《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(jī)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(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(zhǔn)備：掌握一種計算機(jī)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
2、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： 可根據(jù)需要輸入當(dāng)前磁頭的位置，磁頭移動方向； 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： 課程設(shè)計目的與功能； 需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明(功能與框圖)； 源程序的主要部分； 測試用例，運行結(jié)果與運行情況分析； 自我評價與總結(jié)：i）你認(rèn)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
3、法）；v）對實驗題的評價和改進(jìn)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(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 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(jìn)行一個模擬，通過實踐加深對各個部分的管理功能的認(rèn)識，進(jìn)一步分析各個部分之間的聯(lián)系，以達(dá)到對完整系統(tǒng)的理解。有助于提高運用操作系統(tǒng)知識
4、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(xiàn)、資料以及編寫軟件設(shè)計文檔的能力。本課程設(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
5、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(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(jìn)行讀寫。系統(tǒng)在對磁盤進(jìn)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
6、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)。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(jìn)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(jìn)程請求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。此算法的優(yōu)點是公平、簡單，且每個進(jìn)程
7、的請求都能依次得到處理，不會出現(xiàn)某一進(jìn)程的請求長期得不到滿足的情況。此算法由于未對尋道進(jìn)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(jìn)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(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(jī)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
8、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(jìn)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，
9、平均響應(yīng)時間較小，但由于是擺動式的掃描方法，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)掃描算法是對掃描算法的改進(jìn)。如果對磁道的訪問請求是均勻分布的， 當(dāng)磁頭到達(dá)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(jìn)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tot
10、alint磁盤柱面總數(shù)locationint磁頭初始位置directionint磁頭初始移動方向nint申請訪問的磁道序列數(shù)組的元素個數(shù)aint臨時存儲訪問序列的數(shù)組，長度為MAX（MAX=100）mint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(jìn)行模擬，輸出磁道訪問序列和磁頭移動的總磁道數(shù)。 void scan( )對磁盤移臂調(diào)度的電梯算法進(jìn)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)
11、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locationLocationtotal設(shè)置要訪問的磁道數(shù)nnMAX報錯報錯設(shè)置此道訪問序列anaitotal或ai0報錯調(diào)用sorting（）調(diào)用sstf（）調(diào)用scan（）結(jié)束YNNYNYNY初始化4 源程序#include#include#define MAX 20int run_number; /記錄實際柱面數(shù)int runMAX; /記錄每道的磁道序列int run_jiluMAX;int d
12、aoshu;bool FLAG_USEDMAX;int abs_LONGTHMAX;int abs_number(int a,int b)if(ab)return a-b;elsereturn 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
13、置在序列中就繼續(xù)執(zhí)行，否則加入其中 for( i=0;irun_number;i+) if(run_begin=runi) break; if(i=run_number) run_number+=1;runrun_number-1=run_begin; /快排序 qsort(run,run_number,sizeof(int),cmp); for(i=0;i=0;i-) run_jiluj=runi;j+;if(i0)flag_t=true;if(flag_t=true)for(i=jilu+1;irun_number;i+) run_jiluj=runi; j+; daoshu=run_be
14、gin-run0+runrun_number-1-run0; if(flag=true) j=0; for(i=jilu;irun_number;i+) run_jiluj=runi; j+; if(i=0;i-) run_jiluj=runi; j+; daoshu=runrun_number-1-run_begin+runrun_number-1-run0; /bool end_not(bool a)for(int i=0;irun_number;i+)if(ai=false)return false;return true;/最短尋道時間算法void SSTF(int run,int r
15、un_jilu,int run_begin)int jilu,temp,flag,i,j;flag=0;run_jiluflag=run_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;irun_number;i+)if(run_begin=runi)break;if(i=run_number)run_number+=1;runrun_number-1=run_begin;for(i=0;irun_number;i+)FLAG_USEDi=false;for(i=0;irun_number;i+)if(run_begin=runi)jilu=i;
16、break;FLAG_USEDjilu=true;/當(dāng)沒走完時while(!end_not(FLAG_USED)for( j=0;jrun_number;j+) abs_LONGTHj=abs_number(run_begin,runj);for(j=0;jrun_number;j+)if(FLAG_USEDj=false)temp=abs_LONGTHj;break; for(i=0;iabs_LONGTHi&FLAG_USEDi=false)temp=abs_LONGTHi;for(i=0;irun_number;i+)if(temp=abs_LONGTHi&FLAG_USEDi=fals
17、e) run_begin=runi;flag+; run_jiluflag=run_begin;FLAG_USEDi=true;break;for(flag=0;flagrun_number-1;flag+)daoshu+=abs_number(run_jiluflag+1,run_jiluflag);int main()int run_begin,as,at,i;bool flag;printf(請輸入柱面數(shù):);scanf(%d,&run_number);printf(請輸入各道磁道數(shù)n); for( i=0;irun_number;i+)scanf(%d,&runi);printf(請輸
18、入開始磁道數(shù):);scanf(%d,&run_begin);printf(請選擇尋道方式(1-電梯算法，2-最短尋道);scanf(%d,&at);while(at!=1&at!=2)printf(請選擇尋道方式(1-電梯算法，2-最短尋道);scanf(%d,&at); if(at=1) printf(請輸入走向（1-上，2下）:); 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_jil
19、u,run_begin,flag);if(at=2)SSTF(run,run_jilu,run_begin); printf(走道次序:); for(i=0;itotal）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(rèn)真、遵守紀(jì)律102設(shè)計分析合理性103設(shè)計方案正確性、可行性、創(chuàng)造性204設(shè)計結(jié)果正確性405設(shè)計報告的規(guī)范性106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
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
