模拟电梯调度算法实现对磁盘的驱动调度.docx

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模拟电梯调度算法实现对磁盘的驱动调度

模拟电梯调度算法-实现对磁盘的驱动调度。

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操作系统实验

（第三次）

一、实验内容

模拟电梯调度算法，实现对磁盘的驱动调度。

二、实验目的

磁盘是一种高速、大容量、旋转型、可直接存取的存储设备。

它作为计算机系统的辅

助存储器，担负着繁重的输入输出任务、在多道程序设计系统中，往往同时会有若干个要求

访问磁盘的输入输出请求等待处理。

系统可采用一种策略，尽可能按最佳次序执行要求访问

磁盘的诸输入输出请求。

这就叫驱动调度，使用的算法称为驱动调度算法。

驱动调度能降低

为若干个输入输出请求服务所需的总时间，从而提高系统效率。

本实验要求学生模拟设计一

个驱动调度程序，观察驱动调度程序的动态运行过程。

通过实验使学生理解和掌握驱动调度

的职能。

3、实验题目

模拟电梯调度算法，对磁盘进行移臂和旋转调度。

[提示]：

（1）磁盘是可供多个进程共享的存储设备，但一个磁盘每时刻只能为一个进程服务。

当有进程在访问某个磁盘时，其他想访问该磁盘的进程必须等待，直到磁盘一次工作结束。

当有多个进程提出输入输出要求而处于等待状态时，可用电梯调度算法从若干个等待访问者

中选择一个进程，让它访问磁盘。

选择访问者的工作由“驱动调度”进程来完成。

由于磁盘与处理器是可以并行工作的、所以当磁盘在作为一个进程服务时，占有处理

器的另一进程可以提出使用磁盘的要求，也就是说，系统能动态地接收新的输入输出请求。

为了模拟这种情况，在本实验中设置了一个“接收请求”进程。

“驱动调度”进程和“接收请求”进程能否占有处理器运行，取决于磁盘的结束中断信

号和处理器调度策略。

在实验中可用随机数来模拟确定这两个进程的运行顺序，以代替中断

4、处理和处理器调度选择的过程。

因而，程序的结构可参考图3—1

（2）“接收请求”进程建立一张“请求I/O”表，指出访问磁盘的进程要求访问的物理

地址，表的格式为：

假定某个磁盘组共有200个柱面，由外向里顺序编号（0—199），每个柱面上有20个

磁道，编号为0—19，每个磁道分成8个物理记录，编号0—7。

进程访问磁盘的物理地址

可以用键盘输入的方法模拟得到。

图3—2是“接收请求”进程的模拟算法。

在实际的系统中必须把等待访问磁盘的进程排入等待列队，由于本实验模拟驱动调

度，为简单起见，在实验中可免去队列管理部分，故设计程序时可不考虑“进程排入等待队

列”的工作。

（3）“驱动调度”进程的功能是查“请求I/O”表，当有等待访问磁盘的进程时，按

电梯调度算法从中选择一个等待访问者，按该进程指定的磁盘物理地址启动磁盘为其服务。

对移动臂磁盘来说，驱动调度分移臂调度和旋转调度。

电梯调度算法的调度策略是与

移动臂的移动方向和移动臂的当前位子有关的，所以每次启动磁盘时都应登记移动臂方向和

当前位子。

电梯调度算法是一种简单而实用的驱动调度方法，这种调度策略总是优先选择与

当前柱面号相同的访问请求，从这些请求中再选择一个能使旋转距离最短的等待访问者。

如

果没有与当前柱面号相同的访问请求，则根据移臂方向来选择，每次总是沿臂移动方向选择

一个与当前柱面号最近的访问请求，若沿这个方向没有访问请求时，就改变臂的移动方向。

这种调度策略能使移动臂的移动频率极小，从而提高系统效率。

用电梯调度算法实现驱动调

度的模拟算法如图3－3。

（4）图3－1中的初始化工作包括，初始化“请求I/O”表，置当前移臂方向为里移；

置当前位置为0号柱面，0号物理记录。

程序运行前可假定“请求I/O”表中已经有如干个

进程等待访问磁盘。

在模拟实验中，当选中一个进程可以访问磁盘时，并不实际地启动磁盘，而用显示：

“请

求I/O”表；当前移臂方向；当前柱面号，物理记录号来代替图3－3中的“启动磁盘”这

项工作。

（1）程序中使用的数据结构及其说明。

constintPCB=100;//定义100个进程

intpcbs_num=0;//记录当前io表的进程个数

typedefstructprocess//请求io表

{

charpname[10];//进程名

intCylinder;//柱面号

intTrack;//磁道号

intRecord;//物理记录号

