物理与电子信息工程学院《操作系统》课程设计报告
题目：
1、页面淘汰算法
2、磁盘调度算法
班级：10计本
完成日期：2012-9-14
指导教师：曾令华
目录
一、页面淘汰算法(一) (1)
1.1 实验目的 (3)
1.2 概念原理 (3)
1.3 总体设计 (4)
1.4 详细设计 (6)
1.5 心得总结 (18)
二、磁盘调度算法(二) (19)
2.1 实验目的 (19)
2.2 概念原理 (19)
2.3 总体设计 (20)
2.4 详细设计 (21)
2.5 心得总结 (32)
一、页面淘汰算法(一)
1.1实验目的
加深对操作系统原理的进一步认识，加强实践动手能力和程序开发能力的培养，提高分析问题解决问题的能力，培养合作精神，以巩固和加深页面置换的概念。这次课程设计，就是通过模拟页面置换来加深对操作系统中页面置换概念的理解通过对页面置换算法的设计，深入理解页面淘汰算法的优劣性。
1.2概念原理
（1）先进先出页面置换算法（FIFO）
FIFO算法这是最早出现的置换算法，该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。但该算法与进程实际运行的规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能保证这些页面不被淘汰。
（2）最佳置换算法（OPT）
它是由Belady于1966 年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，但可以利用此算法来评价其它算法。
（3）最近最久未使用置换算法（LRU）
最近最久未使用（LRU）置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU 置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t,，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
1.3总体设计
1、根据要求设计页面淘汰算法的流程
运行程序进入主页面，选择输入模式，随机和手动输入两种模式
（1）随机模式
●输入物理块和页面号引用串长度的随机范围
●按要求随机生成页面号引用串
●进入页面置换算法选择模式
●1为FIFO,2为LRU，3为OPT，4为退出
●产生结果，分析数据正确型，完成后可以再次选择，进行不同的模
式来计算
●退出关闭程序
（2）手动模式
●手机输入物理块和页面号引用串长度的数值
●按要求生成页面号引用串
●进入页面置换算法选择模式
●1为FIFO,2为LRU，3为OPT，4为退出
●产生结果，分析数据正确型，完成可以再次选择，进行不同的模式
来计算
●退出关闭程序
FIFO算法流程图：
OPT算法流程图：
1.4详细设计
流程截图：
初始化欢迎说明
随机生成物理块跟页面号引用串个数，选择算法
选择1.FIFO算法
选择3.OPT算法
手动输入
选择算法
源代码：
#include
#include
#include
#include
#define L 20//页面走向长度最大为20
/*全局变量*/
int mSIZE; /*物理块数*/
int pSIZE; /*页面号引用串个数*/
static int memery[10]={0}; /*物理块中的页号*/ static int page[100]={0}; /*页面号引用串*/ static int temp[100][10]={0}; /*辅助数组*/
/*置换算法函数*/
void FIFO();
void LRU();
void OPT();
void Hwi();
/*辅助函数*/
void print(unsigned int t);
void zinstruction();
void sinstruction();
void mDelay(unsigned int Delay);
/*主函数*/
void main()
{
int eneration;
int code;
system("color 0D");
cout<<"|*********************************************|"< cout<<"||欢迎：||"< cout<<"|| 页面置换算法||"< cout<<"|| 包含FIFO/OPT/LRU ||"< cout<<"|| by-王力&&王运||"< cout<<"|*********************************************|"< cout<<"|**********************************************|"< cout<<"||说明：||"< cout<<"|| 选择物理块与页面号引用串个数生成方式||"< cout<<"|| 生成物理块与页面号引用串个数||"< cout<<"|| 选择何种算法||"< cout<<"|| ||"< system("pause"); system("cls"); printf("请选择物理块与页面号引用串个数的生成方式\n"); printf("（1—随机生成，2—手动输入）："); do{ //判断输入是否正确 scanf("%d",&eneration); if(eneration!=1&&eneration!=2) { printf("请选择1或者2："); } }while(eneration!=1&&eneration!=2); switch(eneration) { case 2: { system("cls"); sinstruction(); getchar(); system("color 0B"); printf("请输入物理块的个数(M<=10)："); scanf("%d",&mSIZE); printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100)："); scanf("%d",&pSIZE); puts("请依次输入页面号引用串(连续输入，需用空格隔开)："); for(int i=0;i { scanf("%d",&page[i]); } printf("\n"); system("pause"); } break; case 1: { system("cls"); zinstruction(); getchar(); int i,j,a,b,f,h; system("color 