模拟磁盘调度算法,操作系统课程设计
某某大学 课程设计报告
课程名称： 操作系统
设计题目： 模拟磁盘调度算法 系 别： 计算机系 专 业： 计算机科学与技术 组 别： 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: .. 2
目录 第一章 需求分析 ............................................................................................................................. 1 1.1课程设计的简介 ................................................................................................................ 1 1.2课程设计的目的 ................................................................................................................ 1 1.3磁盘调度主要思想 ............................................................................................. 1 1.4课程设计内容 .................................................................................................................... 2 第二章 概要设计 ............................................................................................................................. 3 2.1设计思想 ............................................................................................................................ 3 2.2 数据结构 ........................................................................................................................... 3 2.3模块调用关系图 ................................................................................................................ 3 2.4子模块程序流程图 ............................................................................................................ 5 第三章 详细设计 ............................................................................................................................. 6 3.1模块划分 ............................................................................................................................ 6 第四章 代码测试 ........................................................................................................................... 9 4.1先来先服务 ........................................................................................................................ 9 4.1最短寻道时间优先 .......................................................................................................... 11 4.1扫描算法 .......................................................................................................................... 12 第五章 心得体会 ........................................................................................................................... 13 第六章 致谢 ................................................................................................................................... 13 参考文献......................................................................................................................................... 13 附源代码........................................................................................................................................... 1 .1.
第一章 需求分析 1.1课程设计的简介 这是一个用VC++6.0为工具、C++为编程语言而实现模拟先来先服务算法（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）的一个磁盘调度程序。该程序设计系统主界面可以灵活选择某种算法并算出磁头移动的总磁道数以及平均磁道数。 1.2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（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）等磁盘调度算法的理解。
1.3磁盘调度主要思想 设备的动态分配算法与进程调度相似，也是基于一定的分配策略的。常用的分配策略有先请求先分配、优先级高者先分配等策略。在多道程序系统中，低效率通常是由于磁盘类旋转设备使用不当造成的。操作系统中，对磁盘的访问要求来自多方面，常常需要排队。这时，对众多的访问要求按一定的次序响应，会直接影响磁盘的工作效率，进而影响系统的性能。访问磁盘的时间因子由3部分构成，它们是查找（查找磁道）时间、等待（旋转等待扇区）时间和数据传输时间，其中查找时间是决定因素。因此，磁盘调度算法先考虑优化查找策略，需要时再优化旋转等待策略。 平均寻道长度（L）为所有磁道所需移动距离之和除以总的所需访问的磁道数（N），即： L=（M1+M2+……+Mi+……+MN）/N。其中Mi为所需访问的磁道号所需移动的磁道数。 启动磁盘执行输入输出操作时，要把移动臂移动到指定的柱面，再等待指定扇区的旋转到磁头位置下，然后让指定的磁头进行读写，完成信息传送。因此，执行一次输入输出所花的时间有： .2.
寻找时间——磁头在移动臂带动下移动到指定柱面所花的时间。 延迟时间——指定扇区旋转到磁头下所需的时间。 传送时间——由磁头进程读写完成信息传送的时间。 其中传送信息所花的时间，是在硬件设计就固定的。而寻找时间和延迟时间是与信息在磁盘上的位置有关。 为了减少移动臂进行移动花费的时间，每个文件的信息不是按盘面上的磁道顺序存放满一个盘面后，再放到下一个盘面上。而是按柱面存放，同一柱面上的各磁道被放满信息后，再放到下一个柱面上。所以各磁盘的编号按柱面顺序（从0号柱面开始），每个柱面按磁道顺序，每个磁道又按扇区顺序进行排序。 1.4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）。并计算及比较磁头移动总磁道数和平均磁道数。 1.4.1、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。 1.4.2、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。 1.4.3、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
操作系统磁盘的驱动调度
二、旋转调度
根据延迟时间来决定执行次序 的调度称为“旋转调度”。
应分析下列情况：
一．若干等待访问者请求访问 同一磁道上的不同扇区。
二．若干等待访问者请求访问 不同磁道上的不同扇区。
三．若干等待访问者请求访问 不同磁道上相同扇区。
例如，有4个访问5号柱面的请求访问者，它们的访问要求如 下表所示。
请求次序 ① ②
如果我们把这8条逻辑记录在磁 道上的位置重新安排一下， (b) 是这8条逻辑记录的最优分布。 处理这8个记录所要花费的时间 为： 8*(2.5+5)=60(ms)。 可 见记录的优化分布有利于减少 延迟时间，从而缩短了输入输 出操作的时间。
(b)
当53号柱面上的操作结束后，访问柱面的次序为98，183，37， 122，14，124，65，67。
读写磁头总共移动了640个柱面的距离。
现在当53号柱面的操作结束 后，访问次序为65、67、 37、14，98，122，124， 183。
读写磁头总共移动了236个 柱面的距离。
2．最短寻找 时间优先调度 算法
