上一篇【操作系统原理 实验报告5】物理存储器与进程逻辑地址管理目录一、实验目的和要求实验预习内容三、实验项目摘要四、实验结果与分析一、实验目的和要求通过学习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。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。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。实验预习内容磁盘调度算法执行的条件、执行的时机、操作的对象当多个线程并发访问磁盘时只能有一个线程访问磁盘独占磁盘而其它的线程会被阻塞待独占磁盘的线程结束访问操作后才能唤醒一个阻塞的线程令其继续独占访问磁盘。这里提到的唤醒一个阻塞的线程的过程就是磁盘调度算法工作的过程。可能会有多个线程由于并发访问磁盘而被阻塞磁盘调度算法就是根据不同的策略从中选择一个合适的线程来唤醒。准确的说磁盘调度算法操作的对象是——由于并发访问同一个磁盘设备而被阻塞的多个线程。执行的条件、执行的时机、操作的对象条件多个线程并发访问同一个磁盘设备才会触发磁盘调度算法。单个线程访问磁盘不会触发磁盘调度算法。时机将阻塞线程唤醒时执行调度而不是将线程阻塞时执行调度。对象由于并发访问同一个磁盘设备而被阻塞的多个线程。三、实验项目摘要13.2验证先来先服务FCFS磁盘调度算法1.在“项目管理器”窗口中双击 ke文件夹中的 sysproc.c文件打开此文件。2.在 sysproc.c文件的第 575行找到控制台命令“ds”对应的函数 ConsoleCmdDiskSchedule。“ds”命令专门用来测试磁盘调度算法。阅读该函数中的源代码目前该函数使磁头初始停留在磁道 10其它被阻塞的线程依次访问磁道 8、21、9、78、0、41、10、67、12、10。3.打开 io/block.c文件在第 391行找到磁盘调度算法函数 IopDiskSchedule。4.打开 io/block.c 文件在 IopProcessNextRequest 函数中的第 249 行的代码处添加一个断点。当 ds命令执行完毕后会命中此断点方便读者查看磁盘调度运行的结果。5.按 F7生成项目然后按 F5启动调试。6.待 EOS启动完毕在 EOS控制台中输入命令“ds”后按回车会命中刚刚添加的断点。7.激活虚拟机窗口在 EOS 控制台中会首先显示磁头的起始位置是 10 磁道然后按照线程创建的顺序依次显示线程的信息包括线程 ID和访问的磁道号。8.选择“调试”菜单“窗口”中的“磁盘调度”打开“磁盘调度”窗口点击该窗口工具栏上的“刷新”按钮可以看到磁头的起始位置以及线程依次访问磁道时磁头移动的轨迹。对比 EOS 控制台和“磁盘调度”窗口中的内容可以发现 FCFS 算法是根据线程访问磁盘的先后顺序进行调度的。23.3验证最短寻道时间优先SSTF磁盘调度算法使用 OS Lab打开“学生包”本实验文件夹中的 sstf.c文件将 sstf.c文件拖动到 OS Lab窗口中释放即可。该文件提供的 IopDiskSchedule函数实现了 SSTF磁盘调度算法。变量 Offset是有符号的长整型用来表示磁头的偏移包括距离和方向。Offset大于 0 时表示磁头向内移动磁道号增加小于 0 时表示磁头向外移动磁道号减少等于 0 时表示磁头没有移动。而名称以“Distance”结尾的变量都是无符号长整型只表示磁头移动的距离无方向。所以在比较磁头的偏移和距离时或者在将偏移赋值给距离时都要取偏移的绝对值调用 C 库函数 abs。本实验在实现其它磁盘调度算法时也同样遵守此约定。在开始遍历之前将最小距离ShortestDistance初始化为最大的无符号长整型数这样第一次计算的距离一定会小于最小距离从而可以使用第一次计算的距离来再次初始化最小距离。本实验在实现其它磁盘调度算法时也同样使用了此技巧。按照下面的步骤进行验证1.使用 sstf.c文件中 IopDiskSchedule函数的函数体替换 block.c文件中 IopDiskSchedule函数的函数体。2.按 F7生成项目然后按 F5启动调试。3.待 EOS启动完毕在 EOS控制台中输入命令“ds”后按回车仍然会命中之前添加的断点。4.刷新“磁盘调度”窗口可以看到磁头移动的轨迹对比 EOS控制台和“磁盘调度”窗口中的内容特别是线程 ID的顺序可以发现SSTF算法唤醒线程的顺序与线程创建的顺序是不同的。