操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)---磁盤調(diào)度報(bào)告

1、<p><b>　　題 目：磁盤調(diào)度</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)完《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，通過課程設(shè)計(jì)，我們更好地掌握操作系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)方法,加深對(duì)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和重要算法的理解，加強(qiáng)了動(dòng)手能力。</p><p>&l

2、t;b>　　課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</b></p><p>　　編程序?qū)崿F(xiàn)下述磁盤調(diào)度算法,并求出每種算法的平均尋道長(zhǎng)度，要求設(shè)計(jì)主界面以靈活選擇某算法，且以下算法都要實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　1、先來先服務(wù)算法（FCFS）</p><p>　　2、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法（SSTF）</p><p>　　3、掃描算法（SCAN）

3、</p><p>　　4、循環(huán)掃描算法（CSCAN）</p><p><b>　　三．算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.1算法的總體思想</p><p>　　設(shè)備的動(dòng)態(tài)分配算法與進(jìn)程調(diào)度相似，也是基于一定的分配策略的。常用的分配策略有先請(qǐng)求先分配、優(yōu)先級(jí)高者先分配等策略。在多道程序系統(tǒng)中，低效率通常是由于磁

4、盤類旋轉(zhuǎn)設(shè)備使用不當(dāng)造成的。操作系統(tǒng)中，對(duì)磁盤的訪問要求來自多方面，常常需要排隊(duì)。這時(shí)，對(duì)眾多的訪問要求按一定的次序響應(yīng)，會(huì)直接影響磁盤的工作效率，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。訪問磁盤的時(shí)間因子由3部分構(gòu)成，它們是查找（查找磁道）時(shí)間、等待（旋轉(zhuǎn)等待扇區(qū)）時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，其中查找時(shí)間是決定因素。因此，磁盤調(diào)度算法先考慮優(yōu)化查找策略，需要時(shí)再優(yōu)化旋轉(zhuǎn)等待策略。</p><p>　　平均尋道長(zhǎng)度（L）為所有磁道所需移動(dòng)距

5、離之和除以總的所需訪問的磁道數(shù)（N），即：</p><p>　　L=（M1+M2+……+Mi+……+MN）/N</p><p>　　其中Mi為所需訪問的磁道號(hào)所需移動(dòng)的磁道數(shù)。</p><p>　　啟動(dòng)磁盤執(zhí)行輸入輸出操作時(shí)，要把移動(dòng)臂移動(dòng)到指定的柱面，再等待指定扇區(qū)的旋轉(zhuǎn)到磁頭位置下，然后讓指定的磁頭進(jìn)行讀寫，完成信息傳送。因此，執(zhí)行一次輸入輸出所花的時(shí)間有：&l

6、t;/p><p>　　尋找時(shí)間——磁頭在移動(dòng)臂帶動(dòng)下移動(dòng)到指定柱面所花的時(shí)間。</p><p>　　延遲時(shí)間——指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需的時(shí)間。</p><p>　　傳送時(shí)間——由磁頭進(jìn)程讀寫完成信息傳送的時(shí)間。</p><p>　　其中傳送信息所花的時(shí)間，是在硬件設(shè)計(jì)就固定的。而尋找時(shí)間和延遲時(shí)間是與信息在磁盤上的位置有關(guān)。</p>

7、<p>　　為了減少移動(dòng)臂進(jìn)行移動(dòng)花費(fèi)的時(shí)間，每個(gè)文件的信息不是按盤面上的磁道順序存放滿一個(gè)盤面后，再放到下一個(gè)盤面上。而是按柱面存放，同一柱面上的各磁道被放滿信息后，再放到下一個(gè)柱面上。所以各磁盤的編號(hào)按柱面順序（從0號(hào)柱面開始），每個(gè)柱面按磁道順序，每個(gè)磁道又按扇區(qū)順序進(jìn)行排序。</p><p><b>　　3.2算法實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　

8、　1.先來先服務(wù)算法（FCFS）</p><p>　　先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度:按先來后到次序服務(wù)，未作優(yōu)化。</p><p>　　最簡(jiǎn)單的移臂調(diào)度算法是“先來先服務(wù)”調(diào)度算法，這個(gè)算法實(shí)際上不考慮訪問者要求訪問的物理位置，而只是考慮訪問者提出訪問請(qǐng)求的先后次序。例如，如果現(xiàn)在讀寫磁頭正在100號(hào)柱面上執(zhí)行輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為55,58,39,18,90,160,15

