操作系统课程设计.docx
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操作系统课程设计
漳州师范学院
操作系统课程设计
磁盘调度算法的设计
姓名：
冯荔勇
学号：
090811225
系别：
计算机系
专业：
计算机科学与技术
年级：
09级
指导教师：
刘敏
2012年5月12日
一、课程设计项目介绍（含项目介绍及设计目的）
本次课程设计的目的是通过设计一个磁盘调度模拟系统，从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，能使使用者加深对先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、扫描算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解。
项目中算法包括：
先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）。
1、先来先服务算法（FCFS）
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、循环扫描算法（CSCAN）
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、总体设计（含系统的总体结构、原理框图或各模块介绍等）
模块调用关系图：
图1磁盘调度模拟
1先来先服务算法模块：
voidFCFS（intarray[],intm）
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模块：
voidSSTF（intarray[],intm）
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。
3扫描算法模块：
voidSCAN（intarray[],intm）
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循环扫描算法模块：
voidCSCAN（intarray[],intm）
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。
三、详细设计（含主要的数据结构、程序流程图、关键代码段及注释等）
本系统划分为四个模块：
先来先服务算法模块voidFCFS（intarray[],intm）、最短寻道时间优先算法模块voidSSTF（intarray[],intm）、扫描算法模块voidSCAN（intarray[],intm）和循环扫描算法模块：
voidCSCAN（intarray[],intm）
1先来先服务算法模块：
voidFCFS（intarray[],intm）
FCFS算法流程图:
如图2
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,j=1;j{
sum+=abs（array[j]-array[i]）;
ave=（float）（sum）/（float）（m）;
}
图2先来先服务算法流程图
2最短寻道时间优先算法模块：
voidSSTF（intarray[],intm）
SSTF算法流程图:
如图3
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。
主要代码：
for（i=0;ifor（j=i+1;j{
if（array[i]>array[j]）
{
temp=array[i];
array[i]=array[j];
array[j]=temp;
}
}
if（array[m-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*/
{
for（i=m-1;i>=0;i--）
cout<sum=now-array[0];
}
else
if（array[0]>=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*/
while（（l>=0）&&（r{
if（（now-array[l]）<=（array[r]-now））/*选择与当前磁道最近的请求给予服务*/
{
cout<sum+=now-array[l];
now=array[l];
l=l-1;
}
图3SSTF流程图
图4SCAN流程图
3扫描算法模块：
voidSCAN（intarray[],intm）
SCAN算法流程图：
如图4
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。
主要代码：
if（d==0）/*选择移动臂方向向内，则先向内扫描*/
{
for（j=l;j>=0;j--）
{
cout<}
for（j=r;j{
cout<}
sum=now-2*array[0]+array[m-1];
}
else/*选择移动臂方向向外，则先向外扫描*/
{
for（j=r;j{
cout<}
for（j=l;j>=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*/
{cout<}
sum=-now-array[0]+2*array[m-1];
}
}ave=（float）（sum）/（float）（m）;
4循环扫描算法模块：
voidCSCAN（intarray[],intm）
CSCAN算法流程图：
如图5
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：
if（array[m-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*/
{
for（i=0;icout<sum=now-2*array[0]+array[m-1];
}
else
if（array[0]>=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,此情况同最短寻道优先*/
{
for（i=0;icout<sum=array[m-1]-now;
}
for（j=0;j{
cout<}
sum=2*array[m-1]-now;
}
ave=（float）（sum）/（float）（m）;
图5循环扫描算法流程图
四、运行结果（含运行及测试结果和用户使用说明书）
1输入磁道序列（0结束）：
555839189016015038184，输出序列：
2选择先来先服务算法，得出结果：
3选择最短寻道时间优先算法，输入当前磁道号100，得出结果：
4选择扫描算法，输入当前磁道号100，选择向外移动，得出结果：
5选择扫描算法，输入当前磁道号100，选择向内移动，得出结果：
6选择循环扫描算法，输入当前磁道号100，得出结果：
7选择退出：
用户使用时请注意：
1、进入系统，用户根据提示依次输入磁道号，要结束时输入“0”，回车，输入磁盘号结束；
2、系统输出你输入的磁道序列，用户核对输入数据
3、系统显示系统算法菜单；
4、用户选择相应算法，回车；
5、系统要求输入当前磁道号，用户输入磁道号，回车；
6、系统输出磁头的扫描序列和平均寻道长度；
7、用户继续选择系统菜单中的算法；
8、当用户选择扫描算法时，需要输入磁道的寻道方向（1表示扫描磁道号大的方向，0表示扫描磁道号小的方向）；
五、课程设计小结与心得体会（不小于300字）
本系统具有很强的健壮性，当输入错误数据类型时，系统提示用户输入的数据类型错误，让用户重新输入，保证系统的稳定性，不会因为用户的误操作而致使系统瘫痪；虽然是在dos状态下，但是本系统界面还是设计的比较漂亮的，具有比较好的交互性；对于软件中的重用代码，设计成一个函数，实现代码重用。
本系统是在dos状态下进行编译执行的，没有图形化界面，可以设计出一个图形化界面，使用户操作更加简单，明了。
通过此次课程设计，我对操作系统的基础知识了解得更透彻了，同时对磁盘调度的四种算法——先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）有了更深刻的理解和掌握，使我能够为磁盘调度选择适当的算法，提高CPU工作效率。
设计过程中遇到的困难在老师和同学的帮助下顺利解决。
我深刻认识到算法的逻辑性对程序的重要影响，算法的准确度对程序运行结果的重要影响，这对我以后在操作系统的学习中有极大帮助。
六、成绩评定
指导老师评语：
成绩评定
指导老师签名：
年月日
优秀
良好
中等
及格
不及格
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