宇文皓月
摘要：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，使磁盘调度的特点更简单明了，这里主要实现磁盘调度的四种算法，分别是：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）。 启动磁盘执行输入输出操纵时，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，寻道时间——指计算机在发出一个寻址命令，到相应目标数据被找到所需时间；其中传送信息所花的时间，是在硬件设计时固定的，而寻找时间和延迟时间是与信息在磁盘上的位置有关；然后设计出磁盘调度的设计方式，包含算法思路、步调，以及要用到的主要数据结构、函数模块及其之间的调用关系等，并给出详细的算法设计，对编码进行了测试与分析。 最后进行个人总结与设计体会。
关键词：最短寻道时间优先算法、扫描算法、总寻道长度.
目录
前 言2
2. 课程设计任务及要求4
2.1 设计任务4 2.2 设计要求4 3. 算法及数据结构5
3.1算法的总体思想（流程）5 3.2 实现过程中用到的数据结构6 3.3 实现过程中用到的系统调用11 4. 程序设计与实现11
4.1 最短寻道时间优先算法（SSTF）模块11
4.1.1程序流程图11 4.1.2 程序说明13 4.1.3 程序关键代码13 4.2扫描算法（SCAN）模块14 4.2.1 程序流程图14
4.2.2 程序说明16 4.2.3 程序关键代码16 4.3 实验结果17 5. 结论26 6. 参考文献26 7. 收获、体会和建议27
2. 课程设计任务及要求
2.1 设计任务
1.熟悉并掌握磁盘调度算法管理系统的设计方法，加强对所学各种调度算法及相应算法的特点了解。
2.掌握磁盘调度的基本概念，深刻体会各个算法的优缺点，以及算法间的相似点。
2.2 设计要求
1)定义与算法相关的数据结构，如PCB、队列等；
2）实现2种分歧的调度算法（可使用伪代码或流程图进行分析）； 3）算法执行结束时，应给出总的寻道长度；
4）磁道访问序列随机生成，且要满足一定的数量要求（很多于100个）； 5）系统实现必须提供一定的交互性，所需测试数据应当以文件形式提供或者由用户在测试过程中给出，不成将测试数据“写死”在系统实现代码中；
6）必须给出足够的注释，注释量不得少于代码量的一半；
7）对于系统中所使用到的系统调用（API函数），必须给出函数的定义原型、使用方法，参数较为复杂的，还应该给出参数的具体描述；
3. 算法及数据结构
3.1算法的总体思想（流程）
总流程图 开始 Y N Y N 输入磁道的个数 3.2 实现过程中用到的数据结构 1.最短寻道时间优先（SSTF） 生成随机的磁道（从100号磁道开始） 被访问的下一个磁道号 移动距离（磁道数） 用户输入所选择的算法进行磁盘调度 55 45 输入数字为1-2？ 58 39 18 90 160 150 38 184 平均寻道长度：55.3 图a SSTF调度算法示例图 3 19 21 72 70 10 112 146 用冒泡法对磁道数组进行排序 ciidao[]={55,58,39,18,90,160,150,38,184}（可随机生成多个） 返回内侧（外侧）扫描 now，比较当前磁道到每个磁道的移动用户输入当前磁道号
距离，选择最短距离的磁道进行移动。now指向当前磁道
将当前磁道号与剩余没有访问的磁道号进行比图b SSTF算法流程示例图 较，重复上述操纵。并计算平均寻道长度原磁道号随机组成的数组：cidao[]={55,58,39,18,90,160,150,38,184}； 排序后的数组={18,38,39,5,58,90,150,160,184}； 输
入
当
前
磁
道
号
：
now=100
；
38 39 39 55 55 55 58 58 58 58 90 90 90 90 90 now值:100 90 58 55 39 184 160 160 150 150 150 18 18 18 18 38 38 38 38 39 39 39 39 55 55 55 55 58 58 58 58 90 90 90 90 now值：18 150 160 184
图c SSTF算法队列示意图(按磁道访问顺序)
2.扫描（SCAN）算法
（从100号磁道开始，向磁道号增加方向访问） 被访问的下一个磁道号 150 160 移动距离（磁道数） 50 10 184 90 58 55 39 38 18 平均寻道长度：27.8 图d SCAN算法示例图
24 94 32 3 16 1 20 原磁道号随机组成的数组：cidao[]={55,58,39,18,90,160,150,38,184}； 排序后的数组={18,38,39,5,58,90,150,160,184}； 输入当前磁道号：now=100； 选择磁道移动方向；
