《磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計(jì)電梯算法最短尋道時(shí)間優(yōu)先》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計(jì)電梯算法最短尋道時(shí)間優(yōu)先（16頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、- 學(xué) 號(hào)： 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計(jì) --電梯算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 吳利軍 2013 年 1 月 15 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生： 指導(dǎo)教師：吳利軍 工作單位： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 題 目: 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計(jì)——電梯算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 初始條件： 1．預(yù)備容：閱讀操作系統(tǒng)的文件管理章節(jié)容，理解有關(guān)文件組織形式、存儲(chǔ)設(shè)備的概念。 2．實(shí)踐準(zhǔn)備：掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言

2、的使用。 要求完成的主要任務(wù): 〔包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求〕 1．編程序模擬磁盤調(diào)度的過程，采用指定算法，模擬并輸出存取臂的移動(dòng)順序，并計(jì)算存取臂移動(dòng)的磁道總數(shù)。 能夠處理以下的情形： ⑴可根據(jù)需要輸入當(dāng)前磁頭的位置，磁頭移動(dòng)方向； ⑵能夠輸入柱面數(shù)，磁道訪問序列等參數(shù)，并能夠顯示調(diào)度結(jié)果〔磁盤訪問請(qǐng)求的磁道號(hào)以及磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)〕。 2．設(shè)計(jì)報(bào)告容應(yīng)說明： ⑴課程設(shè)計(jì)目的與功能； ⑵需求分析，數(shù)據(jù)構(gòu)造或模塊說明(功能與框圖)； ⑶源程序的主要局部； ⑷測(cè)試用例，運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析； ⑸自我評(píng)價(jià)與總結(jié)： i〕你認(rèn)為你完成的設(shè)計(jì)哪些地

3、方做得比擬好或比擬出色； ii〕什么地方做得不太好，以后如何改正； iii〕從本設(shè)計(jì)得到的收獲〔在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)歷和教訓(xùn)〕； iv〕完成此題是否有其他的其他方法〔如果有，簡要說明該方法〕； v〕對(duì)實(shí)驗(yàn)題的評(píng)價(jià)和改良意見，請(qǐng)你推薦設(shè)計(jì)題目。 時(shí)間安排： 設(shè)計(jì)安排一周：周1、周2：完成程序分析及設(shè)計(jì)。 周2、周3：完成程序調(diào)試及測(cè)試。 周4、周5：驗(yàn)收，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 〔考前須知：嚴(yán)禁抄襲，一旦發(fā)現(xiàn)，抄與被抄的一律按0分記〕 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任〔或責(zé)任教師〕簽名： 年

4、 月 日 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計(jì) ——電梯算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 1 課程設(shè)計(jì)目的與功能 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，主要是在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程并完成操作系統(tǒng)各局部實(shí)驗(yàn)的根底上，對(duì)操作系統(tǒng)的整體進(jìn)展一個(gè)模擬，通過實(shí)踐加深對(duì)各個(gè)局部的管理功能的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步分析各個(gè)局部之間的聯(lián)系，以到達(dá)對(duì)完整系統(tǒng)的理解。有助于提高運(yùn)用操作系統(tǒng)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；鍛煉實(shí)際的編程能力及創(chuàng)新能力；提高調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料以及編寫軟件設(shè)計(jì)文檔的能力。 本課程設(shè)計(jì)是通過設(shè)計(jì)一個(gè)磁盤調(diào)度模擬系統(tǒng)，深入理解磁盤的工作原理，從而使磁盤調(diào)度更加形象化，容易使人理解，使磁盤調(diào)度的特點(diǎn)更簡單明了，能使使用者加深

