dn",n-i,s);sum+=k-s;k=s;elses=a0;for(j=0;j<=i;j+)if(aj-k<=s-k)s=aj;p=j;ap=ai;printf("第£|次訪問的磁道：dn",n-i,s); sum+=abs(k-s);k=s;printf(”平均尋道長度：fn",sum*1.0/n);void SCAN2(i nt b,i nt n,i nt k) /循環(huán)算法int i,j,s,sum=0,p,biaoji;int a20;for(i=0;i< n;i+)ai=bi;for(i=n-1;i>

16、=0;i-)biaoji=0;for(j=0;j<=i;j+)if(aj-k>0)biaoji=1;P=j; break;if(biaoji=1)s=ap;for(j=0;j<=i;j+)if(aj>k&&aj-k<s-k)s=aj;p=j;ap=ai;printf("第d次訪問的磁道：dn",n-i,s);sum+=s-k;k=s;elses=a0;for(j=0;j<=i;j+)if(k-aj<=k-s)s=aj;p=j;ap=ai;printf("第d次訪問的磁道：dn",n-i,s); s

17、um+=abs(k-s);k=s;printf("平均尋道長度：fn",sum*1.0/n);void C_SCAN(i nt b,i nt n,i nt k) /循環(huán)算法int i,j,s,sum=0,p,biaoji;int a20;for(i=0;i< n;i+)ai=bi;for(i=n-1;i>=0;i-)biaoji=0;for(j=0;j<=i;j+)if(aj-k>0)biaoji=1;p=j;break;if(biaoji=1)s=ap;for(j=0;j<=i;j+)if(aj>k&&aj-k<s

18、-k)s=aj;p=j;ap=ai;printf("第d次訪問的磁道:%dn",n-i,s);sum+=s-k;k=s;if(biaoji=0) break;s=a0;for(j=0;jv=i;j+)if(aj<=s)s=aj;P=j；ap=ai;printf("第d次訪問的磁道：dn",n-i,s); sum+=k-s;k=s;i-;for(;i>=0;i-)s=a0;for(j=0;j<=i;j+)if(aj-k<s-k)s=aj;P=j;ap=ai;printf("第£|次訪問的磁道:%dn",

19、n-i,s); sum+=s-k;k=s;printf("平均尋道長度：fn",sum*1.0/n); void mai n()int a20;int i,n ,k,k1,i nit;printf(”請輸入需要訪問的磁道總數(shù)：");sca nf("%d",&n);for(i=0;i< n;i+)printf("需要訪問的磁道%d:",i+1);scan f("%d",&ai);printf("請輸入指針?biāo)诖诺?");sca nf("%d",&

20、amp;init);k=1;while(k)printf("f*n");printf("$ 程倩磁盤調(diào)度 $n");printf("*1.先來先服務(wù)(FCFS) *n");printf("* 2.最短尋道時間優(yōu)先(SSTF) *n");printf("* 3.掃描算法(SCAN) *n");printf("* 4. 循環(huán)算法(C-SCAN) *n"); prin tf("* 0. 退出*n");printf("f*n");printf(

21、"&&&&&&&&&&&&謝謝使用 &&&&&&&&&&&&&&n"); printf(” 請在下面輸入您的選擇:");scan f("%d",&k);switch(k)case 1:FCFS(a, n,in it);break;case 2:SSTF(a ,n ,i nit);break;case 3:k1=1;while(k1)

22、printf("f*n");printf("# 程倩磁盤調(diào)度 #'n");prin tf("* 1.移動臂由里向外*n");prin tf("* 2.移動臂由外向里*n");prin tf("* 0.返回上一層*n");prin tf("請在下面輸入您的選擇："）；printf("f*n");printf("# 謝謝使用 #n");scan f("%d",&k1);switch(k1)case 1:S

23、CAN1(a, n,in it);break;case 2:SCAN2(a, n,in it);break; break;case 4:C_SCAN(a, n,in it);break;四. 運(yùn)行結(jié)果及分析H :憬原螂，磁盤調(diào)度模擬算法.exe-! x|>0<耳耳>00<M：耳 NKNXNKN 耳1您您您您您洼4 5S4:5:在留的的的的磁 厲問訶問問問入耳耳 >OO< K>OO< K>OO< moot XXNKM：耳 NKM：耳 NKNXNKN 耳 NKN 耳 NKNXN<rr -I" ffi尋道4間優(yōu)先<SS

24、TF>*2 毘耒先|K#<fcfs>*3.ruwrhiwruwrhiwruwrijwruw*M-MMKK4 _j<C-SCAN> Y<SCAN>MMMW0.退岀rf'LiwjHJwruwjHJwruwjHJWj 同 |-tJ- ruvuvuwruvuvuwruvuvuwruw穆在下面輸入您的選擇:2.最短尋道時間優(yōu)先® h：；攝原貽1磁盤調(diào)度模擬算法，豈E二Ig. 2drwrvrviruwruvwuYvruvwvwwrvWfH#NJfME 44:M 腳 CC-SCfiN> Yi<SCftN>nf%rr&rrwMrTvrwrwww«Lr色 | | rvFvwwxjmmr<wuwnr 佬苕rrh l冋J(rèn) 尋道時I可優(yōu)先佃£TF> *2.先.壬先服#<FCFS>*»3 J*«-從孔退tS津罟*3 0策弭弭弭KXKNJ（耳拭廉注魅図* 9 6 55泌1:雷道道* 彳幾- Lx* p Inp p 扌耳 愛次次次次寵12 3 4 5 -V 在 www 請您餐您您平3.先來先服務(wù)-|n| x|OOKrvfxrfu-fu-rvfxrru-fu-fvfxrfu-fu&#