以磁道号增加的方向移动为例：
55 58 58 90 90 90 184 184 184 184 160 160 160 160 160 150 150 150 150 150 150 now值：100 150 160 184 90 58 18 38 38 39 39 39 55 55 55 58 58 58 90 90 90 184 184 184 160 160 160 150 150 150 now值:55 39 38
图e SCAN算法队列示意图（按磁道访问顺序） 3.3 实现过程中用到的系统调用
系统模块调用关系图
磁盘调度算法模拟系统 4. 程序设计与实现 最扫退短描出 寻算）模块 4.1 最短寻道时间优先算法（SSTF道法 4.1.1程序流程图 时间
优开始 now<=cidao[0] cidao[0] 4.1.2 程序说明 输入磁道号串 算法分析 优点：相较于先来先服务算法（FCFS）有更好的寻道性能，使每次的寻道时间最短。 调用SSTF()函数 缺点：易造成某个进程发生“饥饿”现象。 最短寻找时间优先调度算法总是从等待访问者中挑选寻找时间最短的那个请求先执行的，而不管访问者到来的先后次序。例如，如果现在读写磁头正在100号柱面上执行输出操纵，而等待访问者依次 要访问的柱面为用冒泡法将磁道号从大到小排序55,58,39,18,90,160,150,38,184，那么，当100号柱面的操纵结束后，应该先处理90号柱面的请求，然后到达58号柱面执行操纵，随后处理55号柱面请求，后继操纵的次序应该是39,38,18,150,160,184.采取最短寻找时间优先算法决定等待访问者输入当前磁道号执行操纵的次序时，读写磁头总共移动多个柱面的距离，与先来先服务、算法比较，大幅度地减少了寻找时间，具有更好的寻道性能，因而缩短了为各访问者请求服务的平均时间，也就提高了系统效率。但最短查找时间优先（SSTF）调度，FCFS会引起读写头在盘面上的大范围移动，SSTF查找距离磁头最短（也就是查找时间最短）的请求作为下一次服务的对象。SSTF查找模式有高度局部化的倾向，会推迟一些请求的服务，甚至引起无限拖延（又称饥饿）。 算法流程：输入磁头初始磁道号，序列长度，磁道号序列。选择磁盘调度算法（最短寻道时间优先调度(SSTF)）或（扫描调度算法(SCAN)）中的任意一个，若选择SSTF，则输出各进程被调度的顺序，并计算总的寻道长度和平均寻道长度，选择关闭则结束磁盘调度。 4.1.3 程序关键代码 for(i=0;i temp=array[i]; array[i]=array[j]; array[j]=temp; } } if(array[m-1]<=now) /*若当前磁道号大于请求序列中最大者，则直接由外向内依次给予各请求服务*/ { for(i=m-1;i>=0;i--) cout< cout< 4.2.1 程序流程图 d=1 d=0 4.2.2 程序说明 开始 输入磁道号串 算法分析 优点：排除了磁头在盘面局部位置上的往复移动，SCAN算法在很大程度上消除了SSTF算法的不公平性，但仍有利于对中间磁道的请求。 缺点：新进来的访问此磁道的进程的请求会被大大地推迟。增加延迟。 调用SCAN（）函数 SCAN 算法又称电梯调度算法。SCAN算法是磁头前进方向上的最短查找时间优先算法。 注：“电梯调度”算法是从移动臂当前位置开始沿着臂的移动方向去选择离当前移动臂最近的那个柱访问者，如果沿臂的移动方向无请求访问时，就改变臂调用冒泡排序法进行排序 的移动方向再选择。这好比乘电梯，如果电梯已向上运动到4层时，依次有3位乘客张一、张二、张三在等候乘电梯。他们的要求是：张一在2层等待去10层；张二在5层等待去底层；张三在8层等待去15层。由于电梯目前运动方向是向上，所以电梯的形成是先把乘客张三从8层带到15层，然后电梯换成下行方向，把乘客张二从5层带 输入当前磁道号now 到底层，电梯最后再调换方向，把乘客张一从2层送到10层。 我们仍用前述的同一例子来讨论采取“电梯调度”算法的情况。由于磁盘移动臂的初始方向有两个，而该算法是与移动臂方向有关，所以分成两种情况来讨论。这里是：移动臂先由里向外移动，再由外向里移动。开始时，，在100号柱面执行操纵的读写磁头的移动臂方向是由里向外，趋向32号柱面的位置，因此，当访问100号柱面选择磁道扫描方向 的操纵结束后，沿臂移动方向最近的柱面是150号柱面。所以应先为150号柱面的访问者服务，然后是为160号柱面的访问者服务。之后，由于在向外移方向已无访问等待者，故改变移动臂的方向，由外向里依次为各访问者服务。在这种情况下为等待访问者服务的次序是184,90,58,55,39,38,18。 