5、對(duì)磁盤調(diào)度算法的理解。具體實(shí)現(xiàn)為，運(yùn)用一門高級(jí)編程語言編寫程序模擬磁盤調(diào)度的過程，采用先來先效勞算法和電梯算法，模擬并輸出存取臂的移動(dòng)順序，并計(jì)算存取臂移動(dòng)的磁道總數(shù)。能夠處理以下的情形： (1)可根據(jù)需要輸入當(dāng)前磁頭的位置，磁頭移動(dòng)方向； (2)能夠輸入柱面數(shù)，磁道訪問序列等參數(shù)，并能夠顯示調(diào)度結(jié)果〔磁盤訪問請(qǐng)求的磁道號(hào)以及磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)〕。 2 需求分析 2.1磁盤的工作原理 磁盤是最典型的直接存取設(shè)備。磁盤設(shè)備允許文件系統(tǒng)直接存取磁盤上的任意物理塊。為了存取一個(gè)特定的物理塊，磁頭將直接移動(dòng)到所要求的位置上，而不需要像順序存取那樣事先存取其他的物理塊。 磁盤

6、機(jī)各類很多，但一般由一些磁盤片組成的磁盤組組成。其中每個(gè)磁盤片對(duì)應(yīng)一個(gè)裝有讀寫磁頭的磁頭臂，磁頭臂上的兩個(gè)讀寫磁頭分別對(duì)磁盤片的上下兩面進(jìn)展讀寫。系統(tǒng)在對(duì)磁盤進(jìn)展初始化處理時(shí)，把每個(gè)磁盤片分割成一些大小相等的扇區(qū)。在磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過讀寫磁頭所形成的圓形軌跡稱為磁道。由于磁頭臂可沿半徑方向移動(dòng)，因此，磁盤上有多條磁道。另外，人們通常把所有磁盤片的一樣磁道稱為一個(gè)柱面，因此，磁盤上每個(gè)物理塊的位置可以用柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)表示，這些地址和物理塊號(hào)一一對(duì)應(yīng)。 2.2磁盤的調(diào)度算法 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

7、率，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。訪問磁盤的時(shí)間因子由3局部構(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。主要的磁盤調(diào)度算法有下面四種： (1)先來先效勞算法(FCFS): 這是一種比擬簡單的磁盤調(diào)度算法。它根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)展調(diào)度。此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、簡單，且每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依次得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一進(jìn)程的請(qǐng)求長期得不到滿足的情況。此算法由于未對(duì)尋道進(jìn)展優(yōu)化，在對(duì)磁盤的訪問請(qǐng)求比擬多的情況下，此算法將降低設(shè)備效勞的吞吐量，致使平均尋道時(shí)間可能較長，但各進(jìn)程得到效勞的響

8、應(yīng)時(shí)間的變化幅度較小。 (2)最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法(SSTF): 該算法選擇這樣的進(jìn)程，其要求訪問的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近，以使每次的尋道時(shí)間最短，該算法可以得到比擬好的吞吐量，但卻不能保證平均尋道時(shí)間最短。其缺點(diǎn)是對(duì)用戶的效勞請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)機(jī)不是均等的，因而導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的變化幅度很大。在效勞請(qǐng)求很多的情況下，對(duì)外邊緣磁道的請(qǐng)求將會(huì)無限期的被延遲，有些請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間將不可預(yù)期。 (3)掃描算法(SCAN)，即電梯算法: 掃描算法不僅考慮到欲訪問的磁道與當(dāng)前磁道的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭的當(dāng)前移動(dòng)方向。例如，當(dāng)磁頭正在自里向外移動(dòng)時(shí)，掃描算法所選擇的下一個(gè)訪問對(duì)象應(yīng)是其欲訪問的磁

9、道既在當(dāng)前磁道之外，又是距離最近的。這樣自里向外地訪問，直到再無更外的磁道需要訪問才將磁臂換向，自外向里移動(dòng)。這時(shí)，同樣也是每次選擇這樣的進(jìn)程來調(diào)度，即其要訪問的磁道，在當(dāng)前磁道之，從而防止了饑餓現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于這種算法中磁頭移動(dòng)的規(guī)律頗似電梯的運(yùn)行，故又稱為電梯調(diào)度算法。此算法根本上克制了最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法的效勞集中于中間磁道和響應(yīng)時(shí)間變化比擬大的缺點(diǎn)，而具有最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法的優(yōu)點(diǎn)即吞吐量較大，平均響應(yīng)時(shí)間較小，但由于是擺動(dòng)式的掃描方法，兩側(cè)磁道被訪問的頻率仍低于中間磁道。 (4)循環(huán)掃描算法(CSCAN): 循環(huán)掃描算法是對(duì)掃描算法的改良。如果對(duì)磁道的訪問請(qǐng)均勻分布的， 當(dāng)磁頭到

