操作系统--磁盘调度算法课程设计.doc

精选优质文档-倾情为你奉上目录1课程设计目的1.1编写目的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，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。2课程设计内容2.1设计内容 系统主界面可以灵活选择某种算法，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。3课程设计方案3.1模块划分本系统划分为四个模块：先来先服务算法模块void FCFS(int array,int m)、最短寻道时间优先算法模块void SSTF(int array,int m)、扫描算法模块void SCAN(int array,int m) 和循环扫描算法模块：void CSCAN(int array,int m) 1 先来先服务算法模块：void FCFS(int array,int m)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<m;i+,j+) sum+=abs(arrayj-arrayi); ave=(float)(sum)/(float)(m);2 最短寻道时间优先算法模块：void SSTF(int array,int m)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;i<m;i+) /*使用冒泡法按从小到大顺序排列*/for(j=i+1;j<m;j+) if(arrayi>arrayj) temp=arrayi; arrayi=arrayj; arrayj=temp; if(arraym-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<<arrayi<<" " sum=now-array0;else if(array0>=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<m) /*当前磁道在请求序列范围内*/ if(now-arrayl)<=(arrayr-now) /*选择与当前磁道最近的请求给予服务*/ cout<<arrayl<<" " sum+=now-arrayl; now=arrayl; l=l-1; 3 扫描算法模块：void SCAN(int array,int m)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<<arrayj<<" " /*输出向内扫描的序列*/ for(j=r;j<m;j+) /*磁头移动到最小号，则改变方向向外扫描未扫描的磁道*/ cout<<arrayj<<" " /*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，则先向外扫描*/ for(j=r;j<m;j+) cout<<arrayj<<" " /*输出向外扫描的序列*、 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<<arrayj<<" " sum=-now-array0+2*arraym-1; ave=(float)(sum)/(float)(m);4 循环扫描算法模块：void CSCAN(int array,int m)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(arraym-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;i<m;i+) cout<<arrayi<<" " sum=now-2*array0+arraym-1;else if(array0>=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;i<m;i+) cout<<arrayi<<" " sum=arraym-1-now; for(j=0;j<r;j+) /*当扫描完最大号磁道，磁头直接移动到最小号磁道，再向外扫描未扫描的磁道*/ cout<<arrayj<<" " sum=2*arraym-1-now; ave=(float)(sum)/(float)(m);3.2模块调用关系图磁盘调度模拟系统退出先来先服务算法最短寻道时间优先扫描算法循环扫描算法3.3子模块程序流程图FCFS算法流程图:输入磁道号求平均寻道长度输出移动的平均磁道数按输入顺序将磁道序列输出开始结束 SSTF算法流程图:求平均寻道长度选择与当前磁道距离最近的磁道进行扫描移动到最小（大）号，改向外（内）移动扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列判断当前磁头在序列中的位置结束开始输入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号 SCAN算法流程图：求平均寻道长度选择移动臂移动方向，开始扫描移动到最小（大）号，改向外（内）移动扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列开始结束输入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号判断当前磁头在序列中的位置 CSCAN算法流程图：求平均寻道长度扫描到最大号后，直接移动到最小号从内向外扫描未扫描的磁道输出移动的平均磁道数输出排好序的磁道序列判断当前磁头在序列中的位置规定移动臂单向反复的从内向外扫描开始结束输入磁道号使用冒泡法从小到大排序输入当前磁道号4测试数据和结果4.1测试数据1 先来先服务算法输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：1002 最短寻道时间优先算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时 输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：200（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：0（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：1003 扫描算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时 输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：200（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：0（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号（磁头向外）时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：100（4）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号（磁头向内）时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：1004 循环扫描算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时 输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：200（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：0（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号时输入磁道序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184当前磁道号：1004.2测试结果1 先来先服务算法平均寻道长度：55.32 最短寻道时间优先算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时平均寻道长度:20.2（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时平均寻道长度：27.5（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号时 平均寻道长度：20.43 扫描算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时平均寻道长度:20.2（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时平均寻道长度:27.8（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号（磁头向外）时平均寻道长度:27.5（4）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号（磁头向内）时平均寻道长度:20.44 循环扫描算法（1）当前磁道号大于磁道序列中的最大的磁道号时平均寻道长度:38.6（2）当前磁道号小于磁道序列中的最小的磁道号时平均寻道长度:35.8（3）当前磁道号大于磁道序列中的最小的磁道号且小于最大磁道号时平均寻道长度:20.44.3测试抓图1 输入磁道序列（0结束）：55 58 39 18 90 160 150 38 184，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：5参考文献计算机操作系统(修订版) 汤子瀛 西安电子科技大学出版社 操作系统教程 方敏编 西安电子科技大学出版社 操作系统实用教程（第二版） 任爱华 清华大学出版社 操作系统原理与实践教程  周湘贞、曾宪权 清华出版社 程序设计基础教程 陈家骏 机械工业出版社6总结6.1设计体会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。6.2结束语通过此次课程设计，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。