(完整word版)磁盘调度算法的实现与分析

计算机操作系统课程设计

设计说明书

（题目）

磁盘调度算法的实现与分析

起止日期：2013 年12 月25 日至2013年12 月31 日

学生姓名

班级

学号

成绩

指导教师(签字)

计算机与通信学院

2013年12 月31 日

目录

1 课程设计简介 (3)

1.1 课程设计的目的 (3)

1.2 课程设计内容 (3)

2 数据结构的设计 (4)

2.1 变量和数组的定义 (4)

2.2函数的定义 (4)

3 功能模块（或算法）描述 (4)

3.1模块划分 (4)

3.2 模块调用关系图 (8)

4 程序运行结果..................................... 错误！未定义书签。

5 心得体会 (12)

参考文献 (13)

附源代码 (13)

1 课程设计简介

1.1 课程设计的目的

本课程设计的目的是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。

1.2 课程设计内容

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）。

1、先来先服务算法（FCFS）

这是一种比较简单的磁盘调度算法。它根据进程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。此算法由于未对寻道进行优化，在对磁盘的访问请求比较多的情况下，此算法将降低设备服务的吞吐量，致使平均寻道时间可能较长，但各进程得到服务的响应时间的变化幅度较小。

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，以使每次的寻道时间最短，该算法可以得到比较好的吞吐量，但却不能保证平均寻道时间最短。其缺点是对用户的服务请求的响应机会不是均等的，因而导致响应时间的变化幅度很大。在服务请求很多的情况下，对内外边缘磁道的请求将会无限期的被延迟，有些请求的响应时间将不可预期。

3、扫描算法（SCAN）

扫描算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，扫描算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外地访问，直到再无更外的磁道需要访问才将磁臂换向，自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，即其要访问的磁道，在当前磁道之内，从而避免了饥饿现象的出现。由于这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，故又称为电梯调度算法。此算法基本上克服了最短寻道时间优先算法的服务集中于中间磁道和响应时间变化比较大的缺点，而具有最短寻道时间优先算法的优点即

吞吐量较大，平均响应时间较小，但由于是摆动式的扫描方法，两侧磁道被访问的频率仍低于中间磁道。

4、循环扫描算法（CSCAN）

循环扫描算法是对扫描算法的改进。如果对磁道的访问请求是均匀分布的，当磁头到达磁盘的一端，并反向运动时落在磁头之后的访问请求相对较少。这是由于这些磁道刚被处理，而磁盘另一端的请求密度相当高，且这些访问请求等待的时间较长，为了解决这种情况，循环扫描算法规定磁头单向移动。例如，只自里向外移动，当磁头移到最外的被访问磁道时，磁头立即返回到最里的欲访磁道，即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。

2 数据结构的设计

2.1 变量和数组的定义

int Track[N];用来存放随机生成的磁道请求序列

int Sum=0; 用来存放移动的总磁道数

float AverTime=0.0; 用来存放平均寻道数

2.2函数的定义

void Sort(int Track[],int Num)：冒泡法从小到大排序

void Output(int Track[],int Num)：用于将随机生成的磁道请求序列和当前磁道数输出

void FCFS(int Track[],int Num)：先来先服务算法模块

void SSTF(int Track[],int Num)：最短寻道时间优先算法模块

void SCAN(int Track[],int Num) 扫描算法模块

void C_SCAN(int Track[],int Num) ：循环扫描算法模块

3 功能模块（或算法）描述

3.1模块划分

本系统划分为四个模块：先来先服务算法模块void FCFS(int Track[],int Num)、最短寻道时间优先算法模块void SSTF(int Track[],int Num)、扫描算法模块void SCAN(int Track[],int Num) 和循环扫描算法模块：void C_SCAN (int Track[],int Num)

1 先来先服务算法模块：void FCFS(int array[],int m)

输入磁道号，按先来先服务的策略输出磁盘请求序列，求平均寻道长度，输出移动平

均磁道数。

主要代码：for(i=0;i

{

if(Num

temp=Track[i]-Num;

else temp=Num-Track[i];

Num=Track[i];

Sum+=temp;

}

AverTime=(float)Sum/N;

2 最短寻道时间优先算法模块：void SSTF(int Track[],int Num)

首先将随机生成的磁盘请求序列与当前所在的磁道号进行比较，将所得之差用数组Ttrack保存起来。然后在求出Ttrack数组中最小的数即为第一个访问的磁道。再将访问过的磁道置-1。再次循环，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。

主要代码：for(j=0;j

for(i=0;i

if(Ttrack[i]==-1)

continue;

else{

if(Num

Ttrack[i]=Track[i]-Num;

else Ttrack[i]=Num-Track[i];