intWay;

}PROCESS;

PROCESSpcbs[PCB];

PROCESSa;//记录当前位置（柱面号、物理记录号）采用带头节点的循环链表存

（2）打印一份源程序并附上注释。

（3）#include

（4）#include

（5）#include

（6）#include

（7）#include

（8）usingnamespacestd;

（9）constintPCB=100;//定义100个进程

（10）intpcbs_num=0;//记录当前io表的进程个数

（11）typedefstructprocess//请求io表

（12）{

（13）charpname[10];//进程名

（14）intCylinder;//柱面号

（15）intTrack;//磁道号

（16）intRecord;//物理记录号

（17）intWay;

（18）}PROCESS;

（19）PROCESSpcbs[PCB];

（20）PROCESSa;

（21）voidinit_a（）//设置当前位置

（22）{

（23）a.Cylinder=4;

（24）a.Track=0;

（25）a.Record=0;

（26）}

（27）intcount_PN（）//记录进程总数

（28）{

（29）inti;

（30）for（i=0;pcbs[i].Cylinder!

=NULL;i++）

（31）{

（32）}

（33）cout<

（34）returni;

（35）}

（36）voidaccept（）//接受请求模拟算法

（37）{

（38）cout<<"输入进程名和物理地址（柱面号，磁道号，物理记录号）"<

（39）cin>>pcbs[pcbs_num].pname>>pcbs[pcbs_num].Cylinder>>pcbs[pcbs_num].Track>>pcbs[pcbs_num].Record;

（40）pcbs_num++;

（41）}

（42）intCylinder_e（）//判断柱面号相等

（43）{

（44）for（inti=0;i

（45）{

（46）if（pcbs[i].Cylinder==a.Cylinder）

（47）returni;

（48）}

（49）return0;

（50）}

（51）intCylinder_near（intcylinder,intrecord）////选择当前柱面号的访问者中物理块号最近的

（52）{

（53）intt=8,a,k;

（54）for（inti=0;i

（55）{

（56）if（pcbs[i].Cylinder==cylinder）

（57）{

（58）a=pcbs[i].Record-record;

（59）if（a<0）{a=a+8;}

（60）if（a

（61）{

（62）t=a;k=i;

（63）}

（64）}

（65）}

（66）returnk;

（67）}

（68）intCylinder_max（intcylinder）//选择比当前柱面号大的请求中柱面号最小的

（69）{

（70）intnum,t=199,i,a=0,b=0;

（71）for（i=0;i

（72）{

（73）if（（abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder））cylinder）

（74）{

（75）t=abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder）;

（76）}

（77）}num=cylinder+t;//选择的柱面号

（78）t=8;//物理块号最大相差7

（79）for（i=0;i

（80）{

（81）if（pcbs[i].Cylinder==num&&pcbs[i].Record

（82）{

（83）t=pcbs[i].Record;a=i;

（84）}

（85）}

（86）returna;

（87）}

（88）intCylinder_max1（intcylinder）

（89）{

（90）intt=199,i,b=0,c=0;

（91）for（i=0;i

（92）{

（93）if（（abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder））>b&&pcbs[i].Cylinder>cylinder）