9、0,38,184那么，當(dāng)100號(hào)柱面上的操作結(jié)束后，移動(dòng)臂將按請(qǐng)求的先后次序先移到55號(hào)柱面，最后到達(dá)184號(hào)柱面。</p><p>　　采用先來先服務(wù)算法決定等待訪問者執(zhí)行輸入輸出操作的次序時(shí)，移動(dòng)臂來回地移動(dòng)。先來先服務(wù)算法花費(fèi)的尋找時(shí)間較長(zhǎng)，所以執(zhí)行輸入輸出操作的總時(shí)間也很長(zhǎng)。</p><p>　　void FCFS(int a[],int begin,int len)</p&

10、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　int b[100],i;</p><p>　　for(i=0;i<len;i++) b[i]=a[i];</p><p>　　double sum=0,avg;</p><p>　　for(i=0;i<len;i++)</p>

11、;<p><b>　　{</b></p><p>　　sum+=abs(begin-b[i]);</p><p>　　cout<<"第"<<i+1<<"次訪問的磁道是："<<b[i]<<endl;</p><p>　　begin=b

12、[i];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<"平均尋道長(zhǎng)度："<<sum*1.0/len<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.短尋道時(shí)間優(yōu)先算法（SSTF）<

13、/p><p>　　最短尋找時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法總是從等待訪問者中挑選尋找時(shí)間最短的那個(gè)請(qǐng)求先執(zhí)行的，而不管訪問者到來的先后次序?，F(xiàn)在仍利用同一個(gè)例子來討論，現(xiàn)在當(dāng)100號(hào)柱面的操作結(jié)束后，應(yīng)該先處理90號(hào)柱面的請(qǐng)求，然后到達(dá)58號(hào)柱面執(zhí)行操作，隨后處理55號(hào)柱面請(qǐng)求，后繼操作的次序應(yīng)該是39,38,18,150,160,184.采用最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法決定等待訪問者執(zhí)行操作的次序時(shí)，讀寫磁頭總共移動(dòng)多個(gè)柱面的距離，與先來

14、先服務(wù)、算法比較，大幅度地減少了尋找時(shí)間，因而縮短了為各訪問者請(qǐng)求服務(wù)的平均時(shí)間，也就提高了系統(tǒng)效率。</p><p>　　但最短查找時(shí)間優(yōu)先（SSTF）調(diào)度，F(xiàn)CFS會(huì)引起讀寫頭在盤面上的大范圍移動(dòng)，SSTF查找距離磁頭最短（也就是查找時(shí)間最短）的請(qǐng)求作為下一次服務(wù)的對(duì)象。SSTF查找模式有高度局部化的傾向，會(huì)推遲一些請(qǐng)求的服務(wù)，甚至引起無限拖延（又稱饑餓）。</p><p>　　voi

15、d SSTF(int a[],int begin,int len)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,j,p,min,q,b[100];</p><p>　　for(i=0;i<len;i++) b[i]=a[i];</p><p>　　sort(b,b+len);</p

16、><p>　　double sum=0,avg;</p><p>　　for(i=0;i<len;i++){ flag[i]=1;}</p><p><b>　　p=begin;</b></p><p>　　for(i=0;i<len;i++)</p><p><b>　　{&l

17、t;/b></p><p><b>　　min=1000;</b></p><p>　　for(j=0;j<len;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(flag[j])</p><p><b>　　{</b&

18、gt;</p><p>　　if(abs(b[j]-p)<min)</p><p>　　{q=j;min=abs(b[j]-p);}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　flag[q]=0;</p&g

19、t;<p><b>　　sum+=min;</b></p><p><b>　　p=b[q];</b></p><p>　　cout<<"第"<<i+1<<"次訪問的磁道是："<<p<<endl; </p><p&

20、gt;<b>　　}</b></p><p>　　cout<<"平均尋道長(zhǎng)度："<<sum*1.0/len<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.掃描算法（SCAN）</p><p>　　SCAN 算法又

21、稱電梯調(diào)度算法。SCAN算法是磁頭前進(jìn)方向上的最短查找時(shí)間優(yōu)先算法，它排除了磁頭在盤面局部位置上的往復(fù)移動(dòng)，SCAN算法在很大程度上消除了SSTF算法的不公平性，但仍有利于對(duì)中間磁道的請(qǐng)求。</p><p>　　“電梯調(diào)度”算法是從移動(dòng)臂當(dāng)前位置開始沿著臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前移動(dòng)臂最近的那個(gè)柱訪問者，如果沿臂的移動(dòng)方向無請(qǐng)求訪問時(shí)，就改變臂的移動(dòng)方向再選擇。這好比乘電梯，如果電梯已向上運(yùn)動(dòng)到4層時(shí)，依次有3位乘

