磁盘调度
一 、实验目的：
磁盘是高速、大容量、旋转型、可直接存取的存储设备。它作为计算机系统的辅助存储器，担负着繁重的输入输出工作，在现代计算机系统中往往同时会有若干个要求访问磁盘的输入输出要求。系统可采用一种策略，尽可能按最佳次序执行访问磁盘的请求。由于磁盘访问时间主要受寻道时间T的影响，为此需要采用合适的寻道算法，以降低寻道时间。本实验要求学生模拟设计一个磁盘调度程序，观察调度程序的动态运行过程。通过实验让学生理解和掌握磁盘调度的职能。
二 、概要设计：
要求设计主界面能灵活选择某算法，且实现以下算法：
（1）先来先服务算法（FCFS）
（2）最短寻道时间优先算法（SSTF）
（3）扫描算法（SCAN）
（4）循环扫描算法（CSCAN）
本系统划分为四个模块：先来先服务算法模块void FCFS(int array[],int m)、最短寻道时优先算法模块void SSTF(int array[],int m)、扫描算法模块void SCAN(int array[],int m)、循环扫描算法模块void SCAN(int array[],int m)
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：（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：
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。
三 、实验内容：
1、先来先服务(FCFS)
这是一种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。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。
先来先服务算法（FCFS）流程图：
1
2、最短寻道时间优先(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，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短。
最短寻道时间优先流程图：
3、扫描算法(SCAN)
SCAN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
2
动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN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。
4、循环扫描算法（CSCAN）
单项扫描调度算法的基本思想是，不考虑访问者等待的先后次序，总是从0号柱面开始向里道扫描，按照各自所要访问的柱面位置的次序去选择访问者。在移动臂到达最后一个柱面后，立即快速返回到0号柱面，返回时不为任何的访问者等待服务。在返回到0号柱面后，再次进行扫描。由于该例中已假定读写的当前位置在50号柱面，所以，指示了从50号柱面继续向里扫描，依次为61
、99、130、148、159、199各柱面的访问者服务，此时移动臂已经是最内的柱面，于是立即返回到0号柱面，重新扫描，依次为15、32号柱面的访问者服务。除了“先来先服务”调度算法外其余三种调度算法都是根据欲访问的柱面位置来继续调度的。在调度过程中可能有新的请求访问者加入。在这些新的请求访问者加入时，如果读写已经超过了它们所要访问的柱面位置，则只能在以后的调度中被选择执行。在多道程序设计系统中，在等待访问磁盘的若干访问者请求中，可能要求访问的柱面号相同，但在同一柱面上的不同磁道，或访问同一柱面中同一磁道上的不同扇区。所以，在进行移动调度时，在按照某种短法把移动臂定位到某个柱面后，应该在等待访问这个柱面的各个访问者的输入输出操作都完成之后，在改变移动臂的位置。
四 、运行结果：
先来先服务算法（FCFS）
3
最短寻道时间(SSTF)算法
:
扫描算法
(SCAN):
4
循环扫描算法
(CSCAN):
五 、心得体会：
此次操作系统的课程设计，从理论到实践，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 本次实验首先要了解磁盘调度的工作原理及四种调度方法的工作原理。在课程设计前的准备工作时，先把这部分工作做完了。在设计总的程序框架的时候，要注意各功能模块的位置，尽量做到简洁、有序；各功能模块与主程序要正确衔接。 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，自身知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。比如说编语言掌握得不好，应用程序编写不太会……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在此，也感谢在课程设计过程中帮我解惑的老师和同学。
5
磁盘调度
一 、实验目的：
磁盘是高速、大容量、旋转型、可直接存取的存储设备。它作为计算机系统的辅助存储器，担负着繁重的输入输出工作，在现代计算机系统中往往同时会有若干个要求访问磁盘的输入输出要求。系统可采用一种策略，尽可能按最佳次序执行访问磁盘的请求。由于磁盘访问时间主要受寻道时间T的影响，为此需要采用合适的寻道算法，以降低寻道时间。本实验要求学生模拟设计一个磁盘调度程序，观察调度程序的动态运行过程。通过实验让学生理解和掌握磁盘调度的职能。
二 、概要设计：
要求设计主界面能灵活选择某算法，且实现以下算法：
（1）先来先服务算法（FCFS）
（2）最短寻道时间优先算法（SSTF）
（3）扫描算法（SCAN）
（4）循环扫描算法（CSCAN）
本系统划分为四个模块：先来先服务算法模块void FCFS(int array[],int m)、最短寻道时优先算法模块void SSTF(int array[],int m)、扫描算法模块void SCAN(int array[],int m)、循环扫描算法模块void SCAN(int array[],int m)
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：（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：
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。
三 、实验内容：
1、先来先服务(FCFS)
这是一种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。但此算法由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。
先来先服务算法（FCFS）流程图：
1
2、最短寻道时间优先(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，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短。
最短寻道时间优先流程图：
3、扫描算法(SCAN)
SCAN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
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动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN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。
4、循环扫描算法（CSCAN）
单项扫描调度算法的基本思想是，不考虑访问者等待的先后次序，总是从0号柱面开始向里道扫描，按照各自所要访问的柱面位置的次序去选择访问者。在移动臂到达最后一个柱面后，立即快速返回到0号柱面，返回时不为任何的访问者等待服务。在返回到0号柱面后，再次进行扫描。由于该例中已假定读写的当前位置在50号柱面，所以，指示了从50号柱面继续向里扫描，依次为61
、99、130、148、159、199各柱面的访问者服务，此时移动臂已经是最内的柱面，于是立即返回到0号柱面，重新扫描，依次为15、32号柱面的访问者服务。除了“先来先服务”调度算法外其余三种调度算法都是根据欲访问的柱面位置来继续调度的。在调度过程中可能有新的请求访问者加入。在这些新的请求访问者加入时，如果读写已经超过了它们所要访问的柱面位置，则只能在以后的调度中被选择执行。在多道程序设计系统中，在等待访问磁盘的若干访问者请求中，可能要求访问的柱面号相同，但在同一柱面上的不同磁道，或访问同一柱面中同一磁道上的不同扇区。所以，在进行移动调度时，在按照某种短法把移动臂定位到某个柱面后，应该在等待访问这个柱面的各个访问者的输入输出操作都完成之后，在改变移动臂的位置。
四 、运行结果：
先来先服务算法（FCFS）
3
最短寻道时间(SSTF)算法
:
扫描算法
(SCAN):
4
循环扫描算法
(CSCAN):
五 、心得体会：
此次操作系统的课程设计，从理论到实践，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 本次实验首先要了解磁盘调度的工作原理及四种调度方法的工作原理。在课程设计前的准备工作时，先把这部分工作做完了。在设计总的程序框架的时候，要注意各功能模块的位置，尽量做到简洁、有序；各功能模块与主程序要正确衔接。 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，自身知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。比如说编语言掌握得不好，应用程序编写不太会……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在此，也感谢在课程设计过程中帮我解惑的老师和同学。
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