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  • 磁盘调度算法流程图
    2021-06-22 16:33:00

    磁盘结构和布局

    磁盘调度算法导图

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    总结自《02323操作系统概论2017版》FCFS/SSTF/SCAN/CSCAN/NStepSCAN/FSCAN/LOOK,算法图片来自 http://c.biancheng.net/view/1289.html

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    一、实验内容
    模拟电梯调度算法,实现对磁盘的调度。
    二、实验目的
    磁盘是一种高速、大量旋转型、可直接存取的存储设备。它作为计算机系统的辅助存储器,负担着繁重的输入输出任务,在多道程序设计系统中,往往同时会有若干个要求访问磁盘的输入输出请示等待处理。系统可采用一种策略,尽可能按最佳次序执行要求访问磁盘的诸输入输出请求,这就叫磁盘调度,使用的算法称磁盘调度算法。磁盘调度能降低为若干个输入输出请求服务所须的总时间,从而提高系统效率。本实验要求学生模拟设计一个磁盘调度程序,观察磁盘调度程序的动态运行过程。
    三、实验原理
    模拟电梯调度算法,对磁盘调度。
    磁盘是要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,其他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处于等待状态,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。当存取臂仅需移到一个方向最远的所请求的柱面后,如果没有访问请求了,存取臂就改变方向。
    假设磁盘有200个磁道,用随机函数随机生成一个磁道请求序列(不少于15个)放入模拟的磁盘请求队列中,假定当前磁头在100号磁道上,并向磁道号增加的方向上移动。请给出按电梯调度算法进行磁盘调度时满足请求的次序,并计算出它们的平均寻道长度。
    四、算法流程图
    在这里插入图片描述

    代码演示:

    #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    
    #include <stdio.h>
    #include <time.h>
    #include <stdlib.h>
    
    //定义生成的磁道序列数
    #define num 20
    
    //初始化随机生成
    void init(int* arr) {
    	srand((unsigned)time(0));
    	//随机生成
    	for (int i = 0;i < num;++i) {
    		arr[i] = rand() % 200 + 1;
    	}
    }
    
    //打印
    void Print(int* arr) {
    	printf("随机生成的%d个磁道序列如下:\n",num);
    	for (int i = 0;i < num;++i) {
    		printf("%d ", arr[i]);
    	}
    	printf("\n");
    }
    
    //排序
    void sort(int* arr) {
    	for (int i = 0;i < num - 1;++i) {
    		int flag = 0;
    		int j;
    		for (j = 0;j < num - 1 - i;++j) {
    			if (arr[j] > arr[j + 1]) {
    				int temp = arr[j];
    				arr[j] = arr[j + 1];
    				arr[j + 1] = temp;
    				flag = 1;
    			}
    		}
    		if (flag == 0)
    			break;
    	}
    }
    
    //运行
    void run(int* arr) {
    	double sum = 0;
    	int i = 0;
    	//找到刚好大于100的数组下标
    	for (;i < num;++i) {
    		if (arr[i] >= 100) {
    			break;
    		}
    	}
    	int temp = i;
    	//从i~num遍历
    	printf("\n运行过程:\n");
    	for (int j = i;i < num;++i) {
    		printf("%d被访问\n", arr[i]);
    	}
    	//从i~0遍历
    	for (int i = temp-1; i>= 0;--i) {
    		printf("%d被访问\n", arr[i]);
    	}
    	printf("\n");
    	
    	//计算平均寻道长度
    	sum = sum + arr[num-1] - 100;//i~num的总寻道长度
    	sum = sum + arr[num-1] - arr[0];//i~num的总寻道长度+i~0的总寻道长度
    	printf("平均寻道长度为:%0.2f\n", sum / num);
    }
    
    void start() {
    	printf("磁头在100号磁道上,并向磁道号增加的方向上移动。\n\n\n");
    	int arr[num] = { 0 };
    	init(arr);
    	Print(arr);
    	sort(arr);
    	run(arr);
    }
    
    int main() {
    
    	start();
    
    	return 0;
    }
    

    结果:
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  • 磁盘调度算法

    千次阅读 2022-03-31 11:09:32
    磁盘调度算法

    img

    1 一次磁盘读/写操作需要的时间

    **寻找时间(寻道时间)**Ts:在读/写数据前,需要将磁头移动到指定磁道所花费的时间。
    寻道时间分两步:

    (1) 启动磁头臂消耗的时间:s。
    (2) 移动磁头消耗的时间:假设磁头匀速移动,每跨越一个磁道消耗时间为m,共跨越n条磁道。

    则寻道时间 Ts = s + m * n。

    磁头移动到指定的磁道,但是不一定正好在所需要读/写的扇区,所以需要通过磁盘旋转使磁头定位到目标扇区。

    img

    延迟时间TR:通过旋转磁盘,使磁头定位到目标扇区所需要的时间。设磁盘转速为r(单位:转/秒,或转/分),则平均所需延迟时间TR = (1/2)*(1/r) = 1/2r。

    1/r就是转一圈所需的时间。找到目标扇区平均需要转半圈,因此再乘以1/2。

    传输时间TR:从磁盘读出或向磁盘中写入数据所经历的时间,假设磁盘转速为r,此次读/写的字节数为b,每个磁道上的字节数为N,则传输时间TR = (b/N) * (1/r) = b/(rN)。

    每个磁道可存N字节数据,因此b字节数据需要b/N个磁道才能存储。而读/写一个磁道所需的时间刚好是转一圈的时间1/r。

    总的平均时间Ta = Ts + 1/2r + b/(rN),由于延迟时间和传输时间都是与磁盘转速有关的,且是线性相关。而转速又是磁盘的固有属性,因此无法通过操作系统优化延迟时间和传输时间。所以只能优化寻找时间。