22、客陳生、伍生、張生在等候乘電梯。他們的要求是：陳生在2層等待去10層；伍生在5層等待去底層；張生在8層等待15層。由于電梯目前運(yùn)動(dòng)方向是向上，所以電梯的形成是先把乘客張生從8層帶到15層，然后電梯換成下行方向，把乘客伍生從5層帶到底層，電梯最后再調(diào)換方向，把乘客陳生從2層送到10層。</p><p>　　我們?nèi)杂们笆龅耐焕觼碛懻摬捎谩半娞菡{(diào)度”算法的情況。由于磁盤移動(dòng)臂的初始方向有兩個(gè)，而該算法是與移動(dòng)臂方向

23、有關(guān)，所以分成兩種情況來討論。</p><p>　　〈1〉.移動(dòng)臂由里向外移動(dòng)</p><p>　　開始時(shí)，，在100號(hào)柱面執(zhí)行操作的讀寫磁頭的移動(dòng)臂方向是由里向外，趨向32號(hào)柱面的位置，因此，當(dāng)訪問100號(hào)柱面的操作結(jié)束后，沿臂移動(dòng)方向最近的柱面是150號(hào)柱面。所以應(yīng)先為150號(hào)柱面的訪問者服務(wù)，然后是為160號(hào)柱面的訪問者服務(wù)。之后，由于在向外移方向已無訪問等待者，故改變移動(dòng)臂的方向，

24、由外向里依次為各訪問者服務(wù)。在這種情況下為等待訪問者服務(wù)的次序是184,90,58,55,39,38,18。</p><p>　　〈2〉.移動(dòng)臂由外向里移動(dòng)</p><p>　　開始時(shí)，正在100號(hào)柱面執(zhí)行操作的讀寫磁頭的移動(dòng)臂是由外向里（即向柱面號(hào)增大的內(nèi)圈方向）趨向90號(hào)柱面的位置，因此，當(dāng)訪問90號(hào)柱面的操作結(jié)束后，沿臂移動(dòng)方向最近的柱面是58號(hào)柱面。所以，應(yīng)先為58號(hào)柱面服務(wù)，然后

25、按移動(dòng)臂由外向里移動(dòng)的方向，依次為55,39,38,18柱面的訪問者服務(wù)。當(dāng)18號(hào)柱面的操作結(jié)束后，向里移動(dòng)的方向已經(jīng)無訪問等待者，所以改變移動(dòng)臂的前進(jìn)方向，由里向外依次為150,160,184柱面的訪問者服務(wù)。</p><p>　　“電梯調(diào)度”與“最短尋找時(shí)間優(yōu)先”都是要盡量減少移動(dòng)臂時(shí)所花的時(shí)間。所不同的是：“最短尋找時(shí)間優(yōu)先”不考慮臂的移動(dòng)方向，總是選擇離當(dāng)前讀寫磁頭最近的那個(gè)柱面，這種選擇可能導(dǎo)致移動(dòng)臂來

26、回改變移動(dòng)方向；“電梯調(diào)度”是沿著臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前讀寫詞頭最近的哪個(gè)柱面的訪問者，僅當(dāng)沿移動(dòng)臂的前進(jìn)移動(dòng)方向無訪問等待者時(shí)，才改變移動(dòng)臂的前進(jìn)方向。由于移動(dòng)臂改變方向是機(jī)械動(dòng)作，速度相對(duì)較慢，所以，電梯調(diào)度算法是一種簡(jiǎn)單、使用且高效的調(diào)度算法。</p><p>　　但是，“電梯調(diào)度”算法在實(shí)現(xiàn)時(shí)，不僅要記住讀寫磁頭的當(dāng)前位置，還必須記住移動(dòng)臂的當(dāng)前前進(jìn)方向。</p><p>　　v

27、oid SCAN(int a[],int begin,int len,int dir)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,j,k,t,b[100];</p><p>　　for(i=0;i<len;i++) b[i]=a[i];</p><p>　　sort(b,b+len);

28、</p><p>　　double sum=0;</p><p>　　if(dir==1){</p><p>　　for(i=0;i<len;i++)</p><p>　　if(b[i]>begin)</p><p>　　{k=i; break;}</p><p><b>

29、　　t=1;</b></p><p>　　for(i=k;i<len;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sum+=abs(b[i]-begin);</p><p>　　begin=b[i];</p><p>　　cout<<&quo

30、t;第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=k-1;i>=0;i--)</p><p><b>　　{</b></p><

31、p>　　sum+=abs(b[i]-begin);</p><p>　　begin=b[i];</p><p>　　cout<<"第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b><

32、;/p><p>　　cout<<"平均尋道時(shí)間："<<sum*1.0/len<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(dir==2){</p><p><b>　　t=1;</b></p>

