《磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計-電梯算法_最短尋道時間優(yōu)先》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計-電梯算法_最短尋道時間優(yōu)先（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、武漢理工大學(xué)《操作系統(tǒng)》課程設(shè)計 學(xué) 號： 課 程 設(shè) 計 題 目 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計 --電梯算法、最短尋道時間優(yōu)先算法 學(xué) 院 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 指導(dǎo)教師 吳利軍 2013 年 1 月 15 日 課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：吳利軍 工作單位： 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 題 目: 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計——電梯算法、最短尋道時間優(yōu)先算法 初始條件： 1．預(yù)備內(nèi)容：閱

2、讀操作系統(tǒng)的文件管理章節(jié)內(nèi)容，理解有關(guān)文件組織形式、存儲設(shè)備的概念。 2．實踐準備：掌握一種計算機高級語言的使用。 要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(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順序，并計算存取臂移動的磁道總數(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（磁盤訪問請求的磁道號以及磁頭移動的總磁道數(shù)）。 2．設(shè)計報告內(nèi)容應(yīng)說明： ⑴ 課程設(shè)計目的與功能； ⑵ 需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明(功能與框圖)

3、； ⑶ 源程序的主要部分； ⑷ 測試用例，運行結(jié)果與運行情況分析； ⑸ 自我評價與總結(jié)： i）你認為你完成的設(shè)計哪些地方做得比較好或比較出色； ii）什么地方做得不太好，以后如何改正； iii）從本設(shè)計得到的收獲（在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)）； iv）完成本題是否有其他的其他方法（如果有，簡要說明該方法）； v）對實驗題的評價和改進意見，請你推薦設(shè)計題目。 時間安排： 設(shè)計安排一周：周1、周2：完成程序分析及設(shè)計。 周2、周3：完成程序調(diào)試及測試。 周4、周5：驗收，撰寫課程設(shè)計報告。 （注意事項：嚴禁抄襲，一旦發(fā)現(xiàn)，抄與被抄的一律按0分記） 指導(dǎo)教師簽

4、名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 磁盤移臂調(diào)度過程模擬設(shè)計 ——電梯算法、最短尋道時間優(yōu)先算法 1 課程設(shè)計目的與功能 操作系統(tǒng)課程設(shè)計，主要是在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程并完成操作系統(tǒng)各部分實驗的基礎(chǔ)上，對操作系統(tǒng)的整體進行一個模擬，通過實踐加深對各個部分的管理功能的認識，進一步分析各個部分之間的聯(lián)系，以達到對完整系統(tǒng)的理解。有助于提高運用操作系統(tǒng)知識解決實際問題的能力；鍛煉實際的編程能力及創(chuàng)新能力；提高調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻、資料以及編寫軟件設(shè)計文檔的能力。 本課程

5、設(shè)計是通過設(shè)計一個磁盤調(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)度的特點更簡單明了，能使使用者加深對磁盤調(diào)度算法的理解。具體實現(xiàn)為，運用一門高級編程語言編寫程序模擬磁盤調(diào)度的過程，采用先來先服務(wù)算法和電梯算法，模擬并輸出存取臂的移動順序，并計算存取臂移動的磁道總數(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（磁盤訪問請求的磁道號以及磁頭移動的總磁道數(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

6、文件系統(tǒng)直接存取磁盤上的任意物理塊。為了存取一個特定的物理塊，磁頭將直接移動到所要求的位置上，而不需要像順序存取那樣事先存取其他的物理塊。 磁盤機各類很多，但一般由一些磁盤片組成的磁盤組組成。其中每個磁盤片對應(yīng)一個裝有讀寫磁頭的磁頭臂，磁頭臂上的兩個讀寫磁頭分別對磁盤片的上下兩面進行讀寫。系統(tǒng)在對磁盤進行初始化處理時，把每個磁盤片分割成一些大小相等的扇區(qū)。在磁盤轉(zhuǎn)動時經(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，因此，磁盤上有多條磁道。另外，人們通常把所有磁盤片的相同磁道稱為一個柱面，因此，磁盤上每個物理塊的位置可以用柱面號、磁頭號和扇區(qū)號表示，這些地址和物理塊號一一對應(yīng)

