操作系统课程设计磁盘调度算法.docx

1、操作系统课程设计磁盘调度算法前言摘要：本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，使磁盘调度的特点更简单明了，这里主要实现磁盘调度的四种算法，分别是：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。 启动磁盘执行输入输出操作时，要把移动臂移动到指定的柱面，再等待指定扇区的旋转到磁头位置下，然后让指定的磁头进展读写，完成信息传送；因此，执行一次输入输出所花的时间有： 寻找时间磁头在移动臂带动下移动到指定柱面所花的时间。 延迟时间指定扇区旋转到磁头下所需的时间。 传送时间由磁头进程读写完成信息传送的时

2、间，寻道时间指计算机在发出一个寻址命令，到相应目标数据被找到所需时间；其中传送信息所花的时间，是在硬件设计时固定的，而寻找时间和延迟时间是与信息在磁盘上的位置有关；然后设计出磁盘调度的设计方式，包括算法思路、步骤，以与要用到的主要数据结构、函数模块与其之间的调用关系等，并给出详细的算法设计，对编码进展了测试与分析。 最后进展个人总结与设计体会。关键词：最短寻道时间优先算法、扫描算法、总寻道长度.2. 课程设计任务与要求2.1 设计任务1.熟悉并掌握磁盘调度算法管理系统的设计方法，加强对所学各种调度算法与相应算法的特点了解。 2.掌握磁盘调度的根本概念，深刻体会各个算法的优缺点，以与算法间的相似

3、点。2.2 设计要求1)定义与算法相关的数据结构，如PCB、队列等；2）实现2种不同的调度算法可使用伪代码或流程图进展分析；3）算法执行完毕时，应给出总的寻道长度；4）磁道访问序列随机生成，且要满足一定的数量要求不少于100个；5系统实现必须提供一定的交互性，所需测试数据应当以文件形式提供或者由用户在测试过程中给出，不可将测试数据“写死在系统实现代码中；6必须给出足够的注释，注释量不得少于代码量的一半；7对于系统中所使用到的系统调用API函数，必须给出函数的定义原型、使用方法，参数较为复杂的，还应该给出参数的具体描述；3. 算法与数据结构3.1算法的总体思想流程总流程图 Y N Y N3.2

4、实现过程中用到的数据结构 1.最短寻道时间优先SSTF从100号磁道开始被访问的下一个磁道号移动距离磁道数5545583391918219072160701501038112184146图a SSTF调度算法示例图用冒泡法对磁道数组进展排序返回侧外侧扫描 图b SSTF算法流程示例图原磁道号随机组成的数组：cidao=55,58,39,18,90,160,150,38,184；排序后的数组=18,38,39,5,58,90,150,160,184；输入当前磁道号：now=100； 38 39 39 55 55 55 58 58 58 58 90 90 90 90 90now值:100 90 5

5、8 55 39 184 160 160 150 150 150 18 18 18 18 38 38 38 38 39 39 39 39 55 55 55 55 58 58 58 58 90 90 90 90 now值：18 150 160 184 图c SSTF算法队列示意图(按磁道访问顺序)2.扫描SCAN算法从100号磁道开始，向磁道号增加方向访问被访问的下一个磁道号移动距离磁道数1505016010184249094583255339163811820图d SCAN算法示例图原磁道号随机组成的数组：cidao=55,58,39,18,90,160,150,38,184；排序后的数组=18

6、,38,39,5,58,90,150,160,184；输入当前磁道号：now=100；选择磁道移动方向；以磁道号增加的方向移动为例： 55 58 58 90 90 90 184 184 184 184 160 160 160 160 160 150 150 150 150 150 150now值：100 150 160 184 90 58 18 38 38 39 39 39 55 55 55 58 58 58 90 90 90 184 184 184 160 160 160 150 150 150 now值:55 39 38 图e SCAN算法队列示意图按磁道访问顺序3.3 实现过程中用到的系

