磁盘调度算法实验报告Word文档下载推荐.docx
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实验室名称地点
哈尔滨工程大学
一．实验概述：
1.实验名称：
2.实验目的：
1）通过学习EOS实现磁盘调度算法的机制，掌握磁盘调度算法执行的条件和时机；
2）观察EOS实现的FCFS、SSTF和SCAN磁盘调度算法，了解常用的磁盘调度算法；
3）编写CSCAN和N-Step-SCAN磁盘调度算法，加深对各种扫描算法的理解。
3.实验类型：
验证、设计
4.实验内容：
1）准备实验，创建一个EOSKernel项目；
2）验证先来先服务（FCFS）磁盘调度算法；
3）验证最短寻道时间优先（SSTF）磁盘调度算法；
4）验证SSTF算法造成的线程“饥饿现象”；
5）验证扫描（SCAN）磁盘调度算法；
6）改写SCAN算法；
7）编写循环扫描（CSCAN）磁盘调度算法；
8）验证SSTF、SCAN及CSCAN算法中的“磁臂粘着”现象；
9）编写N-Step-SCAN磁盘调度算法。
二．实验环境
操作系统：
windowsXP
编译器：
TevalatonOSLab
语言：
C
三．实验过程
1.设计思路和流程图：
SCAN算法流程图：
SSTF算法的流程图：
CSACN流程图：
有向内移动的线程？
YESNO
N-STEP-SCAN算法调度：
2.实验过程：
1）新建一个EOSKernel项目；
2）在sysproc.c文件中找到控制台命令“ds”对应的函数ConsoleCmdDiskSchedule。
“ds”命令专门用来测试磁盘调度算法。
阅读该函数中的源代码，目前该函数使磁头初始停留在磁道10，其它被阻塞的线程依次访问磁道8、21、9、78、0、41、10、67、12、10；
3）打开io/block.c文件，在第378行找到磁盘调度算法函数IopDiskSchedule。
阅读该函数中的源代码，目前此函数实现了FCFS磁盘调度算法，流程图如下：
4）生成项目，启动调试，待EOS启动完毕，在EOS控制台中输入命令“ds”后按回车；
在EOS控制台中会首先显示磁头的起始位置是10磁道，然后按照线程被阻塞的顺序依次显示线程的信息（包括线程ID和访问的磁道号）。
磁盘调度算法执行的过程中，在OSLab的“输出”窗口中也会首先显示磁头的起始位置，然后按照线程被唤醒的顺序依次显示线程信息（包括线程ID、访问的磁道号、磁头移动的距离和方向），并在磁盘调度结束后显示此次调度的统计信息（包括总寻道数、寻道次数和平均寻道数）。
对比EOS控制台和“输出”窗口中的内容，可以发现FCFS算法是根据线程访问磁盘的先后顺序进行调度的。
下图显示了本次调度执行时磁头移动的轨迹：
5）打开sstf.c文件，该文件提供的IopDiskSchedule函数实现了SSTF磁盘调度算法，其中应注意：
①变量Offset是有符号的长整型，用来表示磁头的偏移（包括距离和方向）。
Offset大于0时表示磁头向内移动（磁道号增加）；
小于0时表示磁头向外移动（磁道号减少）；
等于0时表示磁头没有移动。
而名称以“Distance”结尾的变量都是无符号长整型，只表示磁头移动的距离（无方向）。
所以在比较磁头的偏移和距离时，或者在将偏移赋值给距离时，都要取偏移的绝对值（调用C库函数abs）。
本实验在实现其它磁盘调度算法时也同样遵守此约定；
②在开始遍历之前，将最小距离（ShortestDistance）初始化为最大的无符号长整型数，这样，第一次计算的距离一定会小于最小距离，从而可以使用第一次计算的距离来再次初始化最小距离。
本实验在实现其它磁盘调度算法时也同样使用了此技巧。
6）生成项目，启动调试，待EOS启动完毕，在EOS控制台中输入命令“ds”后按回车；
对比EOS控制台和“输出”窗口中的内容（特别是线程ID的顺序），可以发现，SSTF算法唤醒线程的顺序与线程被阻塞的顺序是不同的。
图18-4显示了本次调度执行时磁头移动的轨迹。
对比SSTF算法与FCFS算法在“输出”窗口中的内容，可以看出，SSTF算法的平均寻道数明显低于FCFS算法。
7）验证SSTF算法造成的线程“饥饿现象”，使用SSTF算法时，如果不断有新线程要求访问磁盘，而且其所要访问的磁道与当前磁头所在磁道的距离较近，这些新线程的请求必然会被优先满足，而等待队列中一些老线程的请求就会被严重推迟，从而使老线程出现“饥饿”现象。
8）修改sysproc.c文件ConsoleCmdDiskSchedule函数中的源代码，仍然使磁头初始停留在磁道10，而让其它线程依次访问磁道78、21、9、8、11、41、10、67、12、10，生成项目，启动调试，待EOS启动完毕，在EOS控制台中输入命令“ds”后按回车；
查看“输出”窗口中显示的内容，可以发现，虽然访问78号磁道的线程的请求第一个被放入请求队列，但却被推迟到最后才被处理，出现了“饥饿”现象。
如果不断有新线程的请求到达并被优先满足，则访问78号磁道的线程的“饥饿”情况就会更加严重；
修改访问磁道顺序：
修改后执行“ds”命令的结果：
多次输入“ds”命令：
9）对SSTF算法稍加改进后可以形成SCAN算法，可防止老线程出现“饥饿”现象。