0B"); srand(time(NULL)); printf("请输入物理块的随机参数的范围个数，两个数之间请用空格隔开(前者大于后者)："); do{ scanf("%d %d",&a,&b); if(b>10) printf("实际物理块必须小于10(即后者不得大于10)，请重新输入："); if(a>=b) printf("输入的后者不得大于或等于前者，请重新输入："); // else break; }while(b>10||a>=b); mSIZE=rand()%(b-a)+a;/*产生a-b（包括a和b）的随机数*/ srand(time(NULL)); printf("请输入页面号引用串的随机范围，两个数之间请用空格隔开(前者大于后者)："); do //判断psize不大于100 { scanf("%d %d",&f,&h);/*产生f-h（包括f和h）的随机数*/ if(h>100) printf("实际页面长度须小于100(即后者不得大于100)，请重新输入："); if(f>=h) printf("输入的后者不得大于或等于前者，请重新输入："); // else break; }while(h>100||f>=h); pSIZE=rand()%(h-f)+f; printf("\n"); printf("随机产生的物理块数x=%d 和页面号引用串长度y=%d \n",mSIZE,pSIZE); getchar(); j=time(NULL);//取时钟时间 srand(j);//以时钟时间x为种子，初始化随机数发生器 for(i=0;i { page[i]=rand( )%10;//产生1到9之间的随即数放到page[i]中 } printf("\n"); system("pause"); } break; // system("cls"); } ///////////////////////////////////////功能选择后的执行 do{ printf("\n"); printf("随机产生页面号引用串："); for(int i=0;i printf("%d ",page[i]); printf("\n"); printf("|************************************|\n"); printf("|请选择何种算法：|\n"); printf("| 1.先进先出(FIFO) |\n"); printf("| 2.最近最久未使用(LRU) |\n"); printf("| 3.最佳(OPT) |\n"); printf("| 4.清楚界面|\n"); printf("| 0.退出|\n"); printf("|************************************|\n"); printf("请选择操作：[ ]\b\b"); scanf("%d",&code); printf("\n"); ///////////////////////////////////////////算法的选用 if(code!=1&&code!=2&&code!=3&&code!=4&&code!=0) { printf("输入错误，请看清选择\n"); } else { switch(code) { case 1: FIFO(); printf("\n"); system("pause"); break; case 2: LRU(); printf("\n"); system("pause"); break; case 3: OPT(); printf("\n"); system("pause"); break; case 4: system("cls"); break; case 0: system("cls"); system("color 0A"); printf("|*************************************|\n*"); printf("|| 感谢使用页面置换算法演示器! ||\n*"); printf("|| 如遇bug或有疑问联系||\n*"); printf("|| 本人不负任何责任||\n*"); printf("|| by-王力&&王运! ||\n*"); printf("|*************************************|\n*"); exit(0); } } }while (code!=0); ///////////////////////////////////////功能选择后的执行end } /*显示程序的注意事项*/ void zinstruction() { printf("说明：\n"); printf(" 1、你选择的是随机输入，系统将随机生成页面号引用串\n"); printf(" 2、选择页面面置换算法FIFO/OPT/LRU\n"); printf(" 3、得出结果，关闭程序\n"); } void sinstruction() { printf("说明：\n"); printf(" 1、你选择的是手动输入页面号引用串\n"); printf(" 2、选择页面面置换算法有FIFO/OPT/LRU\n"); printf(" 3、得出结果，关闭程序\n"); } void print(unsigned int t) { int i,j,k,l; int flag; printf("置换顺序依次为:\n"); for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1))) printf(" %d\n",page[i]); else printf(" %d ",page[i]); } for(j=0;j { for(i=20*k;(i { if(i>=j) printf(" |%d|",temp[i][j]); else printf(" | |"); } for(i=mSIZE+20*k;(i { for(flag=0,l=0;l if(temp[i][l]==temp[i-1][l]) flag++; if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/ printf(" "); else printf(" |%d|",temp[i][j]); } /*每行显示20个*/ if(i%20==0) continue; printf("\n"); } } printf("输出结果：\n"); printf("缺页次数：%d\t\t",t+mSIZE); printf("缺页率：%d/%d\t\t",t+mSIZE,pSIZE); printf("置换次数：%d\t\t",t); getchar(); } /*FIFO算法*/ void FIFO() { int memery[10]={0}; int time[10]={0}; /*记录进入物理块的时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; time[i]=i; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*计算换出页*/ max=time[0] for(m=2;m if(time[m] max=m; memery[max]=page[i]; time[max]=i; /*记录该页进入物理块的时间*/ for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } print(count); } /*LRU算法*/ void LRU() { int memery[10]={0}; int flag[10]={0}; /*记录页面的访问时间*/ int i,j,k,m; int max=0; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; flag[i]=i; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; else flag[j]=i; /*刷新该页的访问时间*/ } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*计算换出页*/ max=flag[0] for(m=2;m if(flag[m] max=m; memery[max]=page[i]; flag[max]=i; /*记录该页的访问时间*/ for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } print(count); } /*OPT算法*/ void OPT() { int memery[10]={0}; int next[10]={0}; /*记录下一次访问时间*/ int i,j,k,l,m; int max; /*记录换出页*/ int count=0; /*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]!=page[i]) k++; } if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/ { count++; /*得到物理快中各页下一次访问时间*/ for(m=0;m { for(l=i+1;l if(memery[m]==page[l]) break; next[m]=l; } /*计算换出页*/ max=next[0]>=next[1]?0:1; for(m=2;m if(next[m]>next[max]) max=m; /*下一次访问时间都为pSIZE,则置换物理块中第一个*/ memery[max]=page[i]; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } else { for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } } print(count); } 1.5心得总结 通过本次课程设计，让我对页面淘汰算法有了充分的了解，我不仅对我们常用的算法进行了编写，还对一些理想的算法也进行了编写，并且通过适当的方法，得以了验证。 就该程序而言，随机性使得程序出现了更多的可能性，为我们验证算法提供很大的方便，电脑自动分配，大大的节约了我们的时间，但是我们通过实验不难发现，如果所设的页面项目过大，也会影响我们算法的性能执行效率。对我们所涉及的算 法，让我有很大的感触。 在FIFO 算法中，无论有无发生缺页或者置换，都需要对每个在内存中的页面的time 值进行增加操作，以保持最先进入的那个页面的time 值是最大的；一个新进来的页面，其time值设置为0。当然，该算法也可以通过队列结构来实现，利用队列的先进先出（FIFO）特性完成，无需设置time字段。distance 用于记录内存物理块集合中每个页面距离再次被使用的页面跨度，缺省值为9999，如果某个页面在后续指令 集合中不再出现，则用最大值9999 缺省取代；如果页面再次被使用，则两次使用所跨的页面数，为页面跨度。用最大页面跨度表示以后永不使用或未来最长时间内不 再被访问。 在LRU 算法中，无论是否发生缺页或者置换，除了命中（刚刚被访问过的页面）页面t ime 值清零之外，其它所有内存中的页面的time 值都加一，以保证最近刚刚被访问的页面的time 值最小，相应time 值最大的页面就是最近最久没有被访问的页面。 二、磁盘调度算法(二) 2.1 实验目的 加深对操作系统原理的进一步认识，加强实践动手能力和程序开发能力的培养，提高分析问题解决问题的能力，培养合作精神，以巩固和加深磁盘调度的概念。这次课程设计，就 是通过模拟磁盘调度来加深对操作系统中磁盘调度概念的理解通过对磁盘调度算法的设计，深入理解提高磁盘访问速度的原理。 2.2 概念原理 （1）先来先服务算法（FCFS） 如果早就绪的进程排在就绪队列的前面，迟就绪的进程排在就绪队列的后面，那么先来先服务(FCFS: first come first service)总是把当前处于就绪队列之首的那个进程调度到运行状态。也就说，它只考虑进程进入就绪队列的先后，而不考虑它的下一个CPU周期的长短及其他因素。FCFS算法简单易行，但性能却不大好。 （2）最短寻道时间算法（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，但这种调度算法却不能保证平均寻道时间最短。SSTF算法的平均每次磁头移动距离，明显低于FCFS的距离。SSTF较之FCFS有更好的寻道性能，故过去一度被广泛采用过。 （3）扫描算法(SCAN) 该算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象，应是其欲访问的磁道，既在当前磁道之外，又是距离最近的。