在多道程序设计系统中，在等待访问磁盘的若干请求访问者中，有些请 求访问者可能要求访问的柱面号相同，但各自要求访问同一柱面上的不 同磁道，或访问同一柱面同一磁道上不同扇区。所以，在进行移臂调度 时，按照某种算法把移动臂定位到某个柱面后，应让等待访问这个柱面 的各个访问者的输入输出操作都完成后再改变移动臂的位置。
计算机操作系统课程设计教学大纲
《计算机操作系统》课程设计教学大纲课程编号：08120070课程名称：计算机操作系统/Computer Operating System课程总学时/学分：56/3.5（其中理论46学时，实验10学时课程设计时间/学分：1周/1学分适用专业：计算机科学与技术一、设计任务及目的《计算机操作系统》课程是计算机科学与技术专业的一门重要专业基础课，“计算机操作系统课程设计”的目的是在学生学习了《计算机操作系统》课程之后理论联系实践，一方面延续《计算机操作系统》课程实验的要求，进一步加深与巩固学生对计算机操作系统中概念、基本原理、算法的理解和掌握，培养学生对计算机常用操作系统的操作能力；另一方面通过本环节加强培养学生分析、修改和设计操作系统的能力。
期望达到学为所用，并且能进一步提高使用计算机和编程能力。
二、课程设计的基本要求1、了解所选择开发环境的调试功能，掌握跟踪，修改错误的技巧。
2、能根据实际问题选择数据结构，清淅的描述算法。
3、培养良好的编程风格。
4、撰写课程设计报告，按格式要求写出完整的、规范的报告并打印，其中模块图、流程图要清楚规范，特别要求学生独立完成。
三、设计需运用的基本理论设计需运用计算机系统知识、操作系统基本概念、进程管理、存储管理技术、I/O管理技术、文件管理、高级语言程序设计、数据结构等内容。
四、课程设计内容与时间安排1、设计内容：可以选择下面提供的参考选题，也可以自选，如果自选，需要将自选题，目的详细内容以及实现要求提供给老师，老师批准后方可采用。
课题一：进程管理演示设计目的：加深对进程概念及进程管理各部分内容的理解；熟悉进程管理中主要数据结构的设计及进程调度算法、进程控制机构、同步机构及通讯机构的实施。
设计内容：设计一个允许n个进程并发运行的进程管理模拟系统。
该系统包括有简单的进程控制、同步与通讯机构，其进程调度算法可任意选择（优先级调度，时间片轮转，短进程优先中的一种）。
每个进程用一个PCB表示，其内容根据具体情况设置。
计算机操作系统课程设计题目及要求
一、设计题目
二、设计步骤
1.需求分析：了解基本原理，确定算法的基本功能，查找相关资料，
画出基本的数据流图；
2.总体设计：确定算法的总体结构、数据结构、模块关系和总体流程；
3.详细设计：确定模块内部的流程和算法步骤。
4.上机编码和调试；
5.实际数据运行测试与分析；
6.课程设计总结报告撰写。
三、课程设计报告撰写
课程设计报告主要内容：
①概述：设计主要完成的任务和解决的主要问题；
②设计的基本概念和原理；
③总体设计：实现的方法和主要技术路线；
④详细设计：使用主要控件、函数；
⑤测试与数据分析
⑥完成的情况、简要的使用说明；
⑦结果分析
⑧总结：特色、经验、教训和感受；
⑨参考文献
⑩。
计算机操作系统第七章--磁盘调度
7.1.1磁盘性能简述
2.移动头磁盘 每个盘面配一个磁头，装入磁臂 中，为能访问该盘面上的所有磁道，该 磁头必须移动进行寻道。移动头磁盘只 能进行串行读/写，I/O速度较慢，但结 构简单，广泛地用于中、小型磁盘设备 中。在微机上配置的温盘(温彻斯特)和 软盘，都采用移动磁头结构，故本节主 要针对这类磁盘的I/O进行讨论。
7.1.3 各种扫描算法
N步SCAN算法是将磁盘请求队 列分成若干个长度为N的子队列，磁 盘调度将按FCFS算法依次处理这些 子队列。每处理一个队列时，又是 按SCAN算法，对一个队列处理完后 又处理其它队列，这样就可避免出 现粘着现象。
7.1.3 各种扫描算法
当N值取得很大时，会使N步扫描 算法的性能，接近于SCAN算法的性 能，当N=1时，N步SCAN算法退化 为FCFS算法。
58
55 39
32
3 16
38
18
1
20
平均寻道长度：27.8
7.1.3 各种扫描算法
二、循环扫描CSCAN(Circular SCAN)单 向扫描 SCAN算法既能获得较好的性能， 又能访止进程饥饿，广泛用于大、中、 小型 机和网络中的磁盘调度。
7.1.3 各种扫描算法
问题：当磁头刚从里向外移动过 某一磁道时，恰有一进程请求访问 此磁道，这时该进程必须等待，待 磁头从里向外，然后再从外向里扫 描完所有要访问的磁道后，才处理 该进程的请求，致使该进程的请求 被严重地推迟。
7.1.3 各种扫描算法
被访问的下 一个磁道号 150 160 184 18 38 39 55 58 90 移动距离 (磁道数) 50 10 24 166 20 1 16 3 32
平均寻道长度：27.5
操作系统课程设计题目
-操作系统性能调优策略
-多处理器系统
-多处理器系统的基本概念
-并行与分布式计算
-实时操作系统
-实时操作系统的特点与需求
-实时调度算法
-操作系统中的并发控制
-并发的基本概念
-互斥与同步机制
-课程设计进阶项目
-设计并实现一个简单的实时操作系统
-研究并发控制策略在操作系统中的应用
-分析多处理器系统中的负载均衡问题
4.章节四：内存管理
-内存分配与回收策略
