实验四磁盘调度
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、实验内容:
模拟电梯调度算法,对磁盘进行移臂操作
三、提示及要求:
1.假设磁盘只有一个盘面,并且磁盘是可移动头磁盘。
2.磁盘是可供多个进程共享的存储设备,但一个磁盘每个时刻只能为一个进程服务。当有进程在访问某个磁盘时,其它想访问该磁盘的进程必须等待,直到磁盘一次工作结束。当有多个进程提出输入输出请求而处于等待状态时,可用电梯调度算法从若干个等待访问者中选择一个进程,让它访问磁盘。为此设置“驱动调度”进程。
3.由于磁盘与处理器是并行工作的,所以当磁盘在为一个进程服务时,占有处理器的其它进程可以提出使用磁盘(这里我们只要求访问磁道),即动态申请访问磁道,为此设置“接受请求”进程。
4.为了模拟以上两个进程的执行,可以考虑使用随机数来确定二者的允许顺序,程序结构图参考附图:
5.“接受请求”进程建立一张“进程请求I/O”表,指出等待访问磁盘的进程要求访问的磁道,表的格式如下:
进程名要求访问的磁道号
6.“磁盘调度”的功能是查“请求I/O”表,当有等待访问的进程时,按电梯调度算法(SCAN 算法)从中选择一个等待访问的进程,按其指定的要求访问磁道。SCAN算法参考课本第九章。算法模拟框图略。
7.附图中的“初始化”工作包括:初始化“请求I/O”表,设置置当前移臂方向;当前磁道号。并且假设程序运行前“请求I/O”表中已有若干进程(4~8个)申请访问相应磁道。
四、附图
五、源程序代码
1.操作类
package SCAN;
importjava.util.Random;
public class SCAN_Operation {
private String[][] requestPCB = new String[10][2];//请求进程
private String[][] result = new String[10][2];
private Random random = new Random();//随机数
private intprocessNum;//请求进程个数
//生成随机请求的进程
public void RandomRequest() {
this.processNum = this.random.nextInt(5)+4;
for (inti = 0; i this.requestPCB[i][0] = "P"+i; this.requestPCB[i][1] = this.random.nextInt(300) + ""; } for (inti = 0; i for (int j = 0; j < 2; j++) { this.result[i][j] = ""; } } } //对进程进行排序 public void sortProcess() { String temp = new String(); for (inti = 0; i for (int j = 0; j < this.processNum-i-1; j++) { if ( Integer.parseInt(this.requestPCB[j][1]) >Integer.parseInt(this.requestPCB[j+1][1])) { temp = this.requestPCB[j][0]; this.requestPCB[j][0] = this.requestPCB[j+1][0]; this.requestPCB[j+1][0] = temp; temp = this.requestPCB[j][1]; this.requestPCB[j][1] = this.requestPCB[j+1][1]; this.requestPCB[j+1][1] = temp; } } } } //执行方向:1为递增,2为递减 public void stepRun(intplace,int direction){ this.sortProcess(); int find = -1; if (direction == 1) { for (inti = 0; i if (Integer.parseInt(this.requestPCB[i][1]) > place) { find = i; break; }else if ( i == this.processNum - 1) { find = i; break; } } int j = 0; for (inti = find; i this.result[j][0] = this.requestPCB[i][0]; this.result[j][1] = this.requestPCB[i][1]; j++; } for (inti = find-1; i>= 0; i--) { this.result[j][0] = this.requestPCB[i][0]; this.result[j][1] = this.requestPCB[i][1]; j++; } } if (direction == 2) { for (inti = 0; i if (Integer.parseInt(this.requestPCB[i][1]) > place) { find = i; break; }else if ( i == this.processNum - 1) { find = i; break; } } int j = 0; for (inti = find-1; i>= 0; i--) { this.result[j][0] = this.requestPCB[i][0]; this.result[j][1] = this.requestPCB[i][1]; j++; } for (inti = find; i