这样自里向外的访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁道换向自外向里移动。这时，同样也是每次选择这样的进程来调度，即要访问的当前位置内距离最近者，这样，磁头又逐步地从外向里移动，直至再无更里面的磁道要访问，从而避免了出现“饥饿”现像。由于在这种算法中磁头移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称为电梯调度算法。 2.3 总体设计 流程图： 2.4 详细设计流程截图 欢迎界面 一、先来先服务算法 1．程序简介 先来先服务算法按照作业进入系统后备作业队列的先后次序挑选作业,先进入系统的作业将优先被挑选进入主存,创建用户进程,分配所需资源,然后,移入就绪队列.这是一种非剥夺式调度算法,易于实现,但效率不高.只顾及作业的等候时间,未考虑作业要求服务时间的长短,不利于短作业而优待长作业,不利于I/O繁忙型作业而有利于CPU繁忙型作业.有时为了等待场作业执行结束,短作业的周转时间和带全周转时间将变得很大,从而若干作业的平均周转时间和平均带权周转时间也变得很大。 2．分析 1．先定义一个数组代表各作业运行的时间，再定义一个数组代表各作业到达系统的时间，注意到达系统的时间以第一个作业为0基础（注意：若各程序都同时到达系统，则到达系统时间都为0）。 2．输入作业数。 3．然后运用循环结构累积作业周转时间和带权周转时间。 4．最后，作业周转时间和带权周转时间分别除以作业数即可得到平均作业周转时间和平均带权周转时间。 3．详细设计 源程序如下： #include 操作系统第三章总复习题 一、单选题 1、进程调度又称低级调度，其主要功能是（ D ）。 A．选择一个作业调入内存B．选择一个主存中的进程调出到外存 C．选择一个外存中的进程调入到主存D．将一个就绪的进程投入到运行 2、若进程P 一旦被唤醒就能够投入运行，系统可能为（ D ）。 A．分时系统，进程P 的优先级最高 B．抢占调度方式，就绪队列上的所有进程的优先级皆比P 的低 C．就绪队列为空队列 D．抢占调度方式，P 的优先级高于当期运行的进程。 3、一个进程P 被唤醒后,（ D ）。 A．P 就占有了CPU。B．P 的PCB 被移到就绪队列的队首。 C．P 的优先级肯定最高D．P 的状态变成就绪 4、若当前运行进程（）后，系统将会执行进程调度原语。 A 执行了一个转移指令 B 要求增加主存空间，经系统调用银行家算法进行测算认为是安全的。 C 执行了一条I/O 指令要求输入数据。 D 执行程序期间发生了I/O 完成中断。 5、当系统中（）时，系统将不会执行进程调度原语。 A．一个新进程被创建B．当前进程执行了P 操作。C．在非抢占调度中，进程A 正在运行而进程B 恰好被唤醒。D．分时系统中时间片用完。 6、在分时系统中，若当期运行的进程连续获得了两个时间片，原因可能是（）。 A 该进程的优先级最高 B 就绪队列为空 C 该进程最早进入就绪队列 D 该进程是一个短进程 7、实时系统中采用的调度算法可以有如下几种： 1、非抢占优先权调度算法 2、立即抢占优先权调度算法 3、时间片轮转调度算法 4、基于时钟中断抢占的优先权调度算法 按实时要求的严格程度由低到高的顺序（）。 A 1-3-2-4 B 3-1-4-2 C 3-1-2-4 D 1-3-4-2 8、三种主要类型的OS 中都必须配置的调度（）。 A 作业调度 B 中级调度 C 低级调度 D I/O 调度 9、设系统中n 个进程并发，共同竞争资源X，且每个进程都需要m 个X 资源，为使该系统不会发生死锁，资源X 最少要有（ C ）个。 A m*n+1 B n*m+n C n*m+1-n D 无法预计 10、死锁的预防方法中，不太可能的一种方法使（）。 操作系统之调度算法和死锁中的银行家算法习 题答案 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 1. 有三个批处理作业，第一个作业 10:00 到达，需要执行 2 小时；第二个作业在10:10到达，需要执行 1 小时；第三个作业在 10:25 到达，需要执行 25 分钟。分别采用先来先服 务，短作业优先和最高响应比优先三种调度算法，各自的平均周转时间是多少？解： 先来先服务： （结束时间=上一个作业的结束时间+执行时间 周转时间=结束时间-到达时间=等待时间+执行时间） 按到达先后，执行顺序：1->2->3 短作业优先： 1)初始只有作业1，所以先执行作业1，结束时间是12:00，此时有作业2和3； 2)作业3需要时间短，所以先执行； 3)最后执行作业2 最高响应比优先： 高响应比优先调度算法既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间，综合了先来先服务和最短作业优先两种算法的特点。 1)10:00只有作业1到达，所以先执行作业1； 2)12:00时有作业2和3， 作业2：等待时间=12:00-10:10=110m;响应比=1+110/60=2.8； 作业3：等待时间=12:00-10:25=95m，响应比=1+95/25=4.8； 所以先执行作业3 3)执行作业2 2. 在一单道批处理系统中，一组作业的提交时刻和运行时间如下表所示。试计算一下三种 作业调度算法的平均周转时间 T 和平均带权周转时间 W。 （ 1）先来先服务；（ 2）短作业优先（ 3）高响应比优先 解： 先来先服务： 作业顺序：1,2,3,4 短作业优先： 作业顺序： 操作系统实验报告(进程调度算法) 实验1 进程调度算法 一、实验内容 按优先数调度算法实现处理器调度。 二、实验目的 在采用多道程序设计的系统中，往往有若干个进程同时处于就绪状态。当就绪进程个数大于处理器数时，就必须依照某种策略来决定哪些进程优先占用处理器。本实验模拟在单处理器情况下的处理器调度，帮助学生加深了解处理器调度的工作。 三、实验原理 设计一个按优先数调度算法实现处理器调度的程序。 (1) 假定系统有五个进程，每一个进程用一个进程控制块PCB来代表，进程控制块的格式为： 进程名 指针 要求运行时 间 优先数 状态 其中，进程名——作为进程的标识，假设五个进程的进程名分别为P1，P2，P3，P4，P5。 指针——按优先数的大小把五个进程连成队列，用指针指出下一个进程的进程控制块的首地址，最后一个进程中的指针为“0”。 要求运行时间——假设进程需要运行的单位时间数。 优先数——赋予进程的优先数，调度时总是选取优先数大的进程先执行。 状态——可假设有两种状态，“就绪”状态和“结束”状态。