操作系統(tǒng)實(shí)踐報(bào)告.doc

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課外實(shí)踐報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：通過設(shè)計(jì)一個(gè)磁盤調(diào)度模擬系統(tǒng)，從而使磁盤調(diào)度算法更加形象化，容易使人理解，使磁盤調(diào)度的特點(diǎn)更簡單明了，能使使用者加深對先來先服務(wù)算法、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法、掃描算法以及循環(huán)掃描算法等磁盤調(diào)度算法的理解。二、實(shí)驗(yàn)要求系統(tǒng)主界面可以靈活選擇某種算法，算法包括：先來先服務(wù)算法（FCFS）、最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法（SSTF）、掃描算法（SCAN）、循環(huán)掃描算法（CSCAN）。三實(shí)踐內(nèi)容簡要描述1、實(shí)踐環(huán)境windows 2000/xp ，visual c 6.02、 算法思路磁盤設(shè)備在工作時(shí)以恒定的速率旋轉(zhuǎn)。為了讀或?qū)?，磁頭必須能移動(dòng)到所要求的磁道上，并等待所要求的扇區(qū)開始位置旋轉(zhuǎn)到磁頭下，然后或開始讀或?qū)憯?shù)據(jù)。故可把磁盤訪問時(shí)間分成以下三部分。（1）尋道時(shí)間Ts 這是把磁頭移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間。該時(shí)間是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間s與磁頭移動(dòng)n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和，即 Ts=m*n+s其中，m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)。對于一般磁盤，m=0.2；對于高速磁盤，m=0.1，磁臂的啟動(dòng)時(shí)間+約為2ms。這樣，對于一般的溫盤，對于一般的溫盤，其尋道時(shí)間將隨著尋道距離的增加而增大，大體上是530ms。（2）旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tr這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。不同的磁盤類型中，旋轉(zhuǎn)速度至少相差一個(gè)數(shù)量級，如軟盤為300r/min，硬盤一般為720015000r/min，甚至更高。對于磁盤旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間而言，如硬盤，旋轉(zhuǎn)速度為15000r/min，每轉(zhuǎn)需時(shí)4ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tr為2ms；而軟盤，其旋轉(zhuǎn)速度為300r/min或600r/min，這樣，平均Tr為50100ms。（3）傳輸時(shí)間Tt 這時(shí)指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。Tt的大小與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)： Tt=b/(r*N)其中，r為磁盤每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)；N為一條磁道上的字節(jié)數(shù)，當(dāng)一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時(shí)，T3與T2相同。因此，可將訪問時(shí)間Ta表示為 Ta=Ts+1/(2*r)+b/(r*N)由上式可以看出，在訪問時(shí)間中，尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間基本上都與所讀/寫數(shù)據(jù)的多少無關(guān)，而且它通常占據(jù)了訪問時(shí)間中的大頭。磁盤是可供多個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備，當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程都要求訪問磁盤時(shí)，應(yīng)采用一種最佳調(diào)度算法，以使各進(jìn)程對磁盤的平均訪問時(shí)間最小。由于在訪問磁盤的時(shí)間中，主要是尋道時(shí)間，因此，磁盤調(diào)度的目標(biāo)是使磁盤的平均尋道時(shí)間最少。現(xiàn)在我們考慮平均尋道長度：所有磁道所需移動(dòng)距離之和除以總的所需訪問的磁道數(shù)，所以尋道長度決定了尋道時(shí)間，我們需要從上面的算法中選擇最優(yōu)者。3、 算法原理磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度對磁盤的效率有重要影響。磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法的好壞直接影響輔助存儲器的效率，從而影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體效率。