this.result[j][0] = this.requestPCB[i][0]; this.result[j][1] = this.requestPCB[i][1]; j++; } } } public String[][] getRequestPCB() { returnrequestPCB; } public void setRequestPCB(String[][] requestPCB) { this.requestPCB = requestPCB; } publicintgetProcessNum() { returnprocessNum; } public void setProcessNum(intprocessNum) { this.processNum = processNum; } public String[][] getResult() { return result; } public void setResult(String[][] result) { this.result = result; } } 2.界面类 package SCAN; importorg.eclipse.swt.widgets.Display; importorg.eclipse.swt.widgets.Shell; https://www.wendangku.net/doc/9b12229285.html,bel; importorg.eclipse.swt.SWT; importorg.eclipse.swt.widgets.MessageBox; importorg.eclipse.swt.widgets.Table; importorg.eclipse.swt.widgets.TableColumn; importorg.eclipse.swt.widgets.Button; importorg.eclipse.swt.widgets.TableItem; importorg.eclipse.swt.widgets.Text; importorg.eclipse.swt.events.SelectionAdapter; importorg.eclipse.swt.events.SelectionEvent; public class SCANSWT { protected Shell shell; private Table table; private Text text; private Table table_1; privateMessageBoxmessageBox; privateSCAN_OperationmOperation; /** * Launch the application. * @paramargs */ public static void main(String[] args) { try { SCANSWT window = new SCANSWT(); window.open(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } /** * Open the window. */ public void open() { Display display = Display.getDefault(); createContents(); shell.open(); https://www.wendangku.net/doc/9b12229285.html,yout(); while (!shell.isDisposed()) { if (!display.readAndDispatch()) { display.sleep(); } } } /** * Create contents of the window. */ protected void createContents() { shell = new Shell(); shell.setSize(507, 370); shell.setText("\u78C1\u76D8\u8C03\u5EA6\u7B97\u6CD5"); Label lblio = new Label(shell, SWT.NONE); lblio.setBounds(96, 20, 86, 17); lblio.setText("\u8FDB\u7A0B\u8BF7\u6C42I/O\u8868"); table = new Table(shell, SWT.BORDER | SWT.FULL_SELECTION); table.setBounds(10, 48, 201, 274); table.setHeaderVisible(true); table.setLinesVisible(true); TableColumntblclmnNewColumn = new TableColumn(table, SWT.NONE); tblclmnNewColumn.setWidth(70); tblclmnNewColumn.setText("\u8FDB\u7A0B\u540D"); TableColumn tblclmnNewColumn_1 = new TableColumn(table, SWT.CENTER); tblclmnNewColumn_1.setWidth(115); tblclmnNewColumn_1.setText("\u8981\u6C42\u8BBF\u95EE\u7684\u78C1\u9053\u53F7"); Label label = new Label(shell, SWT.NONE); label.setBounds(229, 15, 103, 17); label.setText("\u9009\u62E9\u78C1\u5934\u79FB\u52A8\u65B9\u5411"); final Button button = new Button(shell, SWT.RADIO); button.setBounds(338, 15, 50, 17); button.setText("\u9012\u589E"); final Button button_1 = new Button(shell, SWT.RADIO); button_1.setBounds(394, 15, 56, 17); button_1.setText("\u9012\u51CF"); Label label_1 = new Label(shell, SWT.NONE); label_1.setBounds(241, 48, 61, 17); label_1.setText("\u78C1\u5934\u4F4D\u7F6E\uFF1A"); text = new Text(shell, SWT.BORDER); text.setBounds(311, 45, 86, 23); Button button_2 = new Button(shell, SWT.NONE); button_2.addSelectionListener(new SelectionAdapter() { @Override public void widgetSelected(SelectionEvent e) { int direction = -1; if (button.getSelection()) { direction = 1; }else if (button_1.getSelection()) { direction = 2; } try { if (table.getItemCount() == 0) { messageBox = new MessageBox(shell, SWT.ICON_WARNING); messageBox.setMessage("请先请求进程!"); messageBox.setText("提示"); messageBox.open(); }else if (direction == -1) { messageBox = new MessageBox(shell, SWT.ICON_WARNING); messageBox.setMessage("请选择磁头旋转方向!"); messageBox.setText("提示"); messageBox.open(); }else if (text.getText().equals("")) { messageBox = new MessageBox(shell, SWT.ICON_WARNING); messageBox.setMessage("请输入磁头所指的位置(1-300之间)!"); messageBox.setText("提示"); messageBox.open(); }else if (Integer.parseInt(text.getText()) < 0 || Integer.parseInt(text.getText())>300) { messageBox = new MessageBox(shell, SWT.ICON_WARNING); messageBox.setMessage("磁头越界!\n请输入1-300之间的位置!"); messageBox.setText("提示"); messageBox.open(); }else { runScan(direction); } } catch (Exception e2) { e2.printStackTrace(); } } }); button_2.setBounds(404, 43, 72, 27); button_2.setText("\u6267\u884C"); table_1 = new Table(shell, SWT.BORDER | SWT.FULL_SELECTION); table_1.setBounds(229, 96, 253, 226); table_1.setHeaderVisible(true); table_1.setLinesVisible(true); TableColumn tblclmnNewColumn_2 = new TableColumn(table_1, SWT.NONE); tblclmnNewColumn_2.setWidth(120); tblclmnNewColumn_2.setText("\u8FDB\u7A0B\u540D"); TableColumn tblclmnNewColumn_3 = new TableColumn(table_1, SWT.CENTER); tblclmnNewColumn_3.setWidth(120); tblclmnNewColumn_3.setText("\u78C1\u9053\u53F7"); Label label_2 = new Label(shell, SWT.NONE); label_2.setBounds(229, 73, 143, 17); label_2.setText("\u8FDB\u7A0B\u6267\u884C\u7ED3\u679C\u987A\u5E8F\u5982\u4E0B\u FF1A"); Button button_3 = new Button(shell, SWT.NONE); button_3.addSelectionListener(new SelectionAdapter() { @Override public void widgetSelected(SelectionEvent e) { try { getRandom(); } catch (Exception e2) { e2.printStackTrace(); } } }); button_3.setBounds(10, 15, 