五个进程的初始状态都为“就绪”，用“R”表示，当一个进程运行结束后，它的状态为“结束”，用“E”表示。 (2) 在每次运行你所设计的处理器调度程序之前，为每个进程任意确定它的“优先数”和“要求运行时间”。 (3) 为了调度方便，把五个进程按给定的优先数从大到小连成队列。用一单元指出队首进程，用指针指出队列的连接情况。例： 队首标志 K2 1P1 K 2 P2 K 3 P3 K 4 P4 K 5 P5 0 K4K5K3K1 2 3 1 2 4 1 5 3 4 2 R R R R R PC B1 PC B2 PC B3 PC B4 PC B5 (4) 处理器调度总是选队首进程运行。采用动态改变优先数的办法，进程每运行一次优先数就减“1”。由于本实验是模拟处理器调度，所以，对被选中的进程并不实际的启动运行，而是执行： 优先数-1 要求运行时间-1 来模拟进程的一次运行。 提醒注意的是：在实际的系统中，当一个进程被选中运行时，必须恢复进程的现场，让它占有处理器运行，直到出现等待事件或运行结束。在这里省去了这些工作。 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 1 填空题 1 若采用短作业优先调度策略，作业单道串行运行时的调度次序为J1,J3,J2 ，平均周转时间= 8 。 2．进程间通信的类型有：基于内存通信、基于文件通信、基于网络通信和基于报文传递通信。 3．在响应比最高者优先的作业调度算法中，当各个作业等待时间相同时，运行时间短作业将得到优先调度；当各个作业要求运行的时间相同时，等待时间长得到优先调度。 4.有三个同时到达的作业J1，J2和J3，它们的执行时间分别是T1，T2和T3，且T1 《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 第三章处理机调度与死锁 1，高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？ 【解】（1）高级调度主要任务是用于决定把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存，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排在就绪队列上，准备执行。（2）低级调度主要任务是决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机，然后由分派程序执行把处理机分配给该进程的操作。（3）引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存空间，而将它们调至外存上去等待，称此时的进程状态为就绪驻外存状态或挂起状态。当这些进程重又具备运行条件，且内存又稍有空闲时，由中级调度决定，将外存上的那些重又具备运行条件的就绪进程重新调入内存，并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上，等待进程调度。 3、何谓作业、作业步和作业流？ 【解】作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。 作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。 4、在什么情冴下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？ 【解】每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。 JCB 包含的内容通常有：1) 作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU 繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9) 开始处理时间10) 作业完成时间11) 作业退出时间12) 资源使用情况等 5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？ 【解】作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。 7．试说明低级调度的主要功能。 【解】（1）保存处理机的现场信息（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。 8、在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？ 【解】剥夺原则有：（1）时间片原则各进程按时间片运行，当一个时间片用完后，便停止该进程的执行而重新进行调度。这种原则适用于分时系统、大多数实时系统，以及要求较高的批处理系统。（2）优先权原则通常是对一些重要的和紧急的作业赋予较高的优先权。当这种作业到达时，如果其优先权比正在执行进程的优先权高，便停止正在执行的进程，将处理机分配给优先权高的进程，使之执行。（3）短作业（进程）优先原则当新到达的作业（进程）比正在执行的作业（进程）明显地短时，将剥夺长作业（进程）的执行，将处理机分配给短作业（进程），使之优先执行。 9、选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？ 【解】应遵循的准则有（1）面向用户的准则：周转时间短，响应时间快，截止时间的保证，优先权准则。（2）面向系统的准则：系统吞吐量高，处理机利用率好，各类资源的平衡利用。 10、在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？ 【解】 批处理系统：FCFS算法、最小优先数优先算法、抢占式最小优先数优先算法 2 分时系统：可剥夺调度、轮转调度 实时系统：时间片轮转调度算法、非抢占优先权调度算法、基于时钟中断抢占的优先权调度算法、立即抢占的优先权调度。 11、何谓静态和动态优先权？确定静态优先权的依据是什么？ 【解】静态优先权是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。动态优先权是指，在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。确定静态优先权的依据是：（1）进程类型，通常系统进程的优先权高于一般用户进程的优先权。（2）进程对资源的需要。