-虚拟内存与分页机制
5.章节五：设备管理
-设备管理的基本原理
- I/O调度策略
6.章节六：文件系统
-文件与目录结构
-文件存储与访问控制
2、教学内容
-文件系统性能优化
-磁盘空间分配策略
-磁盘碎片整理方法
-操作系统安全性
-访问控制机制
-加密与认证技术
-操作系统实例分析
-探索操作系统在移动设备、物联网等新兴领域的应用案例
4、教学内容
-操作系统接口与用户交互
-命令行接口（CLI）与图形用户界面（GUI）
-操作系统提供的系统调用与服务
-操作系统的网络功能
-网络协议栈的基础知识
-操作系统在网络通信中的作用
-操作系统的虚拟化技术
-虚拟化技术的原理与应用
-虚拟机监控器（VMM）的作用与分类
-探讨操作系统在人机交互方面的未来发展趋势
-评估开源操作系统的标准化程度及其对行业的影响
操作系统课程设计题目
一、教学内容
本章节内容来自《操作系统》课程，针对高二年级学生，选择以下课程设计题目：
1.章节一：操作系统概述
-操作系统Hale Waihona Puke 基本概念-操作系统的历史与发展
电梯调度算法实验报告
} 【执行结果】
-4-
操作系统实验报告
课程 学号 姓名
操作系统
日期
实验项目 名称
磁盘调度
六、心得体会 通过本次的实验，充分 了解了电梯调 度的执行过程以 及有关的算法， 了解了磁盘调度 的重要
思想，为今后的学习奠定了一定的基础。
-5-
{cout<<p[i]<<" ";
if (i==9){cout<<endl;} }
cout<<"--------------------------------------------"<<endl;
cout<<"请输入当前磁道位置(0--100 之间)：";
cin>>P2; cout<<"----------------------------------------------"<<endl; if(P2<0||P2>100)
{ cout<<"磁道位置非法！请重新输入！"<<endl; cout<<"请输入当前磁道位置(0--100 之间)："; cin>>P2;
}
cout<<"初始化检查完成，输入无误！开始执行 SCAN 算法！"<<endl; cout<<"----------------------------------------------"<<endl;
-2-
操作系统实验报告
课程 学号 姓名
《操作系统》课程实验报告
《操作系统》课程实验报告一、实验目的本次《操作系统》课程实验的主要目的是通过实际操作和观察，深入理解操作系统的工作原理、进程管理、内存管理、文件系统等核心概念，并掌握相关的操作技能和分析方法。
二、实验环境1、操作系统：Windows 10 专业版2、开发工具：Visual Studio Code3、编程语言：C/C+＋三、实验内容（一）进程管理实验1、进程创建与终止通过编程实现创建新进程，并观察进程的创建过程和资源分配情况。
同时，实现进程的正常终止和异常终止，并分析其对系统的影响。
2、进程同步与互斥使用信号量、互斥锁等机制实现进程之间的同步与互斥。
通过模拟多个进程对共享资源的访问，观察并解决可能出现的竞争条件和死锁问题。
（二）内存管理实验1、内存分配与回收实现不同的内存分配算法，如首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。
观察在不同的内存请求序列下，内存的分配和回收情况，并分析算法的性能和优缺点。
2、虚拟内存管理研究虚拟内存的工作原理，通过设置页面大小、页表结构等参数，观察页面的换入换出过程，以及对系统性能的影响。
（三）文件系统实验1、文件操作实现文件的创建、打开、读取、写入、关闭等基本操作。
观察文件在磁盘上的存储方式和文件系统的目录结构。
2、文件系统性能优化研究文件系统的缓存机制、磁盘调度算法等，通过对大量文件的读写操作，评估不同优化策略对文件系统性能的提升效果。
四、实验步骤（一）进程管理实验步骤1、进程创建与终止（1）使用 C/C+＋语言编写程序，调用系统函数创建新进程。
（2）在子进程中执行特定的任务，父进程等待子进程结束，并获取子进程的返回值。
（3）通过设置异常情况，模拟子进程的异常终止，观察父进程的处理方式。
2、进程同步与互斥（1）定义共享资源和相关的信号量或互斥锁。
（2）创建多个进程，模拟对共享资源的并发访问。
（3）在访问共享资源的关键代码段使用同步机制，确保进程之间的正确协作。
（4）观察并分析在不同的并发情况下，系统的运行结果和资源竞争情况。
操作系统综合性实验报告-进程调度(含代码)
int count;
// 记录进程执行的次数
struct node *next;
// 队列指针
}PCB;
PCB *ready=NULL,*run=NULL,*finish=NULL; // 和完成队列
定义三个队列， 就绪队列， 执 行队列
int num; void GetFirst(); void Output(); void InsertTime(PCB *in); void InsertFinish(PCB *in); TimeCreate(); void RoundRun(); void main() {
三、实验内容
1. 用 C 语言（或其它语言，如 Java ）编程实现对 N 个进程采用某种进程调度算