对比 SSTF算法与 FCFS算法在“磁盘调度”窗口中的内容可以看出SSTF算法的平均寻道数明显低于 FCFS算法。33.4验证 SSTF算法造成的线程“饥饿”现象使用 SSTF 算法时如果不断有新线程要求访问磁盘而且其所要访问的磁道与当前磁头所在磁道的距离较近这些新线程的请求必然会被优先满足而等待队列中一些老线程的请求就会被严重推迟从而使老线程出现“饥饿”现象。按照下面的步骤进行实验观察这个现象1.修改 sysproc.c文件 ConsoleCmdDiskSchedule函数中的源代码仍然使磁头初始停留在磁道 10而让其它线程依次访问磁道 78、21、9、8、11、41、10、67、12、10。2.按 F7生成项目然后按 F5启动调试。3.待 EOS启动完毕在 EOS控制台中输入命令“ds”后按回车仍然会命中之前添加的断点。4.刷新“磁盘调度”窗口可以看到磁头移动的轨迹。查看“磁盘调度”窗口中显示的内容可以发现虽然访问 78 号磁道的线程的请求第一个被放入请求队列但却被推迟到最后才被处理出现了“饥饿”现象。如果不断有新线程的请求到达并被优先满足则访问 78号磁道的线程的“饥饿”情况就会更加严重。将“磁盘调度”窗口中的内容保存到一个图像文件中然后结束此次调试。将 ConsoleCmdDiskSchedule函数中线程访问的磁道号恢复到本实验 3.2中的样子在后面的实验中还要使用这些数据4.3.5验证扫描SCAN磁盘调度算法对 SSTF算法稍加改进后可以形成 SCAN算法可防止较早发出磁盘访问请求的线程出现“饥饿”现象。使用 OS Lab打开“学生包”本实验文件夹中的 scan.c文件该文件提供的 IopDiskSchedule函数实现了SCAN磁盘调度算法。在阅读此函数的源代码时应该特别注意下面几点l在 block.c文件中的第 387行定义了一个布尔类型的全局变量 ScanInside用于表示扫描算法中磁头移动的方向。该变量值为 TRUE时表示磁头向内移动磁道号增加值为 FALSE时表示磁头向外移动磁道号减少。该变量初始化为 TRUE表示 SCAN算法第一次执行时磁头向内移动。在 scan.c 文件的 IopDiskSchedule 函数中使用了双重循环。第一次遍历队列时查找指定方向上移动距离最短的线程如果在指定方向上已经没有线程就变换方向进行第二次遍历同样是查找移动距离最短的线程。在这两次遍历中一定能找到合适的线程。l按照下面的步骤进行验证1.使用 scan.c文件中 IopDiskSchedule函数的函数体替换 block.c文件中 IopDiskSchedule函数的函数体。2.按 F7生成项目然后按 F5启动调试。3.待 EOS启动完毕在 EOS控制台中输入命令“ds”后按回车仍然会命中之前添加的断点。4.刷新“磁盘调度”窗口可以看到磁头移动的轨迹。对比 SCAN算法与 SSTF算法在“磁盘调度”窗口中的内容可以看出SCAN算法的平均寻道数有可能小于 SSTF算法所以说 SSTF算法不能保证平均寻道数最少。将“磁盘调度”窗口中的内容保存到一个图像文件中然后结束此次调试。使用 SCAN算法调度在本实验 3.4中产生“饥饿”现象的数据验证 SCAN算法能够解决“饥饿”现象并将“磁盘调度”窗口中的内容保存到一个图像文件中。最后将 ConsoleCmdDiskSchedule 函数中线程访问的磁道号恢复到本实验 3.2中的样子在后面的实验中还要使用这些数据。5.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。由于线程和请求总是一一对应的为了使后面的内容更加简单易懂有时就不再区分这两个概念。3.6.2提示1.在一次遍历中不再关心当前磁头移动的方向而是同时找到两个方向上移动距离最短的线程所对应的请求这样就不再需要遍历两次。2.在计算出线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道的偏移后可以将偏移分为三种类型偏移为 0表示线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道相同此情况应该优先被调度可立即返回该线程对应的请求的指针偏移大于 0记录向内移动距离最短的线程对应的请求偏移小于 0记录向外移动距离最短的线程对应的请求。3.循环结束后根据当前磁头移动的方向选择同方向移动距离最短的线程如果在同方向上没有线程就变换方向选择反方向移动距离最短的线程。