（94）{

（95）b=abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder）;

（96）}

（97）}

（98）returnb;

（99）}

（100）intCylinder_min（intcylinder）//选择比当前柱面号小的请求中柱面号最大的

（101）{

（102）intnum,t=199,i,a=0;for（i=0;i

（103）{

（104）if（（abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder））

（105）{

（106）t=abs（pcbs[i].Cylinder-cylinder）;

（107）}

（108）}

（109）num=cylinder-t;t=8;//物理块号相差最大为7

（110）for（i=0;i

（111）{

（112）if（pcbs[i].Cylinder==num&&pcbs[i].Record

（113）{

（114）t=pcbs[i].Record;a=i;

（115）}

（116）}

（117）returna;//返回柱面号小的请求中柱面号最大的下标

（118）}

（119）voiddelete_scan（intx）

（120）{

（121）for（inti=x;i

（122）pcbs[i]=pcbs[i+1];pcbs_num--;

（123）}

（124）voidprint_io（）//打印请求io表

（125）{

（126）cout<<"输出请求i/o表：

"<

（127）cout<<"进程名"<<"柱面号"<<"磁道号"<<"物理记录号"<

（128）for（inti=0;i

（129）{

（130）cout<

（131）}

（132）}

（133）voidprint_scan（boolx）

（134）{

（135）cout<<"选中的：

"<

（136）}

（137）intSCAN（）//驱动调度电梯调度模拟算法

（138）{

（139）print_io（）;//打印io表

（140）intscan;

（141）intscan1;//scan为选择的进程的编号

（142）boolway=1;//方向0=out1=in

（143）if（a.Cylinder==NULL）

（144）{

（145）init_a（）;

（146）}

（147）if（pcbs_num==0）

（148）{

（149）cout<<"无等待访问者"<

（150）}

（151）else

（152）{

（153）if（pcbs[Cylinder_e（）].Cylinder==a.Cylinder）//选择能使旋转距离最短的访问者

（154）{

（155）scan=Cylinder_near（a.Cylinder,a.Record）;//选择当前柱面号的访问者中最近的

（156）if（pcbs[scan].Cylinder

（157）{

（158）way=0;

（159）}

（160）elseway=1;

（161）}

（162）else

（163）{

（164）if（way==1）

（165）{

（166）scan=Cylinder_max（a.Cylinder）;//选择比当前柱面号大的请求中物理块号最小的

（167）scan1=Cylinder_max1（a.Cylinder）;

（168）if（scan==scan1）

（169）{

（170）scan=Cylinder_min（a.Cylinder）;//选择比当前柱面号小的请求中物理块号最大的

（171）way=0;

（172）}

（173）}

（174）else

（175）{

（176）scan=Cylinder_min（a.Cylinder）;

（177）if（scan==0）

（178）{

（179）scan=Cylinder_max（a.Cylinder）;

（180）way=1;

（181）}

（182）}

（183）}a=pcbs[scan];

（184）delete_scan（scan）;//删除pcbs[scan]

（185）print_scan（way）;//打印

（186）return1;

（187）}

（188）}

（189）voidwork（）//初始化

（190）{

（191）floatn;chary='y';while（y=='y'||y=='Y'）

（192）{

（193）cout<<"输入在[0，1]区间内的一个随机数"<

（194）cin>>n;

（195）if（n>0.5）

（196）{

（197）SCAN（）;//驱动调度

（198）}

（199）else

（200）{

（201）accept（）;//接受请求

（202）}

（203）cout<<"继续？

（y/n）"<

（204）cin>>y;

（205）}

（206）}

（207）voidmain（）

（208）{

（209）work（）;

（210）}

（4）打印驱动调度进程每次选择访问请求前的“请求I/O”表以及每次选中的进程名、

访问的柱面号、物理记录号和当前移臂方向（用up代表里移，down代表外移