算法流程：输入磁头初始磁道号，序列长度，磁道号序列。选择磁盘调度算法向内扫描 向外扫描 （最短寻道时间优先调度(SSTF)）或（扫描调度算法(SCAN)）中的任意一个，若选择SCAN，则需要选择磁头移动方向是“向磁道号增加方向访问”或“向磁道号减少方向访问”，之后，输出各进程被调度的顺序，并计算总的寻道长度和平均寻道长度，选择关闭则结束磁盘调度。 从磁道最外端从磁道最内端开始向外扫描 4.2.3 程序关键代码 开始向内扫描 if(d==0) /*选择移动臂方向向内，则先向内扫描*/ { for(j=l;j>=0;j--) { 计算总寻道长度，并输出平均寻道长度 cout< else/*选择移动臂方向向外，则先向外扫描*/ { for(j=r;j cout< ave=(float)(sum)/(float)(m); 4.3实验结果 运行界面截图及相应代码 1. 主界面 void display(){ cout<<\"\\n\\n\\n\\n Operating Systems Curriculum Design\\n\"; cout<<\"\\n ╔———————————————————————————————╗\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 名称: 磁盘调度 │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 工具: Visual Studio 2010 │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 班级:1205 │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 作者:施静 │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 学号：211214020 │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n ╚———————————————————————————————╝\\n\"; system(\"pause\"); system(\"cls\"); 2. 前言 提示用户此程序实现的算法 cout<<\"【载入完成】\"< cout<<\" ①最短寻道时间优先（SSTF）：最短寻道时间优先算法要求访问的磁盘与当前磁头所在的\\n\"; cout<<\" 磁盘距离最近，以使每次的寻道时间最短。\\n\\n\"; cout<<\" ②扫描算法(SCAN)电梯调度：扫描算法不但考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离\\n\"; cout<<\" 更优先考虑的是磁头的当前移动方向。\\n\\n\"; system(\"pause\"); system(\"cls\");//清屏 3. 用户选择所使用的算法（先随机生成101个磁道号） void showMenu(int cidao[],int n){ int choice; while(true){ cout<<\"请您选择喜欢的算法来实现调度(输入1-3):\"; cout<<\"\\n ╔—————————————╗\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 1.最短寻道时间优先(SSTF) |\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 2.扫描算法(SCAN) │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n │ 3.退出(EXIT) │\"; cout<<\"\\n ││\"; cout<<\"\\n ╚—————————————╝\\n\"; cout< switch(choice){ /*case 1: FCFS(a,n); break;*/ case 1: SSTF(cidao,n); break; case 2: SCAN(cidao,n); break; case 3: cout<<\"\\n要退出系统了欢迎使用本系统\\n\"; exit(0); } } } } 4.最短寻道时间优先算法 /**********************最短寻道时间优先调度算法********************/ void SSTF(int cidao[],int m) { system(\"cls\"); int k=1; int now,l,r; int i,j,sum=0; int a; char str[100]; float ave; cidao=bubble(cidao,m); //调用冒泡排序算法排序 cout<<\"请输入当前的磁道号：\"; C: cin>>str; //对输入数据进行有效性判断 a=decide(str); if(a==0) { cout<<\"输入数据的类型错误,请重新输入！