7、统调用系统模块调用关系图4. 程序设计与实现4.1 最短寻道时间优先算法SSTF模块now=cidao0 cidao0now=cidaom-14.1.2 程序说明算法分析优点：相较于先来先服务算法FCFS有更好的寻道性能，使每次的寻道时间最短。 缺点：易造成某个进程发生“饥饿现象。最短寻找时间优先调度算法总是从等待访问者中挑选寻找时间最短的那个请求先执行的，而不管访问者到来的先后次序。例如，如果现在读写磁头正在100号柱面上执行输出操作，而等待访问者依次要访问的柱面为55,58,39,18,90,160,150,38,184，那么，当100号柱面的操作完毕后，应该先处理90号柱面的请求，然后到

8、达58号柱面执行操作，随后处理55号柱面请求，后继操作的次序应该是39,38,18,150,160,184.采用最短寻找时间优先算法决定等待访问者执行操作的次序时，读写磁头总共移动多个柱面的距离，与先来先服务、算法比拟，大幅度地减少了寻找时间，具有更好的寻道性能，因而缩短了为各访问者请求服务的平均时间，也就提高了系统效率。但最短查找时间优先SSTF调度，FCFS会引起读写头在盘面上的大围移动，SSTF查找距离磁头最短也就是查找时间最短的请求作为下一次服务的对象。SSTF查找模式有高度局部化的倾向，会推迟一些请求的服务，甚至引起无限拖延又称饥饿。 算法流程：输入磁头初始磁道号，序列长度，磁道号序

9、列。选择磁盘调度算法最短寻道时间优先调度(SSTF)或扫描调度算法(SCAN)中的任意一个，假设选择SSTF，如此输出各进程被调度的顺序，并计算总的寻道长度和平均寻道长度，选择关闭如此完毕磁盘调度。4.1.3 程序关键代码for(i=0;im;i+)/*使用冒泡法按从小到大顺序排列*/for(j=i+1;jarrayj) temp=arrayi;arrayi=arrayj;arrayj=temp; if(arraym-1=0;i-) coutarrayi=now) /*假设当前磁道号小于请求序列中最小者，如此直接由向外依次给予各请求服务*/while(l=0)&(rm) /*当前磁道在请求序列

10、围*/ if(now-arrayl)=(arrayr-now) /*选择与当前磁道最近的请求给予服务*/ coutarrayl=0;j-) coutarrayj ; /*输出向扫描的序列*/for(j=r;jm;j+) /*磁头移动到最小号，如此改变方向向外扫描未扫描的磁道*/ coutarrayj ; /*输出向外扫描的序列*/ sum=now-2*array0+arraym-1; else/*选择移动臂方向向外，如此先向外扫描*/for(j=r;jm;j+) coutarrayj=0;j-) /*磁头移动到最大号，如此改变方向向扫描未扫描的磁道*/ coutarrayj ; sum=-no

11、w-array0+2*arraym-1; ave=(float)(sum)/(float)(m);4.3实验结果运行界面截图与相应代码1.主界面void display() coutnnnn Operating Systems Curriculum Designn; coutn ; coutn ; coutn 名称: 磁盘调度 ; coutn ; coutn 工具: Visual Studio 2010 ; coutn ; coutn 班级:1205 ; coutn ; coutn 施静 ; coutn ; coutn 学号：211214020 ; coutn ; coutn n; syste

12、m(pause); system(cls);2.前言 提示用户此程序实现的算法cout【载入完成】endlendl; cout 前言endlendl; cout 欢迎使用磁盘调度算法系统，本程序实现了常用的磁盘调度算法如下所示：nn; cout 最短寻道时间优先SSTF：最短寻道时间优先算法要求访问的磁盘与当前磁头所在的n; cout 磁盘距离最近，以使每次的寻道时间最短。nn; cout 扫描算法(SCAN)电梯调度：扫描算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离n; cout 更优先考虑的是磁头的当前移动方向。nn; system(pause); system(cls);/清屏3.用户选择

13、所使用的算法先随机生成101个磁道号void showMenu(int cidao,int n) int choice; while(true) cout请您选择喜欢的算法来实现调度(输入1-3):; coutn ; coutn ; coutn 1.最短寻道时间优先(SSTF) |; coutn ; coutn 2.扫描算法(SCAN) ; coutn ; coutn 3.退出(EXIT) ; coutn ; coutn n; coutendl; while(true) coutchoice; switch(choice) /*case 1: FCFS(a,n); break;*/ case