33、;<p>　　for(i=len-1;i>=0;i--)</p><p>　　if(b[i]<begin){k=i;break;}</p><p>　　for(i=k;i>=0;i--)</p><p>　　{sum+=abs(b[i]-begin);begin=b[i];</p><p>　　cout<

34、<"第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=k+1;i<len;i++)</p><p>　　{ sum+=b[i];begin=b[i];<

35、/p><p>　　cout<<"第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<"平均尋道時(shí)間："<<sum*1.0

36、/len<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.循環(huán)掃描算法（CSCAN）</p><p>　　單項(xiàng)掃描調(diào)度算法的基本思想是，不考慮訪問者等待的先后次序，總是從0號(hào)柱面開始向里道掃描，按照各自所要訪問的柱面位

37、置的次序去選擇訪問者。在移動(dòng)臂到達(dá)最后一個(gè)柱面后，立即快速返回到0號(hào)柱面，返回時(shí)不為任何的訪問者等待服務(wù)。在返回到0號(hào)柱面后，再次進(jìn)行掃描。</p><p>　　由于該例中已假定讀寫的當(dāng)前位置在100號(hào)柱面，所以，指示了從100號(hào)柱面繼續(xù)向里掃描，依次為150,160,184各柱面的訪問者服務(wù)，此時(shí)移動(dòng)臂已經(jīng)是最內(nèi)的柱面，于是立即返回到18號(hào)柱面，重新掃描，依次為38,39,55,58,90號(hào)柱面的訪問者服務(wù)。&

38、lt;/p><p>　　除了“先來先服務(wù)”調(diào)度算法外，其余三種調(diào)度算法都是根據(jù)欲訪問的柱面位置來繼續(xù)調(diào)度的。在調(diào)度過程中可能有新的請(qǐng)求訪問者加入。在這些新的請(qǐng)求訪問者加入時(shí)，如果讀寫已經(jīng)超過了它們所要訪問的柱面位置，則只能在以后的調(diào)度中被選擇執(zhí)行。在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，在等待訪問磁盤的若干訪問者請(qǐng)求中，可能要求訪問的柱面號(hào)相同，但在同一柱面上的不同磁道，或訪問同一柱面中同一磁道上的不同扇區(qū)。所以，在進(jìn)行移動(dòng)調(diào)度時(shí)，在

39、按照某種短法把移動(dòng)臂定位到某個(gè)柱面后，應(yīng)該在等待訪問這個(gè)柱面的各個(gè)訪問者的輸入輸出操作都完成之后，再改變移動(dòng)臂的位置。</p><p>　　void CSCAN(int a[],int begin,int len,int dir)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,k,t=1,b[100];</p&g

40、t;<p>　　for(i=0;i<len;i++) b[i]=a[i];</p><p>　　sort(b,b+len);</p><p>　　double sum=0;</p><p>　　if(dir==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　f

41、or(i=0;i<len;i++)</p><p>　　{if(b[i]>begin){k=i;break;}}</p><p>　　for(i=k;i<len;i++)</p><p>　　{sum+=abs(b[i]-begin);begin=b[i];</p><p>　　cout<<"第&quo

42、t;<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=0;i<k;i++)</p><p>　　{sum+=abs(b[i]-begin);begin=b[i];</p>&

43、lt;p>　　cout<<"第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<"平均尋道時(shí)間："<<sum*1.0/len<&

44、lt;endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(dir==2)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=len-1;i>=0;i--)</p><p>　　{if(b[i]<begin)

45、k=i;break;}</p><p>　　for(i=k;i>=0;i--)</p><p>　　{sum+=abs(b[i]-begin);begin=b[i];</p><p>　　cout<<"第"<<t++<<"次訪問的磁道: "<<b[i]<<end

46、l;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=k+1;i<len;i++)</p><p>　　{sum+=abs(b[i]-begin);begin=b[i];</p><p>　　cout<<"第"<<t++<<"

47、次訪問的磁道: "<<b[i]<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<"平均尋道時(shí)間："<<sum*1.0/len<<endl; </p><p><b>　　}</b></p&

48、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果及分析</b></p><p>　　2.最短尋道時(shí)間優(yōu)先</p><p><b>　　3.先來先服務(wù)</b></p><p><b>　　4.掃描算法</b></

49、p><p><b>　　1．從內(nèi)向外掃描</b></p><p><b>　　2.從外向內(nèi)掃描</b></p><p><b>　　5．循環(huán)算法</b></p><p>　?。?）磁頭由里向外移動(dòng)</p><p>　　（2）磁頭由外向里移動(dòng)</p>