常用的磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法有：最簡單的磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法是先入先出（FIFO）法：這種算法的實(shí)質(zhì)是，總是嚴(yán)格按時(shí)間順序?qū)Υ疟P請求予以處理。算法實(shí)現(xiàn)簡單、易于理解并且相對公平，不會發(fā)生進(jìn)程餓死現(xiàn)象。但該算法可能會移動(dòng)的柱面數(shù)較多并且會經(jīng)常更換移動(dòng)方向，效率有待提高。最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法（SSTF）：總是優(yōu)先處理最靠近的請求。該算法移動(dòng)的柱面距離較小，但可能會經(jīng)常改變移動(dòng)方向，并且可能會發(fā)生進(jìn)程饑餓現(xiàn)象。電梯調(diào)度(SCAN)：總是將一個(gè)方向上的請求全部處理完后，才改變方向繼續(xù)處理其他請求。循環(huán)掃描（CSCAN）：從最外向最里（或從最里向最外）進(jìn)行柱面請求處理，到最里柱面后，直接跳到最外柱面然后繼續(xù)向里進(jìn)行處理。該算法與掃描算法的區(qū)別是，回來過程不處理請求，基于這樣的事實(shí)，因?yàn)槔锒说恼埱髣偙惶幚怼?、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用數(shù)組對算法進(jìn)行處理。now:當(dāng)前磁道號cidao，放置磁道號的數(shù)組void FCFS(int cidao,int m)，先來先服務(wù)算法void SSTF(int cidao,int m)，最短尋到時(shí)間優(yōu)先算法void SCAN(int cidao,int m)，掃描算法void CSCAN(int cidao,int m)，循環(huán)掃描算法4、 算法分析：（1）先來先服務(wù)算法（FCFS）這是一種最簡單的磁盤調(diào)度算法。它根據(jù)請求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、簡單，且每個(gè)進(jìn)程的請求都能依次地得到處理，不會出現(xiàn)某一進(jìn)程的請求長期得不到滿足的情況。但是此算法由于未對尋道進(jìn)行優(yōu)化，致使平均尋道時(shí)間可能較長。當(dāng)有進(jìn)程先后提出磁盤I/O請求時(shí)，先按他們發(fā)出請求的先后次序排隊(duì)。然后依次給予服務(wù)。其平均尋道距離較大，故先來先服務(wù)算法僅適用于請求磁盤I/O進(jìn)程數(shù)目較少的場合。（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，以使每次尋道時(shí)間最短。但這種算法不能保證平均尋道時(shí)間最短。有可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象，因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程請求到達(dá)，且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在的磁道的距離較近，這種新進(jìn)程的I/O請求必然優(yōu)先滿足。（3）掃描算法（SCAN）該算法不僅考慮到正欲訪問的磁道與當(dāng)前磁道間的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭當(dāng)前的移動(dòng)方向。例如，當(dāng)磁頭正在自里向外移動(dòng)時(shí)，SCAN算法所考慮的下一個(gè)訪問對象應(yīng)該是其欲訪問的磁道之外，又是距離最近的。這樣自里向外地訪問，直至再無更外的磁道需要訪問時(shí)，才將磁臂換向?yàn)樽酝庀蚶镆苿?dòng)。這時(shí)，同樣也是每次選擇這樣的進(jìn)程來調(diào)度，既要訪問的磁道在當(dāng)前位置內(nèi)距離最近者，這樣，磁頭又逐步地從外向里移動(dòng)，直至再無更里面的磁道要訪問，從而避免了出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。由于在這種算法中磁頭移動(dòng)的規(guī)律頗似電梯的運(yùn)行，因而又常稱之為電梯調(diào)度算法。（4）循環(huán)掃描算法（CSCAN）CSCAN算法規(guī)定磁頭單向移動(dòng)，例如，只是自里向外移動(dòng)，當(dāng)磁頭移動(dòng)到最外的磁道并訪問后，磁頭立即返回到最里的欲訪問的磁道，亦即將最小磁道號緊接著最大的磁道號構(gòu)成循環(huán)，進(jìn)行循環(huán)掃描。