14、1: SSTF(cidao,n); break; case 2: SCAN(cidao,n); break; case 3: coutn要退出系统了欢迎使用本系统n; exit(0); 4.最短寻道时间优先算法/*最短寻道时间优先调度算法*/void SSTF(int cidao,int m) system(cls);int k=1;int now,l,r;int i,j,sum=0;int a;char str100;float ave; cidao=bubble(cidao,m); /调用冒泡排序算法排序 coutstr; /对输入数据进展有效性判断 a=decide(str);if(a=

15、0) cout输入数据的类型错误,请重新输入！endl;goto C; else now=trans(str,a); /输入当前磁道号if(cidaom-1=now) /假设当前磁道号大于请求序列中最大者，如此直接由外向依次给予各请求服务 cout=0;i-) coutcidaoi=now) /假设当前磁道号小于请求序列中最小者，如此直接由向外依次给予各请求服务 cout磁盘扫描序列为：;for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /假设当前磁道号大于请求序列中最小者且小于最大者 cout磁盘扫描序列为：;while(cidaok=0)&(rm)

16、/当前磁道在请求序列围 if(now-cidaol)=(cidaor-now) /选择与当前磁道最近的请求给予服务 coutcidaol ; sum+=now-cidaol; now=cidaol; l=l-1; else coutcidaor ; sum+=cidaor-now; now=cidaor; r=r+1; if(l=-1) /磁头移动到序列的最小号，返回外侧扫描仍未扫描的磁道 for(j=r;jm;j+) coutcidaoj=0;j-) coutcidaoj ; sum+=cidaom-1-cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m);/求平均寻道长度

17、 coutendl; cout总的寻道长度： sumendl; cout平均寻道长度： aveendl; cout请按任意键返回系统菜单endl; getch(); showMenu(cidao,m); /回到主界面最短寻道时间优先SSTF算法实现界面（2）扫描SCAN算法/*扫描调度算法*/void SCAN(int cidao,int n)/先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向int temp;int i,j;int now;int sum;for(i=0;in;i+) /给磁道号排序for(j=i+1;jcidaoj) temp=cidaoi; cidaoi=cidaoj; cidaoj

18、=temp; coutn按非递减顺序排列好的磁道: n;for(i=0;in;i+) /输出排好序的磁道号 coutcidaoi ;coutendl;coutnow; /用户自定义当前磁道号if(cidaon-1=0;i-) coutcidaoinowif(cidao0=now)for(i=0;in;i+) coutcidaoi ; sum=cidaon-1-now; else/cidao0now int pointer;int location=1;int left,right;while(cidaolocationnow) location+; left=location-1; right

19、=location; coutpointer; cout=0;j-) coutcidaoj ;for(j=right;jn;j+) coutcidaoj ; sum=now+cidaon-1-2*cidao0; coutendl; if(pointer=1)/磁头向右移动到最大号，再改变方向向扫描未扫描的磁道 for(j=right;jn;j+) coutcidaoj=0;j-) coutcidaoj ; sum=2*cidaon-1-now-cidao0;/求总寻道长度 coutendl; else coutn输入不合法!请输入0或1:n;goto loop; coutnn需要移动的总磁道数

20、为: sumendl; cout请按任意键返回系统菜单endl; getch(); showMenu(cidao,n); /回到主界面5. 结论 1用户界面友好，采用了选择菜单模式，用户只需按“回车键即可再现主界面；结构清晰，操作简单易懂，界面清爽整洁； 2控制变量比照，各磁盘调度算法均对同一组随机磁道号进展调度，但并不会改变随机磁道容，保证了平均寻道长度比照的真实性、有效性。 3各种算法都有优点，也各有不足，需要权衡利弊，使用才能达到最好的效果。6. 参考文献计算机操作系统(修订版)汤子瀛 电子科技大学操作系统教程方敏编 电子科技大学数据结构C+版 王红梅、胡明、王涛编著 清华大学7. 收获、体会和建议在做本次课程设计之前，对于磁盘调度，我完全没有概念。通过努力以与结合教师之前讲的容，我终于深刻理解了磁盘调度算法的涵。在研究自己所选的两种算法的同时，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都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教师和同学的帮助下顺利解决并通过了验收，我深刻认识到算法的逻辑性对程序的重要影