（3）用户要求，用户进程的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定优先权的。 12、试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。 【解】FCFS算法按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU。当前作业或进程占有CPU，直到执行完或阻塞，才让出CPU。在作业或进程唤醒后，并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程让出CPU。FCFS比较有利于长作业，而不利于短作业；有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。SPF有利于短进程调度，是从就绪队列中选出一估计运行时间最短的进 目录 目录 ........................................................ 错误!未定义书签。1．课程设计目的.............................................. 错误!未定义书签。 编写目的................................................. 错误!未定义书签。2．课程设计内容.............................................. 错误!未定义书签。 设计内容................................................. 错误!未定义书签。3．课程设计方案.............................................. 错误!未定义书签。 模块划分................................................. 错误!未定义书签。 模块调用关系图........................................... 错误!未定义书签。 子模块程序流程图......................................... 错误!未定义书签。4．测试数据和结果............................................ 错误!未定义书签。 测试数据................................................. 错误!未定义书签。 测试结果................................................. 错误!未定义书签。 测试抓图................................................. 错误!未定义书签。5．参考文献.................................................. 错误!未定义书签。6．总结...................................................... 错误!未定义书签。 设计体会................................................. 错误!未定义书签。 结束语................................................... 错误!未定义书签。7．程序使用说明书............................................ 错误!未定义书签。8．程序源代码................................................ 错误!未定义书签。 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 保证调度算法 基本思想:向用户做出明确的性能保证,然后去实现它.如你工作时有n个用户的登录,则你将获得cpu处理能力的1/n 算法实现:跟踪计算各个进程已经使用的cpu时间和应该获得的cpu时间,调度将转向两者之比最低的进程 五,保证调度算法 思想:向用户做出明确的性能保证,然后去实现它. 算法:容易实现的一种保证是:当工作时己有n个用户登录在系统,则将获得CPU处理能力的1/n.类似的,如果在一个有n个进程运行的用户系统中,每个进程将获得CPU处理能力的1/n. 实现方法:OS应记录及计算,各个进程在一定时间段内,已经使用的CPU时间和应该得到的CPU时间,二者之比小者优先级高. 5. 保证调度 一种完全不同的调度算法是向用户作出明确的性能保证，然后去实现它。一种很实际并很容易实现的保证是：若用户工作时有n个用户登录，则用户将获得CPU处理能力的1/n。类似地，在一个有n个进程运行的单用户系统中，若所有的进程都等价，则每个进程将获得1/n的CPU时间。看上去足够公平了。 为了实现所做的保证，系统必须跟踪各个进程自创建以来已使用了多少CPU时间。然后它计算各个进程应获得的CPU时间，即自创建以来的时间除以n。由于各个进程实际获得的CPU时间是已知的，所以很容易计算出真正获得的CPU时间和应获得的CPU时间之比。比率为0.5说明一个进程只获得了应得时间的一半，而比率为2.0则说明它获得了应得时间的2倍。于是该算法随后转向比率最低的进程，直到该进程的比率超过它的最接近竞争者为止。 彩票调度算法 基本思想:为进程发放针对系统各种资源(如cpu时间)的彩票;当调度程序需要做出决策时,随机选择一张彩票,持有该彩票的进程将获得系统资源 合作进程之间的彩票交换 六,彩票调度算法 彩票调度算法: 为进程发放针对各种资源(如CPU时间)的彩票.调度程序随机选择一张彩票,持有该彩票的进程获得系统资源. 彩票调度算法的特点: 平等且体现优先级:进程都是平等的,有相同的运行机会.如果某些进程需要更多的机会,可被给予更多彩票,增加其中奖机会. 易计算CPU的占有几率:某进程占用CPU的几率,与所持有的彩票数成正比例.该算法可实现各进程占用CPU的几率. 响应迅速 各个进程可以合作,相互交换彩票. 容易实现按比例分配如图象传输率,10帧/s,15帧/s,25帧/s 江南大学现代远程教育第二阶段练习题 考试科目:《操作系统》第5章至第7章（总分100分） ______________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：学号：身份证号： 姓名：得分： 一、名词解释（12分） 1、死锁 2、逻辑地址 3、物理地址 4、地址重定位 二、试举例说明死锁？