80, 27); button_3.setText("\u8BF7\u6C42\u8FDB\u7A0B"); } public void getRandom() { mOperation = new SCAN_Operation(); table.removeAll(); table_1.removeAll(); text.setText(""); mOperation.RandomRequest(); for (inti = 0; i TableItem item = new TableItem(table, SWT.NULL); item.setText(0, mOperation.getRequestPCB()[i][0]); item.setText(1, mOperation.getRequestPCB()[i][1]); } } public void runScan(int direction){ table_1.removeAll(); mOperation.stepRun(Integer.parseInt(text.getText()), direction); for (inti = 0; i TableItem item = new TableItem(table_1, SWT.NULL); item.setText(0, mOperation.getResult()[i][0]); item.setText(1, mOperation.getResult()[i][1]); } } } 六、运行结果 1.向增大方向 2.向减小方向 七、实验总结 本程序实现了实验要求中所有的功能,不过没有实现以动画的形式展现,还是以文本展示为主。通过本实验,我了解了磁盘是高速、大容量、旋转型、可直接存取的存储设备,并且更加熟悉了课上所讲的磁盘的梯度调度算法。本实验中,我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。通过实验让我理解和掌握磁盘调度的职能。 《操作系统原理》 课程设计报告书 题目:磁盘调度 专业:网络工程 学号: 学生姓名: 指导教师: 完成日期: 目录 第一章课程设计目的 (1) 1.1编写目的 (1) 第二章课程设计内容 (2) 2.1设计内容 (2) 2.1.1、先来先服务算法(FCFS) (2) 2.1.2、最短寻道时间优先算法(SSTF) (2) 2.1.3、扫描算法(SCAN) (3) 2.1.4、循环扫描算法(CSCAN) (3) 第三章系统概要设计 (4) 3.1模块调度关系图 (4) 3.2模块程序流程图 (4) 3.2.1 FCFS算法 (5) 3.2.2 SSTF算法 (6) 3.2.3 SCAN算法 (7) 3.2.4 CSCAN算法 (8) 第四章程序实现 (9) 4.1 主函数的代码实现 (9) 4.2.FCFS算法的代码实现 (11) 4.3 SSTF算法的代码实现 (13) 4.4 SCAN算法的代码实现 (15) 4.5 CSCAN算法的代码实现 (17) 第五章测试数据和结果 (20) 第六章总结 (23) 第一章课程设计目的 1.1编写目的 本课程设计的目的是通过磁盘调度算法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 第二章课程设计内容 2.1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)。 2.1.1、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。 2.1.2、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。 2 操作系统上机 实验报告 成绩 教师: 2012 年 12月 5日 班级: 学号: 姓名: 实验地点: 实验时间: 实验一进程的建立 【实验目的】 创建进程及子进程 在父子进程间实现进程通信 【实验软硬件环境】 Linux 、Windows98、Windows2000 【实验内容】 创建进程并显示标识等进程控制块的属性信息; 显示父子进程的通信信息和相应的应答信息。 (进程间通信机制任选) 【实验程序及分析】 编程思路:首先本程序在Linux用C语言完成的,父子进程的创建用fork函数来实现,然后是父子进程间的通信,这里用pipe实现。可以定义chan1[2], chan1[2],chanx[0]表示读,chanx[1]表示写。他们配合使用。 【实验截图】 【实验心得体会】 通过这次上机练习,我熟悉了用c++实现进程的创建,销毁,父子进程间的通讯等一系列课程中需要学习的内容。本来进程的概念在一开始我始终无法清晰地理解,但是通过自己用mfc的方法去实现它后,我开始慢慢地理解操作系统的进程的运作机制。 虽然,我只是实现了一个父子进程的创建和通讯,但是,管中窥豹,我想自己开始明白一个操作系统正是由很多这种进程实现功能的。其中,系统整体的进程调度,管理等等还有很多东西等着我们去进一步学习、理解。 实验二进程间的同步 【实验目的】 理解进程同步和互斥模型及其应用 【实验软硬件环境】 Linux 、Windows98、Windows2000 【实验内容】 利用通信API实现进程之间的同步: 建立司机和售票员进程; 并实现他们间的同步运行。 【实验程序及分析】 程序总体思路:由于本次试验时用PV操作实现的互斥与同步模型,所以先实现P、V操作的函数,然后在主程序中利用PV操作函数实现司机和售票员的同步。司机和售票员分别为父进程和子进程,假设司机停车开门,此时为父进程中运行,然后申请开车,但是此时乘客没上车,所以只能阻塞。此时进入子进程,乘客上车,关门,售票员检票,释放开车,然后死机开车,到站,释放开车门。如此循环。 