5、 系統(tǒng)流程圖FCFS算法（先來先服務(wù)）流程圖:輸入當(dāng)前磁道號now磁頭移動(dòng)距離sum=abs(now-cidao0)磁頭移動(dòng)總距離sum+=abs(cidaoj-cidaoi)輸出磁盤調(diào)度序列cidao j目前的位置變?yōu)楫?dāng)前的位置j+jm輸出平均尋道長度ave=sum/(m)SSTF（最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法）算法流程圖：將磁道號從小到大排序輸入當(dāng)前磁道號nowcidaom-1=0輸出磁盤調(diào)度序列cidaoj(cidao0=now磁頭移動(dòng)總距離sum=now-cidaoi目前的位置變?yōu)楫?dāng)前的位置now=cidaoinow=arrayiim確定當(dāng)前磁道在已排的序列中的位置now-cidaol)=(cidaor-now先向磁道號減小方向訪問，再向磁道號增加方向訪問輸出磁盤調(diào)度序列先向磁道號增加方向訪問，再向磁道號減小方向訪問輸出磁盤調(diào)度序列輸出平均尋道長度ave=sum/(m) SCAN算法（掃描算法）流程圖：將磁道號從小到大排序輸入當(dāng)前磁道號now, 移動(dòng)臂的移動(dòng)的方向cidaom-1=0(cidao0=now輸出磁盤調(diào)度序列cidaojim磁頭移動(dòng)總距離sum=cidao i-now確定當(dāng)前磁道在已排的序列中的位置switch(d)case 0:移動(dòng)臂向磁道號減小方向訪問case 1:移動(dòng)臂向磁道號增加方向訪問訪問輸出磁盤調(diào)度序列輸出磁盤調(diào)度序列輸出平均尋道長度ave=sum/(m)源代碼#include#include#include#include#define maxsize 1000/*判斷輸入數(shù)據(jù)是否有效*/int decide(char str) /判斷輸入數(shù)據(jù)是否有效 int i=0;while(stri!=0) if(stri9)return 0;break;i+;return i;/*將字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)字*/int trans(char str,int a) /將字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)字int i;int sum=0;for(i=0;ia;i+)sum=sum+(int)(stri-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;im;i+) /使用冒泡法按從小到大順序排列 for(j=i+1;jcidaoj) temp=cidaoi; cidaoi=cidaoj; cidaoj=temp; cout排序后的磁盤序列為：; for( i=0;im;i+) /輸出排序結(jié)果 coutcidaoi ; coutendl; return cidao; /*先來先服務(wù)調(diào)度算法*/void FCFS(int cidao,int m) /磁道號數(shù)組，個(gè)數(shù)為m int now;/當(dāng)前磁道號 int sum=0; /總尋道長度 int j,i;int a;char str100; float ave; /平均尋道長度cout磁盤請求序列為：; for( i=0;im;i+) /按先來先服務(wù)的策略輸出磁盤請求序列 coutcidaoi ; coutendl; coutstr; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！endl; goto B; else now=trans(str,a); /輸入當(dāng)前磁道號 sum+=abs(cidao0-now);cout磁盤掃描序列為：; for( i=0;im;i+) /輸出磁盤掃描序列 coutcidaoi ; for(i=0,j=1;jm;i+,j+) /求平均尋道長度 sum+=abs(cidaoj-cidaoi); ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均尋道長度：aveendl;/*最短尋道時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法*/void SSTF(int cidao,int m) int k=1; int now,l,r; int i,j,sum=0; int a; char str100; float ave; cidao=bubble(cidao,m); /調(diào)用冒泡排序算法排序 coutstr; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！endl; goto C; else now=trans(str,a); /輸入當(dāng)前磁道號 if(cidaom-1=now) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最大者，則直接由外向內(nèi)依次給予各請求服務(wù) cout=0;i-) coutcidaoi=now) /若當(dāng)前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務(wù) cout磁盤掃描序列為：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大者 cout磁盤掃描序列為：; while(cidaok=0)&(rm) /當(dāng)前磁道在請求序列范圍內(nèi) if(now-cidaol)=(cidaor-now) /選擇與當(dāng)前磁道最近的請求給予服務(wù) coutcidaol ; sum+=now-cidaol; now=cidaol; l=l-1; else coutcidaor ; sum+=cidaor-now; now=cidaor; r=r+1; if(l=-1) /磁頭移動(dòng)到序列的最小號，返回外側(cè)掃描仍未掃描的磁道 for(j=r;jm;j+) coutcidaoj=0;j-) coutcidaoj ; sum+=cidaom-1-cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均尋道長度： aveendl;/*掃描調(diào)度算法*/void SCAN(int cidao,int m) /先要給出當(dāng)前磁道號和移動(dòng)臂的移動(dòng)方向 int k=1; int now,l,r,d; int i,j,sum=0; int a; char str100; float ave; cidao=bubble(cidao,m); /調(diào)用冒泡排序算法排序 coutstr; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！