}

}

min=200;

minj=0;

for(i=0;i

if(Ttrack[i]==-1) continue;

else{

if(Ttrack[i]

min=Ttrack[i];

minj=i;

}

}

}

Num=Track[minj];

Disk[Dcount++]=Num;

Sum=Sum+Ttrack[minj];

Ttrack[minj]=-1;

}

AverTime=(float)Sum/N;

3 扫描算法模块：void SCAN(int Track[],int Num)

将磁道号用冒泡法将随机生成的磁道请求序列从小到大排序，随机生成的当前磁道号，选择移动臂的移动方向，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。

主要代码： Output(Track,Num);

for(i=0;i

temp[i]=Track[i];

Sort(temp,N); //将访问序列从小到大排序

while(temp[k]

{

k++;

}

l=k-1;

r=k;

printf("请输入移动臂移动方向 (1 表示比当前磁道号大的方向，0表示比当前磁道小的方向) : ");

scanf("%d",&choose);

if(choose==0){

printf("磁道访问的序列为：");

for(j=l;j>=0;j--){

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=r;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=Num-2*temp[0]+temp[N-1];

}

else{

printf("磁道访问的序列为：");

for(j=r;j

{

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=l;j>=0;j--)

{

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=Num-temp[0]+2*temp[N-1];

}

AverTime=(float)Sum/N;

4 循环扫描算法模块：void C_SCAN(int Track[],int Num)

将磁道号用冒泡法从小到大排序，输出排好序的序列，随机生成的当前磁道号，规定移动臂单向反复的从内向外移动，根据当前磁道在已排的序列中的位置，选择扫描的顺序，求出平均寻道长度，输出移动的平均磁道数。

主要代码： Output(Track,Num);

for(i=0;i

temp[i]=Track[i];

Sort(temp,N);

printf("磁道访问的序列为：");

while(temp[k]

k++;

}

l=k-1;

r=k;

for(j=r;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=0;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=2*temp[N-1]+temp[l]-Num-2*temp[0];

AverTime=(float)(Sum)/(float)(N);

3.2 模块调用关系图

4 程序运行结果磁盘调度模拟系统主界面：

选择第一种算法：先来先服务调度算法

选择第二种算法：最短寻道时间优先调度算法

选择第三种算法：扫描调度算法

选择第四种算法：循环扫描调度算法

四种算法比较：

5心得体会

本系统软件中的重用代码，设计成一个函数，实现了代码重用。本系统是在dos状态下进行编译执行的，没有图形化界面。

通过此次课程设计，我对操作系统的基础知识了解得更透彻了，同时对磁盘调度的四种算法——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）有了更深刻的理解和掌握，使我能够为磁盘调度选择适当的算法，提高CPU工作效率。设计过程中遇到的困难在老师和同学的帮助下顺利解决并通过了验收，我深刻认识到算法的逻辑性对程序的重要影响，算法的准确度对程序运行结果的重要影响，这对我以后在操作系统的学习中有极大帮助。

参考文献

[1]严蔚敏，吴伟民，数据结构（C语言版），北京，清华大学出版社

[2]杨树林，胡洁萍，C#程序设计与案例教程，北京，清华大学出版社

[3]谭浩强，C++程序设计，清华大学出版社，2004

[4]谢青松. 操作系统原理. 人民邮电出版社.2004

[5］袁宝华. 操作系统实验教程. 北京交通大学出版社

[6]罗宇，邹鹏，邓胜兰．操作系统［Ｍ］．北京：电子工业高等教育出版社，2012

附源代码

#include "stdio.h"

#include "time.h"

#include "stdlib.h"

#define N 10

void Sort(int Array[],int n) //冒泡排序算法,从小到大排序

{

int i,j,temp;

for(i=1;i

for(j=0;j

if(Array[j]>Array[j+1]){

temp=Array[j];

Array[j]=Array[j+1];

Array[j+1]=temp;

}

}

void Output(int Track[],int Num)

{

int i;

printf("请求的磁道序列为：");

for(i=0;i

printf(" %d ",Track[i]);

}

printf("\n");

printf("当前所在磁道号是:%d\n",Num);

}

/*********************先来先服务调度算法**************************/

void FCFS(int Track[],int Num)

{

int i,temp;

int Sum=0;

float AverTime=0.0;

printf("*********************先来先服务调度算法**************************\n\n");

Output(Track,Num);

for(i=0;i

{

if(Num

temp=Track[i]-Num;

else temp=Num-Track[i];

Num=Track[i];

Sum+=temp;