7、。 2.2磁盤的調(diào)度算法 操作系統(tǒng)中，對磁盤的訪問要求來自多方面，常常需要排隊。這時，對眾多的訪問要求按一定的次序響應(yīng)，會直接影響磁盤的工作效率，進而影響系統(tǒng)的性能。訪問磁盤的時間因子由3部分構(gòu)成，它們是查找（查找磁道）時間、等待（旋轉(zhuǎn)等待扇區(qū)）時間和數(shù)據(jù)傳輸時間，其中查找時間是決定因素。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)先來先服務(wù)算法(FCFS): 這是一種比較簡單的磁盤調(diào)度算法。它根據(jù)進程請求訪問磁盤的先后次序進行調(diào)度。此算法的優(yōu)點是公平、簡單，且每個進程的請求都能依次得到處理，不會出現(xiàn)某一進程的請求長期得不到滿足

8、的情況。此算法由于未對尋道進行優(yōu)化，在對磁盤的訪問請求比較多的情況下，此算法將降低設(shè)備服務(wù)的吞吐量，致使平均尋道時間可能較長，但各進程得到服務(wù)的響應(yīng)時間的變化幅度較小。 (2)最短尋道時間優(yōu)先算法(SSTF): 該算法選擇這樣的進程，其要求訪問的磁道與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近，以使每次的尋道時間最短，該算法可以得到比較好的吞吐量，但卻不能保證平均尋道時間最短。其缺點是對用戶的服務(wù)請求的響應(yīng)機會不是均等的，因而導(dǎo)致響應(yīng)時間的變化幅度很大。在服務(wù)請求很多的情況下，對內(nèi)外邊緣磁道的請求將會無限期的被延遲，有些請求的響應(yīng)時間將不可預(yù)期。 (3)掃描算法(SCAN)，即電梯算法: 掃描算法不僅

9、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)前移動方向。例如，當(dāng)磁頭正在自里向外移動時，掃描算法所選擇的下一個訪問對象應(yīng)是其欲訪問的磁道既在當(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。這時，同樣也是每次選擇這樣的進程來調(diào)度，即其要訪問的磁道，在當(dāng)前磁道之內(nèi)，從而避免了饑餓現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于這種算法中磁頭移動的規(guī)律頗似電梯的運行，故又稱為電梯調(diào)度算法。此算法基本上克服了最短尋道時間優(yōu)先算法的服務(wù)集中于中間磁道和響應(yīng)時間變化比較大的缺點，而具有最短尋道時間優(yōu)先算法的優(yōu)點即吞吐量較大，平均響應(yīng)時間較小，但由于是擺動式的掃描方法，

10、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)掃描算法是對掃描算法的改進。如果對磁道的訪問請求是均勻分布的， 當(dāng)磁頭到達磁盤的一端，并反向運動時落在磁頭之后的訪問請求相對較少。這是由于這些磁道剛被處理，而磁盤另一端的請求密度相當(dāng)高，且這些訪問請求等待的時間較長，為了解決這種情況，循環(huán)掃描算法規(guī)定磁頭單向移動。例如，只自里向外移動，當(dāng)磁頭移到最外的被訪問磁道時，磁頭立即返回到最里的欲訪磁道，即將最小磁道號緊接著最大磁道號構(gòu)成循環(huán)，進行掃描。 3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明 3.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 程序中涉及到的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： 變量名 類型 說明 total