具体逻辑可以参见图 19-6所示的流程图。6.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。由于磁头移动的方向被固定也就不需要根据磁头移动的方向进行分类处理所以 CSCAN算法的源代码会较 SCAN算法更加简单。3.7.2提示1.由于规定了磁头只能从外向内移动所以在每次遍历中总是同时找到向内移动距离最短的线程和向外移动距离最长的线程。注意与 SCAN 算法查找向外移动距离最短线程不同这里查找向外移动距离最长的线程。在开始遍历前可以将用来记录向外移动最长距离的变量赋值为 0。2.在计算出线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道的偏移后同样可以将偏移分为三种类型偏移为 0表示线程要访问的磁道与当前磁头所在磁道相同此情况应优先被调度可立即返回该线程对应的请求的指针偏移大于 0记录向内移动距离最短的线程对应的请求偏移小于 0记录向外移动距离最长的线程对应的请求。3.循环结束后选择向内移动距离最短的线程如果没有向内移动的线程就选择向外移动距离最长的线程四、实验结果与分析1. 验证先来先服务FCFS磁盘调度算法 截图EOS 控制台窗口和磁盘调度窗口内容给出寻道总量计算过程——参考课堂习题解题过程电子表格or手写拍照验证最短寻道时间优先SSTF磁盘调度算法截图EOS 控制台窗口和磁盘调度窗口内容给出寻道总量计算过程——参考课堂习题解题过程电子表格or手写拍照3. 仍然使磁头初始停留在磁道 10而让其它线程依次访问磁道 78、21、9、8、11、41、10、67、12、10验证SSTF算法造成的线程“饥饿”现象给出磁盘调度窗口内容并分析“饥饿现象”产生原因。结束调试后将访问磁盘请求队列恢复到本实验 3.2中的样子。验证扫描SCAN磁盘调度算法给出“磁盘调度”窗口内容给出寻道总量计算过程——参考课堂习题解题过程电子表格or手写拍照仍然使磁头初始停留在磁道 10而让其它线程依次访问磁道 78、21、9、8、11、41、10、67、12、10验证 SCAN算法能够解决“饥饿”现象 并将“磁盘调度”窗口中的内容保存到一个图像文件中。结束调试后将访问磁盘请求队列恢复到本实验 3.2中的样子。根据“3.2提示”和图8-16改写SCAN算法给出改写的IopDiskSchedule()及“磁盘调度”窗口内容。PREOUESTIopDiskSchedule(VOID){PLIST ENTRY pListEntry:PREOUEST pRequest:LONG Offset:ULONG InsideShortestDistanceÃxFFFFFFFFULONG OutsideShortestDistancexFFFFFFFFPREQUEST pNextRequestNLL.while(TRUE)(pListEntry RequestListHead.NexttorpListEntry ! RequestListHead:pListEntry pListEntry-Next)pRequestCONTAINING RECORD(pListEntry,REQUEST,ListEntry):Offset pReguest-Cylinder-CurrentCylinderif(0 Offset){pNextRequest pRequest;gotO RETURN}:else if{(ScanInside Offset0){if(OffsetInsideShortestDistance)InsideShortestDistance ffset:pNextRequest pRequest;}else if{(!ScanInside Offset0){(-0ffsetOutsideShortestDistance)iiOutsideShortestDistance ffset:pNextReguest pReguest:}if(NLL pNextRequest)Scanlnside ScanInside:}elsebreak ;RETURN:return pNextRequest;根据“3.2提示”编写循环扫描CSCAN磁盘调度算法给出改写的IopDiskSchedule()及“磁盘调度”窗口内容给出寻道总量计算过程——参考课堂习题解题过程电子表格or手写拍照