}

AverTime=(float)Sum/N;

printf("磁道访问的序列为：");

for(i=0;i

printf(" %d ",Track[i]);

printf("\n平均寻道长度为：%.2f\n\n",AverTime);

}

/**********************最短寻道时间优先调度算法********************/

void SSTF(int Track[],int Num)

{

int i,j,Ttrack[N],Disk[N];

int min,minj,Dcount=0;

int Sum=0;

float AverTime=0.0;

printf("**********************最短寻道时间优先调度算法********************\n\n");

Output(Track,Num);

for(i=0;i

Ttrack[i]=0;

}

for(j=0;j

for(i=0;i

if(Ttrack[i]==-1)

continue;

else{

if(Num

Ttrack[i]=Track[i]-Num;

else Ttrack[i]=Num-Track[i];

}

}

min=200;

minj=0;

for(i=0;i

if(Ttrack[i]==-1) continue;

else{

if(Ttrack[i]

min=Ttrack[i];

minj=i;

}

}

}

Num=Track[minj];

Disk[Dcount++]=Num;

Sum=Sum+Ttrack[minj];

Ttrack[minj]=-1;

}

AverTime=(float)Sum/N;

printf("磁道访问的序列为：");

for(i=0;i

printf(" %d ",Disk[i]);

printf("\n平均寻道长度为：%.2f\n\n",AverTime);

}

/*****************************扫描调度算法*******************************/

void SCAN(int Track[],int Num)

{

int i,j,k=0,r=0,l=0,choose;

int temp[N];

int Sum=0;

float AverTime=0.0;

printf("*****************************扫描调度算法*******************************\n\n");

Output(Track,Num);

for(i=0;i

temp[i]=Track[i];

Sort(temp,N); //将访问序列从小到大排序

while(temp[k]

{

k++;

}

l=k-1;

r=k;

printf("请输入移动臂移动方向(1 表示比当前磁道号大的方向，0表示比当前磁道小的方向) : ");

scanf("%d",&choose);

if(choose==0){

printf("磁道访问的序列为：");

for(j=l;j>=0;j--){

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=r;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=Num-2*temp[0]+temp[N-1];

}

else{

printf("磁道访问的序列为：");

for(j=r;j

{

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=l;j>=0;j--)

{

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=Num-temp[0]+2*temp[N-1];

}

AverTime=(float)Sum/N;

printf("\n平均寻道长度为：%.2f\n\n",AverTime);

}

/************************循环扫描调度算法*****************************/

void C_SCAN(int Track[],int Num)

{

int i,j,k=0,r=0,l=0;

int temp[N];

int Sum=0;

float AverTime=0.0;

printf("************************循环扫描调度算法*****************************\n\n");

Output(Track,Num);

for(i=0;i

temp[i]=Track[i];

Sort(temp,N);

printf("磁道访问的序列为：");

while(temp[k]

k++;

}

l=k-1;

r=k;

for(j=r;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

for(j=0;j

printf(" %d ",temp[j]);

}

Sum=2*temp[N-1]+temp[l]-Num-2*temp[0];

AverTime=(float)(Sum)/(float)(N);

printf("\n平均寻道长度为：%.2f\n\n",AverTime);

}

void main()

{

int Input,i,num;

int Track[N];

srand((int)time(0));

for(i=0;i

{

Track[i]=1+(int)(200.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));

}

printf("\n");

num=1+(int)(200.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));

while(1){

printf(" ************* 磁盘调度算法***********\n");

printf("

*******************************************************************\n");

printf(" ************* 请选择要使用的算法***********\n");

printf(" **********

********\n");

printf(" ***** 1、先来先服务调度算法(FCFS) *****\n");

printf(" ***** 2、最短寻道时间优先调度算法(SSTF) *****\n");

printf(" ***** 3、扫描调度算法(SCAN) *****\n");

printf(" ***** 4、循环扫描调度算法(CSCAN) *****\n");

printf(" ***** 5、调用五种算法，进行比较*****\n");

printf(" ***** 6、退出*****\n");

printf(" **********

********\n");

printf(" *************

***********\n");

printf("

*******************************************************************\n\n");

printf("请选择算法：");

scanf("%d",&Input);

printf("\n");

switch(Input)

{

case 1: //使用FCFS算法

FCFS(Track,num);

break;

case 2: //使用SSTF算法

SSTF(Track,num);

break;

case 3: //使用SCAN算法

SCAN(Track,num);

break;

case 4: //使用CSCAN算法

C_SCAN(Track,num);

break;

case 5:

FCFS(Track,num);

SSTF(Track,num);

SCAN(Track,num);

C_SCAN(Track,num);

break;

case 6:

exit(0);

break;

}

}

}