示意图 #include 实验名 称 作业调度 实验内容1、设计可用于该实验的作业控制块; 2、动态或静态创建多个作业; 3、模拟先来先服务调度算法和短作业优先调度算法。 3、调度所创建的作业并显示调度结果(要求至少显示出各作业的到达时间,服务时间,开始时间,完成时间,周转时间和带权周转时间); 3、比较两种调度算法的优劣。 实验原理一、作业 作业(Job)是系统为完成一个用户的计算任务(或一次事物处理)所做的工作总和,它由程序、数据和作业说明书三部分组成,系统根据该说明书来对程序的运行进行控制。在批处理系统中,是以作业为基本单位从外存调入内存的。 二、作业控制块J C B(J o b C o nt r o l Bl o ck) 作业控制块JCB是记录与该作业有关的各种信息的登记表。为了管理和调度作业,在多道批处理系统中为每个作业设置了一个作业控制块,如同进程控制块是进程在系统中存在的标志一样,它是作业在系统中存在的标志,其中保存了系统对作业进行管理和调度所需的全部信息。在JCB中所包含的内容因系统而异,通常应包含的内容有:作业标识、用户名称、用户帐户、作业类型(CPU 繁忙型、I/O 繁忙型、批量型、终端型)、作业状态、调度信息(优先级、作业已运行时间)、资源需求(预计运行时间、要求内存大小、要求I/O设备的类型和数量等)、进入系统时间、开始处理时间、作业完成时间、作业退出时间、资源使用情况等。 三、作业调度 作业调度的主要功能是根据作业控制块中的信息,审查系统能否满足用户作业的资源需求,以及按照一定的算法,从外存的后备队列中选取某些作业调入内存,并为它们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程插入就绪队列,准备执行。 四、选择调度算法的准则 1).面向用户的准则 (1) 周转时间短。通常把周转时间的长短作为评价批处理系统的性能、选择作业调度方式与算法的重要准则之一。所谓周转时间,是指从作业被提交给系统开始,到作业完成为止的这段时间间隔(称 操作系统磁盘调度算法 实验报告 Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 目录 1.课程设计目的 编写目的 本课程设计的目的是通过磁盘调度算法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。 2.课程设计内容 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 人和以吟实验报告学院(系)名称:计算机与通信工程学院 【实验过程记录(源程序、测试用例、测试结果及心得体会等) 】 #include 实验报告学院(系)名称:计算机与通信工程学院 【实验过程记录(源程序、测试用例、测试结果及心得体会等)】 #include 实验二作业调度 一. 实验题目 1、编写并调试一个单道处理系统的作业等待模拟程序。 作业调度算法:分别采用先来先服务(FCFS,最短作业优先(SJF)、响应 比高者优先(HRN的调度算法。 (1)先来先服务算法:按照作业提交给系统的先后顺序来挑选作业, 先提交的先被挑选。 (2)最短作业优先算法:是以进入系统的作业所提出的“执行时间”为标准, 总是优先选取执行时间最短的作业。 (3)响应比高者优先算法:是在每次调度前都要计算所有被选作业(在后备队列中)的响应比,然后选择响应比最高的作业执行。 2、编写并调度一个多道程序系统的作业调度模拟程序。 作业调度算法:采用基于先来先服务的调度算法。可以参考课本中的方法进 行设计。 对于多道程序系统,要假定系统中具有的各种资源及数量、调度作业时必须考虑到每个作业的资源要求。 二. 实验目的: 本实验要求用高级语言(C语言实验环境)编写和调试一个或多个作业调度的模拟程序,了解作业调度在操作系统中的作用,以加深对作业调度算法的理解 三. 实验过程 < 一>单道处理系统作业调度 1)单道处理程序作业调度实验的源程序: zuoye.c 执行程序: zuoye.exe 2)实验分析: 1、由于在单道批处理系统中,作业一投入运行,它就占有计算机的一切资 源直到作业完成为止,因此调度作业时不必考虑它所需要的资源是否得到 满足,它所占用的CPU时限等因素。 2、每个作业由一个作业控制块JCB表示,JCB可以包含如下信息:作业名、 提交时间、所需的运行时间、所需的资源、作业状态、链指针等等。作业 的状态可以是等待W(Wait)、运行R(Run)和完成F(Finish)三种状态之一 每个作业的最初状态总是等待W 3、对每种调度算法都要求打印每个作业幵始运行时刻、完成时刻、周转时 间、带权周转时间,以及这组作业的平均周转时间及带权平均周转时间 3) 流程图: .最短作业优先算法 三.高响应比算法 图一.先来先服务流程图 4) 源程序: #in elude 操作系统实验报告课程名称:计算机操作系统 实验项目名称:磁盘调度实验时间: 班级:姓名:学号: 实验目的: 对操作系统的磁盘调度基础理论和重要算法的理解,加强动手能力。 实验环境: PC机 win7 Visual C++ 实验内容: 编程序实现下述磁盘调度算法,并求出每种算法的平均寻道长度,要求设计主界面以灵 活选择某算法,且以下算法都要实现: 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) 实验过程: 1.依次输入8个磁道数:123 45 31 67 20 19 38,并以0 结束 2.选择调度算法: (1)先来先服务算法(FCFS) (2)最短寻道时间优先算法(SSTF) 成绩: 指导教师(签名): (3)扫描算法(SCAN) (4)循环扫描算法(CSCAN) 实验心得: 通过本次实验,学习了解磁盘调度的工作原理及四种调度方法的工作原理,并且在当中操作系统磁盘调度算法实验报告
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