10、達(dá)磁盤的一端，并反向運(yùn)動(dòng)時(shí)落在磁頭之后的訪問請(qǐng)求相對(duì)較少。這是由于這些磁道剛被處理，而磁盤另一端的請(qǐng)求密度相當(dāng)高，且這些訪問請(qǐng)求等待的時(shí)間較長，為了解決這種情況，循環(huán)掃描算法規(guī)定磁頭單向移動(dòng)。例如，只自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移到最外的被訪問磁道時(shí)，磁頭立即返回到最里的欲訪磁道，即將最小磁道號(hào)緊接著最大磁道號(hào)構(gòu)成循環(huán)，進(jìn)展掃描。 3數(shù)據(jù)構(gòu)造或模塊說明 3.1數(shù)據(jù)構(gòu)造 程序中涉及到的主要數(shù)據(jù)構(gòu)造如下： 變量名 類型 說明 total int 磁盤柱面總數(shù) location int 磁頭初始位置 direction int 磁頭初始移動(dòng)方向 n int 申請(qǐng)?jiān)L問的磁道

11、序列數(shù)組的元素個(gè)數(shù) a int[] 臨時(shí)存儲(chǔ)訪問序列的數(shù)組，長度為MAX〔MAX=100〕 m int 磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù) 3.2函數(shù) 程序中有三個(gè)函數(shù)： void sorting( )——初始化柱面總數(shù)、磁頭初始位置、磁頭初始移動(dòng)方向、申請(qǐng)?jiān)L問的磁道序列。 void sstf( )——對(duì)磁盤移臂調(diào)度的最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法進(jìn)展模擬，輸出磁道訪問序列和磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)。 void scan( )——對(duì)磁盤移臂調(diào)度的電梯算法進(jìn)展模擬，輸出磁道訪問序列和磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)。 3.3模塊框圖 程序分為四大模塊，分別為數(shù)據(jù)初始化、訪問序列排序，電梯算法調(diào)度和最短尋道時(shí)間優(yōu)先算

12、法調(diào)度，依靠sorting，scan，sstf三個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 程序總流程如下： 開場(chǎng) 是否開場(chǎng)程序 設(shè)置磁盤柱面數(shù)total 設(shè)置當(dāng)前磁頭的位置location Location>total 設(shè)置要訪問的磁道數(shù)n n>MAX 報(bào)錯(cuò) 報(bào)錯(cuò) 設(shè)置此道訪問序列a[n] a[i]>total或a[i]<0 報(bào)錯(cuò) 調(diào)用sorting〔〕 調(diào)用sstf〔〕 調(diào)用scan〔〕 完畢 Y N N Y N Y N Y 初 始 化 4 源程序 #include #include #define MAX 2

13、0 int run_number; //記錄實(shí)際柱面數(shù) int run[MAX]; //記錄每道的磁道序列 int run_jilu[MAX]; int daoshu; bool FLAG_USED[MAX]; int abs_LONGTH[MAX]; int abs_number(int a,int b) { if(a>b) return a-b; else return b-a; } int cmp(const void *a,const void *b) { int x=*(int *)a; int y=*(int

14、 *)b; return (xy"1:0); } //電梯算法，當(dāng)flag=false向下走 void SCAN(int run[],int run_jilu[],int run_begin,bool flag) { int jilu,j,i; bool flag_t=false; //如果開場(chǎng)位置在序列中就繼續(xù)執(zhí)行，否那么參加其中 for( i=0;i

15、) { run_number+=1; run[run_number-1]=run_begin; } //快排序 qsort(run,run_number,sizeof(int),cmp); for(i=0;i=0;i--) { run_jilu[j]=run[i];

16、 j++; } if(i<0)flag_t=true; if(flag_t=true) { for(i=jilu+1;i

17、ilu[j]=run[i]; j++; } if(i<0)flag_t=true; if(flag_t=true) { for(i=jilu-1;i>=0;i--) { run_jilu[j]=run[i]; j++; } } daoshu=run[run_number-1]-run_begin+run[run_number-1]-run[0]; } } // bool end_not(bool a[]) { for(int i=0;i