    2 磁盘调度算法

    2.1 先来先服务算法(FCFS)

    算法思想:根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度。
    假设磁头的初始位置是100号磁道,有多个进程先后陆续地请求访问55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道。
    按照先来先服务算法规则,按照请求到达的顺序,磁头需要一次移动到55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道。

    img

    磁头共移动了 45 + 3 + 19 + 21 + 72 + 70 + 10 + 112 + 146 = 498个磁道。响应一个请求平均需要移动498 / 9 = 55.3个磁道(平均寻找长度)。
    优点:公平;如果请求访问的磁道比较集中的话,算法性能还算可以
    缺点:如果大量进程竞争使用磁盘,请求访问的磁道很分散,FCFS在性能上很差,寻道时间长

    2.2 最短寻找时间优先(SSTF)

    算法思想:优先处理的磁道是与当前磁头最近的磁道。可以保证每次寻道时间最短,但是不能保证总的寻道时间最短。(其实是贪心算法的思想,只是选择眼前最优,但是总体未必最优)。

    假设磁头的初始位置是100号磁道,有多个进程先后陆续地请求访问55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道。

    img

    磁头总共移动了(100 -18)+ (184 -18) = 248个磁道。响应一个请求平均需要移动248 / 9 = 27.5个磁道(平均寻找长度)。
    缺点:可能产生饥饿现象
    本例中,如果在处理18号磁道的访问请求时又来了一个38号磁道的访问请求,处理38号磁道的访问请求又来了一个18号磁道访问请求。如果有源源不断的18号、38号磁道访问请求,那么150、160、184号磁道请求的访问就永远得不到满足,从而产生饥饿现象。这里产生饥饿的原因是磁头在一小块区域来回移动。

    2.3 扫描算法(SCAN)

    电梯算法(LOOK算法)。(扫到最大请求柱面)

    假设某磁盘的磁道为0~200号,磁头的初始位置是100号磁道,且此时磁头正在往磁道号增大的方向移动,有多个进程先后陆续的访问55、58、39、18、90、160、150、38、184号磁道。

    img

    磁头共移动了(184 - 100)+ (184 -18) = 250个磁道。响应一个请求平均需要移动 250 / 9 = 27.5个磁道(平均寻找长度)。

    扫描算法(一扫到底,然后依次扫回来去)

    循环扫描算法

    循环扫描(C-SCAN)调度是 SCAN 的一个变种,以提供更均匀的等待时间。像 SCAN 一样,C-SCAN 移动磁头从磁盘一端到磁盘另一端,并且处理行程上的请求。然而,当磁头到达另一端时,它立即返回到磁盘的开头,而并不处理任何回程上的请求。(一扫到底,然后迅速回到首柱面,再依次往后扫

    C-SCAN磁盘调度

    请求。(一扫到底,然后迅速回到首柱面,再依次往后扫

    [外链图片转存中…(img-t59NNeKq-1648696162725)]

    展开全文
  • 磁盘调度算法2.1一次磁盘读/写操作需要的时间2.2磁盘调度算法---先来先服务算法(FCFS)2.3磁盘调度算法---最短寻找时间优先(SSTF)2.4磁盘调度算法---扫描算法(SCAN)2.5磁盘调度算法---循环扫描算法(C-SCAN)...

    操作系统-4.5-磁盘(磁盘的结构&&磁盘调度算法)

    1.磁盘的结构

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    1.1磁盘,磁道,扇区

    直接上图,更好理解:

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    1.2如何在磁盘中读/写数据

    需要把“磁头”移动到想要读/写的扇区所在的磁道。磁盘会转起来,让目标扇区从磁头下面划过,才能完成对扇区的读/写操作。

    在这里插入图片描述

    1.3磁盘的物理地址

    可用柱面号,盘面号,扇区号来定位任意一个“磁盘块”。在“文件的物理结构”小节中,我们经常提到文件数据存放在外存中的几号块,这个块号就可以转换成(柱面号,盘面号,扇区号)的地址形式。
    可根据该地址读取一个“块”:
    ①根据“柱面号”移动磁臂,让磁头指向指定柱面。
    ②激活指定盘面对应的磁头。
    ③磁盘旋转的过程中,指定的扇区会从磁头下面划过,这样就完成了对指定扇区的读/写。

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    1.4磁盘的分类

    根据磁头是否可以移动可分为:

    • 活动磁盘:磁臂可以来回伸缩来带动磁头定位磁道。
    • 固定头磁道:这种磁盘中每一个磁道有一个磁头。

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    根据盘片是否可更换可分为:

    • 可换盘磁盘:盘片可以更换。
    • 固定盘磁盘:盘片不可更换。

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    1.5总结

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    2.磁盘调度算法

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    2.1一次磁盘读/写操作需要的时间

    一 次 磁 盘 读 / 写 操 作 需 要 时 间 = 寻 找 时 间 + 延 迟 时 间 + 传 输 时 间 一次磁盘读/写操作需要时间=寻找时间+延迟时间+传输时间 /=++

    • 寻找时间(寻道时间):在读/写数据前,将磁头移动到指定磁道所花的时间。
    • 延迟时间:通过旋转磁盘,使磁头定位到目标扇区所需要的时间。
    • 传输时间:从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。

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    2.2磁盘调度算法—先来先服务算法(FCFS)

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    2.3磁盘调度算法—最短寻找时间优先(SSTF)

    在这里插入图片描述

    2.4磁盘调度算法—扫描算法(SCAN)

    在这里插入图片描述

    2.5磁盘调度算法—循环扫描算法(C-SCAN)

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    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    2.6总结

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