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 6.02、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行，因而又常称之为电梯调度算法。

（4）循环扫描算法（CSCAN）CSCAN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。

五、系统流程图FCFS算法（先来先服务）流程图:输入当前磁道号now磁头移动距离sum=abs(now-cidao[0]磁头移动总距离sum+=abs(cidao[j]-cidao[i]输出磁盘调度序列cidao [j]目前的位置变为当前的位置j++j<m输出平均寻道长度ave=sum/(m)SSTF （最短寻道时间优先算法） 算法流程图：将磁道号从小到大排序输入当前磁道号nowcidao[m-1]<=now输出磁盘调度序列cidao[j]目前的位置变为当前的位置now=cidao[i]磁头移动总距离sum=now-cidao[i]i>=0输出磁盘调度序列cidao[j](cidao[0]>=now磁头移动总距离sum=now-cidao[i]目前的位置变为当前的位置now=cidao[i]i<m确定当前磁道在已排的序列中的位置now-cidao[l])<=(cidao[r]-now先向磁道号减小方向访问，再向磁道号增加方向输出磁盘调度序列先向磁道号增加方向访问，再向磁道号减小方向输出磁盘调度序列输出平均寻道长度ave=sum/(m)SCAN 算法（扫描算法）流程图：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 {将磁道号从小到大排序输入当前磁道号now, 移动臂的移动的方向cidao[m-1]<=now磁头移动总距离sum=now-cidao[i]输出磁盘调度序列cidao[j]i>=0(cidao[0]>=now输出磁盘调度序列cidao[j]i<m 磁头移动总距离sum=cidao [i]-now确定当前磁道在已排的序列中的位置switch(dcase 0:移动臂向磁道号减小方向访问case 1:移动臂向磁道号增加方向访问输出磁盘调度序列输出磁盘调度序列输出平均寻道长度ave=sum/(m)int i=0;while(str[i]!='\0'){if(str[i]<'0'||str[i]>'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)((str[i]-'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(cidao[i]>cidao[j]){temp=cidao[i];cidao[i]=cidao[j];cidao[j]=temp;}}cout<<"排序后的磁盘序列为：";for( i=0;i<m;i++) //输出排序结果{cout<<cidao[i]<<" ";}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 str[100];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<<cidao[i]<<" ";}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;}elsenow=trans(str,a); //输入当前磁道号sum+=abs(cidao[0]-now);cout<<"磁盘扫描序列为：";for( i=0;i<m;i++) //输出磁盘扫描序列{cout<<cidao[i]<<" ";}for(i=0,j=1;j<m;i++,j++) //求平均寻道长度{sum+=abs(cidao[j]-cidao[i]);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 now,l,r;int i,j,sum=0;int a;char str[100];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;}elsenow=trans(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--)cout<<cidao[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;i<m;i++)cout<<cidao[i]<<" ";sum=cidao[m-1]-now;}if(now>cidao[0]&&now<cidao[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。