7程序使用说明书用户使用时请注意：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）；8程序源代码#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<iostream.h>#include<math.h>#define maxsize 1000/*判断输入数据是否有效*/int decide(char str) /判断输入数据是否有效 int i=0;while(stri!='0') if(stri<'0'|stri>'9')return 0;break;i+;return i;/*将字符串转换成数字*/int trans(char str,int a) /将字符串转换成数字int i;int sum=0;for(i=0;i<a;i+)sum=sum+(int)(stri-'0')*pow(10,a-i-1);return sum;/*冒泡排序算法*/int *bubble(int cidao,int m) int i,j;int temp; for(i=0;i<m;i+) /使用冒泡法按从小到大顺序排列 for(j=i+1;j<m;j+) if(cidaoi>cidaoj) temp=cidaoi; cidaoi=cidaoj; cidaoj=temp; cout<<"排序后的磁盘序列为：" for( i=0;i<m;i+) /输出排序结果 cout<<cidaoi<<" " cout<<endl; return cidao; /*先来先服务调度算法*/void FCFS(int cidao,int m) /磁道号数组，个数为m int now;/当前磁道号 int sum=0; /总寻道长度 int j,i;int a;char str100; float ave; /平均寻道长度cout<<"磁盘请求序列为：" for( i=0;i<m;i+) /按先来先服务的策略输出磁盘请求序列 cout<<cidaoi<<" " cout<<endl; cout<<"请输入当前的磁道号：" B: cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=0) cout<<"输入数据的类型错误,请重新输入！"<<endl; goto B; else now=trans(str,a); /输入当前磁道号 sum+=abs(cidao0-now);cout<<"磁盘扫描序列为：" for( i=0;i<m;i+) /输出磁盘扫描序列 cout<<cidaoi<<" " for(i=0,j=1;j<m;i+,j+) /求平均寻道长度 sum+=abs(cidaoj-cidaoi); ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均寻道长度："<<ave<<endl;/*最短寻道时间优先调度算法*/void SSTF(int cidao,int m) 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 cout<<"请输入当前的磁道号：" C: cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=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) /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-) cout<<cidaoi<<" " sum=now-cidao0; if(cidao0>=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;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-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(cidaok<now) /确定当前磁道在已排的序列中的位置，后面的算法都用到了，可以直接复制后少量修改，节省时间。 k+; l=k-1; r=k; while(l>=0)&&(r<m) /当前磁道在请求序列范围内 if(now-cidaol)<=(cidaor-now) /选择与当前磁道最近的请求给予服务 cout<<cidaol<<" " sum+=now-cidaol; now=cidaol; l=l-1; else cout<<cidaor<<" " 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;j<m;j+) cout<<cidaoj<<" " sum+=cidaom-1-cidao0; else /磁头移动到序列的最大号，返回内侧扫描仍未扫描的磁道 for(j=l;j>=0;j-) cout<<cidaoj<<" " sum+=cidaom-1-cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均寻道长度： "<<ave<<endl;/*扫描调度算法*/void SCAN(int cidao,int m) /先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向 int k=1; int now,l,r,d; 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 cout<<"请输入当前的磁道号："D: cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=0) cout<<"输入数据的类型错误,请重新输入！"<<endl; goto D; else now=trans(str,a); /输入当前磁道号 if(cidaom-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,此情况同最短寻道优先 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(i=m-1;i>=0;i-) cout<<cidaoi<<" " sum=now-cidao0; if(cidao0>=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 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-1) /若当前磁道号大于请求序列中最小者且小于最大者 while(cidaok<now) k+; l=k-1; r=k; cout<<"请输入当前移动臂的移动的方向 (1 表示向外 ，0表示向内) : " cin>>d; if(d=0) /选择移动臂方向向内，则先向内扫描 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(j=l;j>=0;j-) cout<<cidaoj<<" " /输出向内扫描的序列 for(j=r;j<m;j+) /磁头移动到最小号，则改变方向向外扫描未扫描的磁道 cout<<cidaoj<<" " /输出向外扫描的序列 sum=now-2*cidao0+cidaom-1; else /选择移动臂方向向外，则先向外扫描 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(j=r;j<m;j+) cout<<cidaoj<<" " /输出向外扫描的序列 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<<cidaoj<<" " sum=-now-cidao0+2*cidaom-1; ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均寻道长度： "<<ave<<endl;/*循环扫描调度算法*/void CSCAN(int cidao,int m) 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 cout<<"请输入当前的磁道号：" E: cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=0) cout<<"输入数据的类型错误,请重新输入！"<<endl; goto E; else now=trans(str,a); /输入当前磁道号 if(cidaom-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 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=now-2*cidao0+cidaom-1; if(cidao0>=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 cout<<"磁盘扫描序列为：" for(i=0;i<m;i+) cout<<cidaoi<<" " sum=cidaom-1-now; if(now>cidao0&&now<cidaom-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(cidaok<now) /单向反复地从内向外扫描 k+; l=k-1; r=k; for(j=r;j<m;j+) cout<<cidaoj<<" " /输出从当前磁道向外扫描的序列 for(j=0;j<r;j+) /当扫描完最大号磁道，磁头直接移动到最小号磁道，再向外扫描未扫描的磁道 cout<<cidaoj<<" " sum=2*cidaom-1+cidaol-now-2*cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); cout<<endl; cout<<"平均寻道长度： "<<ave<<endl;void main() int a; int c; /菜单项 int cidaomaxsize; int i=0,count; char str100; cout<<"请输入磁道序列（0结束）："<<endl; A:cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=0) cout<<"输入数据的类型错误,请重新输入！"<<endl; goto A;/输入错误，跳转到A，重新输入 else cidaoi=trans(str,a); i+; while(cidaoi-1!=0) cin>>str; /对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a=0) cout<<"输入数据的类型错误,请重新输入！"<<endl; else cidaoi=trans(str,