（6分） 三、采用静态资源分配预防死锁时，有哪些缺点？（6分） 四、有序资源分配法破坏的是产生死锁必要条件中的什么条件？（5分） 五、作业调度和进程调度的任务各是什么？（6分） 六、进程调度的时机有哪几种？（5分） 七、为什么要进行逻辑地址到物理地址的转换？（6分） 八、某系统的进程状态变迁图如图所示（该系统的进程调度方式为非剥夺方式），请说明： （20分） （1）一个进程发生变迁3的原因是什么？发生变迁2、变迁4的原因又是什么？ （2）下述因果变迁是否会发生，如果有可能的话，在什么情况下发生？ （3）（a）2→1；（b）3→2；（c）4→5；（d）4→2；（e）3→5 （4）根据此状态变迁图叙述该系统的调度策略、调度效果。 九、在单道批处理系统中，有下列三个作业用先来先服务调度算法和最短作业优先调度算法 进行调度，哪一种算法调度性能好些？请完成下表中未填写的各项。（8分） 十、 分区分配方法中的主要缺点是什么？如何克服这一缺点？（6分） 十一、 如图，主存中有两个空白区，现有这样一个作业序列： 作业1 要求50KB 作业2 要求60KB 作业3 要求70KB 若用首次适应算法和最佳适应算法来处理这个作业序列，试问哪一种算法可以分配得下，为什么？（10分） 十二、 选择填空题（10分） 1、死锁的四个必要条件是__________、不剥夺条件、__________和环路条件。 2、在分区存储管理中，最佳适应算法要求对空闲区表项按( )进行排列。 A.地址从大到小 B.地址从小到大 C.尺寸从大到小 D.尺寸从小到大 3、进程调度又称为（ ） A 、线程 B 、宏观 C 、微观 D 、作业 4、段式存储管理中的地址格式是（ ）地址。 A ．线性 B ．一维 C ．二维 D ．三维 参考答案 一、 名词解释 015KB 25KB 操作系统之调度算法和死锁中的银行家算法习题答案 1. 有三个批处理作业，第一个作业 10:00 到达，需要执行 2 小时；第二个作业在 10:10 到达，需要执行 1 小时；第三个作业在 10:25 到达，需要执行 25 分钟。分别采用先来先服务，短作业优先和最高响应比优先三种调度算法，各自的平均周转时间是多少？ 解： 先来先服务： （结束时间=上一个作业的结束时间+执行时间周转时间=结束时间-到达时间=等待时间+执行时间） 按到达先后，执行顺序：1->2->3 作业到达 时间 结束 时间 等待 时间 执行 时间 周转 时间 平均周 转时间 1 10:00 12:00 0m 120m 120m 156．7m 2 10:10 13:00 110m 60m 170m 3 10:25 13:25 155m 25m 180m 短作业优先： 1)初始只有作业1，所以先执行作业1，结束时 间是12:00，此时有作业2和3； 2)作业3需要时间短，所以先执行； 3)最后执行作业2 作业到达 时间 结束 时间 等待 时间 执行 时间 周转 时间 平均周 转时间 1 10:00 12:00 0m 120m 120m 145m 3 10:25 12:25 95m 25m 120m 2 10:10 13:25 135m 60m 195m 最高响应比优先： 高响应比优先调度算法既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间，综合了先来先服务和最短作业优先两种算法的特点。 1)10:00只有作业1到达，所以先执行作业1； 2)12:00时有作业2和3， 作业2：等待时间=12:00-10:10=110m;响应比=1+110/60=2.8； 作业3：等待时间=12:00-10:25=95m，响应比=1+95/25=4.8； 所以先执行作业3 3)执行作业2 作业到达 时间 结束 时间 等待 时间 执行 时间 周转 时间 平均周 转时间 1 10:00 12:00 0m 120m 120m 操作系统 实验报告 哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 第六讲磁盘调度算法 一、实验概述 1. 实验名称 磁盘调度算法 2. 实验目的 （1）通过学习EOS 实现磁盘调度算法的机制，掌握磁盘调度算法执行的条件和时机； （2）观察 EOS 实现的FCFS、SSTF和 SCAN磁盘调度算法，了解常用的磁盘调度算法； （3）编写 CSCAN和 N-Step-SCAN磁盘调度算法，加深对各种扫描算法的理解。 3. 实验类型 验证性+设计性实验 4. 实验内容 （1）验证先来先服务（FCFS）磁盘调度算法； （2）验证最短寻道时间优先（SSTF）磁盘调度算法； （3）验证SSTF算法造成的线程“饥饿”现象； （4）验证扫描（SCAN）磁盘调度算法； （5）改写SCAN算法。 二、实验环境 在OS Lab实验环境的基础上，利用EOS操作系统，由汇编语言及C语言编写代码，对需要的项目进行生成、调试、查看和修改，并通过EOS应用程序使内核从源代码变为可以在虚拟机上使用。 三、实验过程 1. 设计思路和流程图 （1）改写SCAN算法 在已有 SCAN 算法源代码的基础上进行改写，要求不再使用双重循环，而是只遍历一次请求队列中的请求，就可以选中下一个要处理的请求。算法流程图如下图所示。 图 3.1.1 SCAN算法IopDiskSchedule函数流程图（2）编写循环扫描（CSCAN）磁盘调度算法 在已经完成的SCAN算法源代码的基础上进行改写，不再使用全局变量ScanInside 确定磁头移动的方向，而是规定磁头只能从外向内移动。当磁头移动到最内的被访问磁道时，磁头立即移动到最外的被访问磁道，即将最大磁道号紧接着最小磁道号构成循环，进行扫描。算法流程图如下图所示。 第四章处理机调度 4.3 习题 4.3.1 选择最合适的答案 1．某系统采用了银行家算法，则下列叙述正确的是（）。 A.系统处于不安全状态时一定会发生死锁 B.系统处于不安全状态时可能会发生死锁 C.系统处于安全状态时可能会发生死锁 D.系统处于安全状态时一定会发生死锁 2．银行家算法中的数据结构包括有可利用资源向量Available、最大需求矩阵Max、分配矩阵Allocation、需求矩阵Need，下列选项正确的是（）。 A.Max[i,j]=Allocation[i,j]+Need[i,j] B.Need[i,j]= Allocation[i,j]+ Max[i,j] C.Max[i,j]= Available[i,j]+Need[i,j] D.Need[i,j]= Available[i,j]+ Max[i,j] 3．