endl; goto D; else now=trans(str,a); /輸入當(dāng)前磁道號 if(cidaom-1=now) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最大者，則直接由外向內(nèi)依次給予各請求服務(wù),此情況同最短尋道優(yōu)先 cout=0;i-) coutcidaoi=now) /若當(dāng)前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務(wù),此情況同最短尋道優(yōu)先 cout磁盤掃描序列為：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大者 while(cidaoknow) k+; l=k-1; r=k; coutd; if(d=0) /選擇移動(dòng)臂方向向內(nèi)，則先向內(nèi)掃描 cout=0;j-) coutcidaoj ; /輸出向內(nèi)掃描的序列 for(j=r;jm;j+) /磁頭移動(dòng)到最小號，則改變方向向外掃描未掃描的磁道 coutcidaoj ; /輸出向外掃描的序列 sum=now-2*cidao0+cidaom-1; else /選擇移動(dòng)臂方向向外，則先向外掃描 cout磁盤掃描序列為：; for(j=r;jm;j+) coutcidaoj=0;j-) /磁頭移動(dòng)到最大號，則改變方向向內(nèi)掃描未掃描的磁道 coutcidaoj ; sum=-now-cidao0+2*cidaom-1; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均尋道長度： aveendl;/*循環(huán)掃描調(diào)度算法*/void CSCAN(int cidao,int m) int k=1; int now,l,r; int i,j,sum=0; int a; char str100; float ave; cidao=bubble(cidao,m); /調(diào)用冒泡排序算法排序 coutstr; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！endl; goto E; else now=trans(str,a); /輸入當(dāng)前磁道號 if(cidaom-1=now) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最大者，則直接將移動(dòng)臂移動(dòng)到最小號磁道依次向外給予各請求服務(wù) cout磁盤掃描序列為：; for(i=0;im;i+) coutcidaoi=now) /若當(dāng)前磁道號小于請求序列中最小者，則直接由內(nèi)向外依次給予各請求服務(wù),此情況同最短尋道優(yōu)先 cout磁盤掃描序列為：; for(i=0;im;i+) coutcidaoicidao0&nowcidaom-1) /若當(dāng)前磁道號大于請求序列中最小者且小于最大者 cout磁盤掃描序列為：; while(cidaoknow) /單向反復(fù)地從內(nèi)向外掃描 k+; l=k-1; r=k; for(j=r;jm;j+) coutcidaoj ; /輸出從當(dāng)前磁道向外掃描的序列 for(j=0;jr;j+) /當(dāng)掃描完最大號磁道，磁頭直接移動(dòng)到最小號磁道，再向外掃描未掃描的磁道 coutcidaoj ; sum=2*cidaom-1+cidaol-now-2*cidao0; ave=(float)(sum)/(float)(m); coutendl; cout平均尋道長度： aveendl;void main() int a; int c; /菜單項(xiàng) int cidaomaxsize; int i=0,count; char str100; cout請輸入磁道序列（0結(jié)束）：str; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！str; /對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷 a=decide(str); if(a=0) cout輸入數(shù)據(jù)的類型錯(cuò)誤,請重新輸入！endl; else cidaoi=trans(str,a); i+; count=i-1; /要訪問的磁道數(shù) cout你輸入的磁道序列為：; for(i=0;icount;i+) coutcidaoi ; /輸出磁道序列 coutendl; while(1) coutendl; cout*endl; cout* 系統(tǒng)菜單 *endl;cout*endl;cout* *endl;cout* 1. 先來先服務(wù) *endl;cout* *endl;cout* 2. 最短尋道時(shí)間優(yōu)先 *endl;cou