11、 int 磁盤柱面總數(shù) location int 磁頭初始位置 direction int 磁頭初始移動方向 n int 申請訪問的磁道序列數(shù)組的元素個數(shù) a int[] 臨時存儲訪問序列的數(shù)組，長度為MAX（MAX=100） m int 磁頭移動的總磁道數(shù) 3.2函數(shù) 程序中有三個函數(shù)： void sorting( )——初始化柱面總數(shù)、磁頭初始位置、磁頭初始移動方向、申請訪問的磁道序列。 void sstf( )——對磁盤移臂調(diào)度的最短尋道時間優(yōu)先算法進行模擬，輸出磁道訪問序列和磁頭移動的總磁道數(shù)。 void scan( )——

12、對磁盤移臂調(diào)度的電梯算法進行模擬，輸出磁道訪問序列和磁頭移動的總磁道數(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)度和最短尋道時間優(yōu)先算法調(diào)度，依靠sorting，scan，sstf三個函數(shù)實現(xiàn)。 程序總流程如下： 開始 是否開始程序 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 報錯 報錯 設(shè)置此道訪問序列a[n] a[i]>total或a[i]<0 報錯 調(diào)用sorting（） 調(diào)用sstf（） 調(diào)用scan（） 結(jié)束

13、 Y N N Y N Y N Y 初 始 化 4 源程序 #include #include #define MAX 20 int run_number; //記錄實際柱面數(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

14、-b; else return b-a; } int cmp(const void *a,const void *b) { int x=*(int *)a; int y=*(int *)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; //如果開始位置在序列中就繼續(xù)執(zhí)行，否則加入其中 for

15、( i=0;i

16、 } } if(flag==false) { j=0; for(i=jilu;i>=0;i--) { run_jilu[j]=run[i]; j++; } if(i<0)flag_t=true; if(flag_t=true) { for(i=jilu+1;i

17、run[0]; } if(flag==true) { j=0; for(i=jilu;i=0;i--) { run_jilu[j]=run[i]; j++; } } daoshu=run[run_number-

18、1]-run_begin+run[run_number-1]-run[0]; } } // bool end_not(bool a[]) { for(int i=0;i

19、un_begin; daoshu=0; //如果開始位置在序列中就繼續(xù)執(zhí)行，否則加入其中 for( i=0;i

20、 { if(run_begin==run[i]) { jilu=i; break; } } FLAG_USED[jilu]=true; //當(dāng)沒走完時 while(!end_not(FLAG_USED)) { for( j=0;j

21、s_LONGTH[j]; break; } } for(i=0;iabs_LONGTH[i]&&FLAG_USED[i]==false) temp=abs_LONGTH[i]; } for(i=0;i

22、_begin; FLAG_USED[i]=true; break; } } } for(flag=0;flag

23、i=0;i

24、 scanf("%d",&as); while(as!=1&&as!=2) { printf("請輸入走向（1--上，2——下）:"); scanf("%d",&as); } 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_begi

25、n); } printf("走道次序:"); for(i=0;i

26、要增強程序的健壯性并且實際去編程實現(xiàn)，就遇到了相當(dāng)大的難度。例如測試中提到的對int型數(shù)據(jù)的非法輸入的報錯等，都是可以改進的部分，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）實現(xiàn)報錯，但在VC++6.0環(huán)境中不能運行，故還是沒有解決?？偟恼f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)和實踐檢驗。所以在以后的學(xué)習(xí)中一方面我要不斷的鞏固自己所學(xué)的理論知識，一方面還要多參加實際操作工作以便提高自己的實際操作能力。 本科生課程設(shè)計成績評定表 序號 評分項目 滿分 實得分 1 學(xué)習(xí)態(tài)度認真、遵守紀律 10 2 設(shè)計分析合理性 10 3 設(shè)計方案正確性、可行性、創(chuàng)造性 20 4 設(shè)計結(jié)果正確性 40 5 設(shè)計報告的規(guī)范性 10 6 設(shè)計驗收 10 總得分/等級 評語： 注：最終成績以五級分制記。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