操作系统实践报告

《计算机操作系统》课外实践报告

一、实验目标：

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。

二、实验要求

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）。

三．实践内容简要描述

1、实践环境

windows 2000/xp ，visual c 6.0

2、算法思路

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。

3、算法原理

磁盘驱动调度对磁盘的效率有重要影响。磁盘驱动调度算法的好坏直接影响辅助存储器的效率，从而影响计算机系统的整体效率。

常用的磁盘驱动调度算法有：

最简单的磁盘驱动调度算法是先入先出（FIFO）法：这种算法的实质是，总是严格按时间顺序对磁盘请求予以处理。算法实现简单、易于理解并且相对公平，不会发生进程饿死现象。但该算法可能会移动的柱面数较多并且会经常更换移动方向，效率有待提高。

最短寻找时间优先算法（SSTF）：总是优先处理最靠近的请求。该算法移动的柱面距离较小，但可能会经常改变移动方向，并且可能会发生进程饥饿现象。

电梯调度(SCAN)：总是将一个方向上的请求全部处理完后，才改变方向继续处理其他请求。

循环扫描（CSCAN）：从最外向最里（或从最里向最外）进行柱面请求处理，到最里柱面后，直接跳到最外柱面然后继续向里进行处理。该算法与扫描算法的区别是，回来过程不处理请求，基于这样的事实，因为里端的请求刚被处理。

4、数据结构

利用数组对算法进行处理。

now:当前磁道号

cidao[]，放置磁道号的数组

void FCFS(int cidao[],int m)，先来先服务算法

void SSTF(int cidao[],int m)，最短寻到时间优先算法

void SCAN(int cidao[],int m)，扫描算法

void CSCAN(int cidao[],int m)，循环扫描算法

四、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