操作系统磁盘调度算法实验报告

目录一、课程设计目的.........................................................................................3二、课程设计要求.....................................................................................3三、课程设计原理.........................................................................................3四、程序代码......................................................................................................5五、流程图设计.............................................................................................11六、运行结果....................................................................................................14七、调试分析.................................................................................................16八、心得体会....................................................................................................16一、课程设计目的操作系统是最重要的计算机系统软件，同时也是最活跃的学科之一，发展极为迅速。我们在本课程的实验过程中，要了解实际操作系统的工作过程，加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，在实践过程中加深对操作系统原理的理解。通过设计一个磁盘调度模拟系统，以加深对先来先服务、最短寻道时间、电梯算法以及循环扫描算法等磁盘调度算法的理解。让我们更好地掌握操作系统中磁盘调度的原理及实现方法,增强动手能力。本实验通过对磁盘调度算法的实现，加深对算法的理解，同时通过用C++语言编写程序实现这些算法，并在windows平台上实现，也再一次提高了自己编程的能力，提高了综合运用专业课知识的能力。二、课程设计要求本设计的具体要求如下：1.模拟一个磁盘调度算法2.要求能够模拟FCFS、最短寻道时间、电梯算法等磁盘调度算法3.输入为一组作业的磁道请求4.输出为按选择的算法执行时的磁头移动轨迹三、课程设计原理1.各个算法分析（1）先来先服务算法（FCFS）这是一种最简单的磁盘调度算法。它根据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地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。但是此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。当有进程先后提出磁盘I/O请求时，先按他们发出请求的先后次序排队。然后依次给予服务。其平均寻道距离较大，故先来先服务算法仅适用于请求磁盘I/O进程数目较少的场合。（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，以使每次寻道时间最短。但这种算法不能保证平均寻道时间最短。有可能导致某个进程出现“饥饿”现象，因为只要不断有新进程请求到达，且其所要访问的磁道与磁头当前所在的磁道的距离较近，这种新进程的I/O请求必然优先满足。（3）扫描算法（SCAN）该算法不仅考虑到正欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象应该是其欲访问的磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，既要访问的磁道在当前位置内距离最近者，这样，磁头又逐步地从外向里移动，直至再无更里面的磁道要访问，从而避免了出现“饥饿”现象。由于在这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称之为电梯调度算法。（4）循环扫描算法（CSCAN）SCAN算法规定磁头单向移动，例如，只是自里向外移动，当磁头移动到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的欲访问的磁道，亦即将最小磁道号紧接着最大的磁道号构成循环，进行循环扫描。2.磁盘调度思想磁盘设备在工作时以恒定的速率旋转。为了读或写，磁头必须能移动到所要求的磁道上，并等待所要求的扇区开始位置旋转到磁头下，然后或开始读或写数据。故可把磁盘访问时间分成以下三部分。（1）寻道时间Ts这是把磁头移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即Ts=m*n+s其中，m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘，m=0.2；对于高速磁盘，m=0.1，磁臂的启动时间+约为2ms。这样，对于一般的温盘，对于一般的温盘，其寻道时间将随着寻道距离的增加而增大，大体上是5~30ms。（2）旋转延迟时间Tr这是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。不同的磁盘类型中，旋转速度至少相差一个数量级，如软盘为300r/min，硬盘一般为7200~15000r/min，甚至更高。对于磁盘旋转延迟时间而言，如硬盘，旋转速度为15000r/min，每转需时4ms，平均旋转延迟时间Tr为2ms；而软盘，其旋转速度为300r/min或600r/min，这样，平均Tr为50~100ms。（3）传输时间Tt这时指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。Tt的大小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关：Tt=b/(r*N)其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，T3与T2相同。因此，可将访问时间Ta表示为Ta=Ts+1/(2*r)+b/(r*N)由上式可以看出，在访问时间中，寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读/写数据的多少无关，而且它通常占据了访问时间中的大头。磁盘是可供多个进程共享的设备，当有多个进程都要求访问磁盘时，应采用一种最佳调度算法，以使各进程对磁盘的平均访问时间最小。由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。现在我们考虑平均寻道长度：所有磁道所需移动距离之和除以总的所需访问的磁道数，所以寻道长度决定了寻道时间，我们需要从上面的算法中选择最优者。四、程序代码下面给出部分重要的程序/*********************先来先服务调度算法**************************/voidFCFS(intcidao[],intm)//磁道号数组，磁道数为m{intnow;//当前所在磁道号intsum=0;//总寻道长度inti;intj;inta;charstr[max];floatave;//平均寻道长度cout磁盘请求序列为：;for(i=0;im;i++)//按先来先服务策略输出磁盘请求序列{coutcidao[i];}coutendl;cout请输入当前的磁道号：;BB:cinstr;//判断输入的数据是不是正确a=panduan(str);if(a==0){cout数据类型错误,请重新输入！endl;gotoBB;}elsenow=zhuanhuan(str,a);//当前磁道号sum+=abs(cidao[0]-now);cout磁盘扫描序列为：;for(i=0;im;i++)//输出磁盘扫描序列{coutcidao[i];}for(i=0,j=1;jm;i++,j++)//求总寻道长度和平均寻道长度{sum+=abs(cidao[j]-cidao[i]);ave=(float)(sum)/(float)(m);}coutendl;cout平均寻道长度：aveendl;}/**********************最短寻道时间优先调度算法********************/voidSSTF(intcidao[],intm){intk=1;intnow,l,r;inti,j,sum=0;inta;charstr[max];floatave;cidao=paixu(cidao,m);//调用排序算法排序cout请输入当前的磁道号：;CC:cinstr;//判断输入的数据是不是正确a=panduan(str);if(a==0){cout数据类型错误,请重新输入！endl;gotoCC;}elsenow=zhuanhuan(str,a);//输入当前磁道号if(cidao[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{cout磁盘扫描序列为：;for(i=m-1;i=0;i--)coutcidao[i];sum=now-cidao[0];}if(cidao[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{cout磁盘扫描序列为：;for(i=0;im;i++)coutcidao[i];sum=cidao[m-1]-now;}if(nowcidao[0]&&nowcidao[m-1])//若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(cidao[k]now)//确定当前磁道在排序后的磁道序列中的位置{k++;}l=k-1;r=k;while((l=0)&&(rm)){if((now-cidao[l])=(cidao[r]-now))//选择与当前磁道最近的请求给予服务{coutcidao[l];sum+=now-cidao[l];now=cidao[l];l=l-1;}else{coutcidao[r];sum+=cidao[r]-now;now=cidao[r];r=r+1;}}if(l==-1)//说明磁头已移动到序列的最小号，现返回外侧扫描仍未扫描的磁道{for(j=r;jm;j++){coutcidao[j];}sum+=cidao[m-1]-cidao[0];}else//说明磁头已移动到序列的最大号，现返回内侧扫描仍未扫描的磁道{for(j=l;j=0;j--){coutcidao[j];}sum+=cidao[m-1]-cidao[0];}}ave=(float)(sum)/(float)(m);coutendl;cout平均寻道长度：aveendl;}/*****************************电梯算法*******************************/voidSCAN(intcidao[],intm)//先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向{intk=1;intnow,l,r,d;inti,j,sum=0;inta;charstr[max];floatave;cidao=paixu(cidao,m);//调用排序算法排序cout请输入当前的磁道号：;DD:cinstr;//判断输入的数据是否正确a=panduan(str);if(a==0){cout数据类型错误,请重新输入！endl;gotoDD;}elsenow=zhuanhuan(str,a);//输入当前磁道号if(cidao[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{cout磁盘扫描序列为：;f