18、r;i++) { if(a[i]==false) return false; } return true; } //最短尋道時(shí)間算法 void SSTF(int run[],int run_jilu[],int run_begin) { int jilu,temp,flag,i,j; flag=0; run_jilu[flag]=run_begin; daoshu=0; //如果開場(chǎng)位置在序列中就繼續(xù)執(zhí)行，否那么參加其中 for( i=0;i

19、i]) { break; } } if(i==run_number) { run_number+=1; run[run_number-1]=run_begin; } for(i=0;i

20、e(!end_not(FLAG_USED)) { for( j=0;jabs_LONGTH[i]&&FLAG_USED[i]

21、==false) temp=abs_LONGTH[i]; } for(i=0;i

22、bs_number(run_jilu[flag+1],run_jilu[flag]); } } int main() { int run_begin,as,at,i; bool flag; printf("請(qǐng)輸入柱面數(shù):"); scanf("%d",&run_number); printf("請(qǐng)輸入各道磁道數(shù)\n"); for( i=0;i

23、選擇尋道方式(1--電梯算法，2--最短尋道)"); scanf("%d",&at); while(at!=1&&at!=2) { printf("請(qǐng)選擇尋道方式(1--電梯算法，2--最短尋道)"); scanf("%d",&at); } if(at==1) { printf("請(qǐng)輸入走向〔1--上，2——下〕:"); scanf("%d",&as); while(as!=1&&as!=2) { printf("請(qǐng)輸入走向〔1--上，2——下〕:"); scanf("%d",&as);

24、} if(as==1) { flag=true; } if(as==2) { flag=false; } SCAN(run,run_jilu,run_begin,flag); } if(at==2) { SSTF(run,run_jilu,run_begin); } printf("走道次序:"); for(i=0;i

25、n走過總道數(shù):%d\n",daoshu); system("pause"); return 0; } 4 自我評(píng)價(jià)與總結(jié) 通過這次的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到要將操作系統(tǒng)這門計(jì)算機(jī)專業(yè)課學(xué)好的不易——不僅僅是要把書上的根本知識(shí)學(xué)好，而且還要不斷進(jìn)展實(shí)踐，將所學(xué)與實(shí)踐操作結(jié)合起來才能更好地穩(wěn)固所學(xué)，才能提高自己實(shí)踐能力?？梢哉f，此課程設(shè)計(jì)的理論難度并不大，但是假設(shè)要增強(qiáng)程序的強(qiáng)健性并且實(shí)際去編程實(shí)現(xiàn)，就遇到了相當(dāng)大的難度。例如測(cè)試中提到的對(duì)int型數(shù)據(jù)的非法輸入的報(bào)錯(cuò)等，都是可以改良的局部，為此也翻閱過資料，網(wǎng)絡(luò)上提供的修改方案是利用while〔！cin>>total〕實(shí)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，但在VC+

26、+6.0環(huán)境中不能運(yùn)行，故還是沒有解決。總的說來，與之涉及的很多方面并沒有學(xué)過，自己還需要去自學(xué)和實(shí)踐檢驗(yàn)。所以在以后的學(xué)習(xí)中一方面我要不斷的穩(wěn)固自己所學(xué)的理論知識(shí)，一方面還要多參加實(shí)際操作工作以便提高自己的實(shí)際操作能力。 本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表 序號(hào) 評(píng)分工程 總分值 實(shí)得分 1 學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真、遵守紀(jì)律 10 2 設(shè)計(jì)分析合理性 10 3 設(shè)計(jì)方案正確性、可行性、創(chuàng)造性 20 4 設(shè)計(jì)結(jié)果正確性 40 5 設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)性 10 6 設(shè)計(jì)驗(yàn)收 10 總得分/等級(jí) 評(píng)語： 注：最終成績以五級(jí)分制記。優(yōu)〔90-100分〕、良〔80-89分〕、中〔70-79分〕、 及格〔60-69分〕、60分以下為不及格 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年 1月　15 日 . z.