法（如动态优先权调度算法、先来先服务算法、短进程优先算法、时间片轮转调度
算法）调度执行的模拟。
2. 每个用来标识进程的进程控制块 typedef struct node {
PCB 可用结构来描述，包括以下字段：
一个时间片，当执行完时，有一个计时器发出时钟中断请求，该进程停止，并被送
到就绪队列的末尾，然后再把处理机分配就绪队列的队列进程，同时也让它执行一
个时间片。 （ 3 ）、通过亲手实验， 对上述写的时间片的工作流程和原理有了更贴切的认识。
另外本次实验遇到了很大的麻烦，其实大部分代码是借鉴网上的，但自己通过修改， 来获取自己想要的，在自己的努力和同学的帮助下终于调试正确，很是高兴。
void InsertTime(PCB *in)
// 将进程插入到就绪队列尾部
{ PCB *fst; fst = ready;
if(ready == NULL) {
in->next = ready; ready = in; } else { while(fst->next != NULL) {
计算机操作系统—调度算法
计算机操作系统—调度算法# 有些计算会有问题谅解经典进程的同步问题1、吃⽔果桌上有⼀只盘⼦，每次只能放⼊⼀只⽔果，爸爸专向盘⼦中放苹果(apple)，妈妈专向盘⼦中放桔⼦(orange),⼀个⼉⼦专等吃盘⼦中的桔⼦，⼀个⼥⼉专等吃盘⼦中的苹果。
只要盘⼦中空则爸爸或妈妈可向盘⼦中放⼀只⽔果，仅当盘中有⾃⼰需要的⽔果时，⼉⼦或⼥⼉可从中取出。
把爸爸、妈妈、⼉⼦、⼥⼉看做四个进程，⽤wait、signal操作进⾏管理，使这４个进程能正确地并发执⾏。
如图所⽰。
.png)1、定义信号量的含义与赋值定义⼀个是否允许向盘⼦中存放⽔果的信号量S，其初值为“1” ；定义两个信号量SP和SO分别表⽰盘⼦中是否有苹果或桔⼦的消息，初值均为“0” ，⼀个互斥信号量\[SP=表⽰盘⼦中有苹果；SO=表⽰盘⼦⾥⾯有桔⼦ \]2、写伪代码begin:S,SP,SO:semaphere; //设置信号量S:=1; SP:=0; SO:=0; //进⾏初始赋值Process 爸爸{BeginL1:准备⼀个苹果;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将苹果放⼊盘⼦中signal(SP); //盘⼦中有苹果，返回SPGoto L1; //调⽤L1⼥⼉取⾛盘⼦中的苹果end;}Process 妈妈{BeginL2:准备⼀个桔⼦;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将桔⼦放⼊盘⼦中signal(SO); //盘⼦中有桔⼦，返回SOGoto L2; //调⽤L2⼉⼦取⾛盘⼦中的桔⼦end;}Process ⼉⼦{beginL3:.wait(SO); //等待盘⼦中有桔⼦从盘⼦中拿⾛桔⼦signal（S）; //拿⾛桔⼦后，盘⼦为空；由SO向S转变end;}Process ⼥⼉{beginL4:.wait(SP); //等待盘⼦中有苹果从盘⼦中拿⾛苹果signal（S）; //拿⾛苹果后，盘⼦为空；由SP向S转变end;}end;2、共享打印机现有四个进程R1，R2，W1，W2，它们共享可以存放⼀个数的缓冲区。
操作系统页面调度算法程序实验报告
操作系统页面调度算法程序实验报告一、实验背景操作系统是计算机系统中最重要的组成部分之一，它负责管理计算机的资源、协调各个程序的运行和提供用户与计算机之间的接口。
而页面调度算法则是操作系统中非常重要的一个部分，它主要用于管理内存中的页面，以提高计算机系统的性能和效率。
二、实验目的本次实验旨在通过编写一个页面调度算法程序，深入理解操作系统中页面调度算法的原理和实现方法，并掌握如何使用C语言进行程序设计和开发。
三、实验原理1. 页面调度算法概述在操作系统中，为了提高内存利用率和进程执行效率，通常会将进程所需的数据或指令分割成多个大小相等的块（即“页面”），并将这些页面存储到内存中。
当进程需要访问某个页面时，如果该页面已经在内存中，则直接访问即可；如果该页面不在内存中，则需要进行“缺页处理”，将其从磁盘读入内存，并将其中一个已经在内存中但未被访问过一段时间的页面替换出去。
而为了确定应该替换哪个页面，就需要使用一种称为“页面调度算法”的技术来进行决策。
常见的页面调度算法有FIFO、LRU、LFU等。
2. FIFO算法FIFO（First In First Out）算法是最简单的页面调度算法之一，它的原理是将最先进入内存的页面替换出去。
具体来说，当一个新页面需要进入内存时，如果内存已经满了，则将最先进入内存的页面替换出去，并将新页面插入到队列末尾。
3. LRU算法LRU（Least Recently Used）算法是一种比较常用的页面调度算法，它的原理是根据页面最近被访问的时间来进行决策。
具体来说，当一个新页面需要进入内存时，如果内存已经满了，则将最近访问时间最早且未被修改过的页面替换出去，并将新页面插入到队列末尾。
4. LFU算法LFU（Least Frequently Used）算法是一种根据页面使用频率来进行决策的调度算法。
具体来说，当一个新页面需要进入内存时，如果内存已经满了，则将使用频率最低的那个页面替换出去，并将新页面插入到队列末尾。