\"< if(cidao[m-1]<=now) //若当前磁道号大于请求序列中最大者，则直接由外向内依次给予各请求服务 { cout<<\"磁盘扫描序列为：\"; for(i=m-1;i>=0;i--) cout< cout<<\"磁盘扫描序列为：\"; for(i=0;i while(cidao[k] l=k-1; r=k; while((l>=0)&&(r cout< cout< for(j=r;j else//磁头移动到序列的最大号，返回内侧扫描仍未扫描的磁道 { for(j=l;j>=0;j--) { cout< ave=(float)(sum)/(float)(m);//求平均寻道长度 cout< 最短寻道时间优先（SSTF）算法实现界面 （2）扫描（SCAN）算法 /*****************************扫描调度算法*******************************/ void SCAN(int cidao[],int n)//先要给出当前磁道号和移动臂的移动方向 { int temp; int i,j; int now; int sum; for(i=0;i temp=cidao[i]; cidao[i]=cidao[j]; cidao[j]=temp; } } cout<<\"\\n按非递减顺序排列好的磁道: \\n\"; for(i=0;i cin>>now; //用户自定义当前磁道号 if(cidao[n-1]<=now) { for(i=n-1;i>=0;i--) cout< int pointer; int location=1; int left,right; while(cidao[location] cin>>pointer; cout<<\"\\n磁盘调度顺序为: \\n\"; if(pointer==0 || pointer==1){ if(pointer==0)//磁头向左移动到最小号，再改变方向向外扫描未扫描的磁道 { for(j=left;j>=0;j--) cout< if(pointer==1)//磁头向右移动到最大号，再改变方向向内扫描未扫描的磁道 { for(j=right;j cout< else{ cout<<\"\\n输入分歧法!!请输入0或1:\\n\"; goto loop; } } cout<<\"\\n\\n需要移动的总磁道数为: \"< 5. 结论 （1）用户界面友好，采取了选择菜单模式，用户只需按“回车键”即可再现主界面；结构清晰，操纵简单易懂，界面清爽整洁； （2）控制变量对比，各磁盘调度算法均对同一组随机磁道号进行调度，但其实不会改变随机磁道内容，包管了平均寻道长度对比的真实性、有效性。 （3）各种算法都有优点，也各有缺乏，需要权衡利弊，使用才干达到最好的效果。 6. 参考文献 《计算机操纵系统(修订版)》汤子瀛 西安电子科技大学出版社 《操纵系统教程》方敏编 西安电子科技大学出版社 《数据结构（C++版）》 王红梅、胡明、王涛编著 清华大学出版社 7. 收获、体会和建议 在做本次课程设计之前，对于磁盘调度，我完全没有概念。通过努力以及结合老师之前讲的内容，我终于深刻理解了磁盘调度算法的内涵。在研究自己所选的两种算法的同时，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）都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忙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，这对我以后在操纵系统的学习中有极大帮忙。 每一次的课程设计都是对自己之前所学知识的强化，是一次难得的学习机会。在 课程设计的每一个步调、每一段代码的执行，都要反复去斟酌，反复运行调试，一点点的小偏差都会导致失败。因为成功不容易，所以当调试板上显示“生成成功”时，满腹的成就感是不问可知的。通过自己的动手动脑，不但增加了知识，还给了我专业知识以及专业技能上的提升，对提高自己的思维能力和操纵能力也有很大的帮忙。同时我也会更加有信心，更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！ 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容