打开scan.c文件，该文件提供的IopDiskSchedule函数实现了SCAN磁盘调度算法。
其中应注意下面几点：
①在block.c文件中的第374行定义了一个布尔类型的全局变量ScanInside，用于表示扫描算法中磁头移动的方向。
该变量值为TRUE时表示磁头向内移动（磁道号增加）；
值为FALSE时表示磁头向外移动（磁道号减少）。
该变量初始化为TRUE，表示SCAN算法第一次执行时，磁头向内移动；
②在scan.c文件的IopDiskSchedule函数中使用了双重循环。
第一次遍历队列时，查找指定方向上移动距离最短的线程，如果在指定方向上已经没有线程，就变换方向，进行第二次遍历，同样是查找移动距离最短的线程。
在这两次遍历中一定能找到合适的线程。
10）使用scan.c文件中IopDiskSchedule函数的函数体，替换block.c文件中IopDiskSchedule函数的函数体，生成项目，启动调试，待EOS启动完毕，在EOS控制台中输入命令“ds”后按回车；
对比SCAN算法与SSTF算法在“输出”窗口中的内容，可以看出，SCAN算法的平均寻道数有可能小于SSTF算法，所以说SSTF算法不能保证平均寻道数最少。
11）改写SCAN算法，算法提示：
①在一次遍历中，不再关心当前磁头移动的方向，而是同时找到两个方向上移动距离最短的线程所对应的请求，这样就不再需要遍历两次；
②在计算出线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道的偏移后，可以将偏移分为三种类型：
偏移为0，表示线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道相同，此情况应该优先被调度，可立即返回该线程对应的请求的指针；
偏移大于0，记录向内移动距离最短的线程对应的请求；
偏移小于0，记录向外移动距离最短的线程对应的请求；
③循环结束后，根据当前磁头移动的方向选择同方向移动距离最短的线程，如果在同方向上没有线程，就变换方向，选择反方向移动距离最短的线程；
流程如下所示：
SCAN改写代码：
PREQUEST
IopDiskSchedule（
VOID
）{
PLIST_ENTRYpListEntry;
PREQUESTpRequest;
PREQUESTINpNextRequest=NULL;
PREQUESTOUTpNextRequest=NULL;
LONGOffset;
ULONGInsideShortestDistance=0xFFFFFFFF;
ULONGOutsideShortestDistance=0xFFFFFFFF;
PREQUESTpNextRequest=NULL;
//需要遍历请求队列一次或两次
for（pListEntry=RequestListHead.Next;
//请求队列中的第一个请求是链表头指向的下一个请求。
pListEntry!
=&
RequestListHead;
//遍历到请求队列头时结束循环。
pListEntry=pListEntry->
Next）{
//根据链表项获得请求的指针
pRequest=CONTAINING_RECORD（pListEntry,REQUEST,ListEntry）;
//计算请求对应的线程所访问的磁道与当前磁头所在磁道的偏移（方向由正负表示）
Offset=pRequest->
Cylinder-CurrentCylinder;
if（0==Offset）{
//如果线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道相同，可立即返回。
pNextRequest=pRequest;
gotoRETURN;
}elseif（Offset<
InsideShortestDistance&
&
Offset>
0）{
//记录向内移动距离最短的线程
InsideShortestDistance=Offset;
INpNextRequest=pRequest;
}elseif（-Offset<
OutsideShortestDistance&
Offset<
//记录向外移动距离最短的线程
OutsideShortestDistance=-Offset;
OUTpNextRequest=pRequest;
}
}
//判断磁头移动方向，若向内移动
if（ScanInside）{
//判断是否有向内移动的线程
if（INpNextRequest）{
//有则原则该进程
returnINpNextRequest;
else{
//没有则修改磁头方向，选择向外移动距离最短的线程
ScanInside=!
ScanInside;
returnOUTpNextRequest;
//如果向外移动
//判断是否有向外移动的线程
if（OUTpNextRequest）{
//有则选择该进程
//没有则修改磁头的方向，选择向内移动距离最短的线程
ScanInside=!
RETURN:
returnpNextRequest;
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