下列进程调度算法中，（）可能会出现进程长期得不到调度的情况。 A.非抢占式静态优先权法 B.抢占式静态优先权法 C.时间片轮转调度算法 D.非抢占式动态优先权法 4．在下列选项中，属于预防死锁的方法是（）。 A.剥夺资源法 B.资源分配图简化法 C.资源随意分配 D.银行家算法 5．在下列选项中，属于检测死锁的方法是（）。 A.银行家算法 B.消进程法 C.资源静态分配法 D.资源分配图简化法 6．在下列选项中，属于解除死锁的方法是（）。 A．剥夺资源法 B.资源分配图简化法 C．银行家算法 D.资源静态分配法 7．为了照顾紧迫型作业，应采用（）。 A.先来服务调度算法 B.短作业优先调度算法 C.时间片轮转调度算法 D.优先权调度算法 8．在采用动态优先权的优先权调度算法中，如果所有进程都具有相同优先权初值，则 操作系统上机测试作业调度算法算法 一、实验目的和要求（供参考） 1.掌握作业调度功能和调度程序常用算法。 2.掌握利用C语言设计实现不同调度策略的作业调度算法。 3.验证不同作业调度算法对性能的影响。 二、实验环境（供参考） 1.知识准备：学过进程管理、作业管理、处理机调度等章节的内容。 2.开发环境与工具： 硬件平台——个人计算机。 软件平台——C语言开发环境。 三、实验内容 用“先来先服务（FCFS）”算法和“最短作业优先（SJF）”算法模拟作业调度。 要求：按作业的到达顺序输入各作业需要的运行时间，按算法调度输出平均周转时间。 例如(FCFS)，输入：8（到达时间0），5（到达时间2），7（到达时间3），1（到达时间6）J1 J2 J3 J4 0 8 13 20 21 输出：aver=(8+(13-2)+(20-3)+(21-6))/4=51/4 例如(SJF)，输入：8（到达时间0），5（到达时间2），7（到达时间3），1（到达时间6）J1 J4 J2 J3 0 8 9 14 21 输出：aver=(8+(9-6)+(14-2)+(21-3))/4=42/4 注：输入的格式任意，只要输出平均周转时间即可。 四、代码（带注释） 1、先来先服务 实验结果（截图呈现） 代码： #include 磁盘调度算法 学生姓名: 学生学号: 专业班级: 指导老师： 2013年6月20日 1、实验目的： 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的实现方法。 2、问题描述： 设计程序模拟先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN 和循环SCAN算法的工作过程。假设有n个磁道号所组成的磁道访问序列，给定开始磁道号m和磁头移动的方向（正向或者反向），分别利用不同的磁盘调度算法访问磁道序列，给出每一次访问的磁头移动距离，计算每种算法的平均寻道长度。 3、需求分析 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的实现方法。 通过已知开始磁道数、访问磁道总数、磁道号访问序列、访问方向及访问方式得到访问序列及移动距离和平均移动距离！ (1)输入的形式； int TrackOrder[MaxNumber];//被访问的磁道号序列 int direction;//寻道方向 int Num;//访问的磁道号数目 int start;// (2)输出的形式； int MoveDistance[MaxNumber]={0};//移动距离 double AverageDistance=0;//平均寻道长度 移动的序列！ (3)程序所能达到的功能； 模拟先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、SCAN和循环SCAN算法的工作过程。假设有n个磁道号所组成的磁道访问序列，给定开始磁道号m和磁头移动的方向（正向或者反向），分别利用不同的磁盘调度算法访问磁道序列，给出每一次访问的磁头移动距离，计算每种算法的平均寻道长度。 (4)测试数据，包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。 开始磁道号：100 磁道号方向：内（0）和外（1） 磁道号数目：9 页面序列：55 58 39 18 90 160 150 38 184 4、概要设计 说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义、主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。 操作系统课程设计任务书 题目: 磁盘调度算法 院系: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 设计时间：2018.1.1-2018.1.5 指导教师评语 目录 1、需求分析?4 1．１课题描述 (4) １．2课题目的 (4) 1．3理论依据?7 2、概要设计?8 2.1设计方法 ............................................................................................... ８２.2技术?8 ２.3运行环境?8 3、详细设计?9 3.１流程图 (11) 3.２程序主要代码? 13 14 ４、运行结果及分析? ４.1运行结果? 15 ４.2结果详细分析?6 １ 16 5、总结和心得? ７ 1 6、参考文献? 2 7、附录：程序源代码? ３ １、需求分析 1.1课题描述 这次课程设计我研究的题目是:磁盘调度算法。具体包括三种算法分别是:先来先服务算法（ＦCFS)、最短寻道时间优先算法(ＳＳＴF)、扫描算法（电梯调度算法)(SCAN）。 1.2课题目的 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务ＦＣＦS,最短寻道时间优先SSＴF,扫描ＳCＡN算法的实现方法。 １.3理论依据 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 #include cout<<"请输入提出磁盘I/O申请的进程数:"; cin>>N; cout<<"请依次输入要访问的磁道号："; for(int i=0;i操作系统处理器调度算法C++程序
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