1、 实验目的

(1) 了解磁盘结构以及磁盘上数据的组织方式。
(2) 掌握磁盘访问时间的计算方式。
(3) 掌握常用磁盘调度算法及其相关特性。

2、 实验基本知识及原理

（ 1）磁盘数据的组织
磁盘上每一条物理记录都有唯一的地址，该地址包括三个部分：磁头号（盘面号）、柱面号（磁
道号）和扇区号。给定这三个量就可以唯一地确定一个地址。
（ 2）磁盘访问时间的计算方式
磁盘在工作时以恒定的速率旋转。 为保证读或写，磁头必须移动到所要求的磁道上，当所要求
的扇区的开始位置旋转到磁头下时，开始读或写数据。 对磁盘的访问时间包括：寻道时间、旋转延
迟时间和传输时间。
（ 3）磁盘调度算法
磁盘调度的目的是要尽可能降低磁盘的寻道时间，以提高磁盘 I/O 系统的性能。
先进先出算法： 按访问请求到达的先后次序进行调度。
最短服务时间优先算法：优先选择使磁头臂从当前位置开始移动最少的磁盘 I/O 请求进行调度。
SCAN（电梯算法）： 要求磁头臂先沿一个方向移动，并在途中满足所有未完成的请求，直到它
到达这个方向上的最后一个磁道，或者在这个方向上没有别的请求为止， 后一种改进有时候称作
LOOK 策略。然后倒转服务方向，沿相反方向扫描，同样按顺序完成所有请求。
C-SCAN（循环扫描） 算法： 在磁盘调度时， 把扫描限定在一个方向，当沿某个方向访问到最
后一个磁道时，磁头臂返回到磁盘的另一端，并再次开始扫描。

3、 实验内容

本实验通过编程模拟实现几种常见的磁盘调度算法。
（ 1）测试数据：参见教材 P319-320，测试结果参见表 11.2。
（ 2）使用 C 语言编程实现 FIFO、 SSTF、 SCAN、 C-SCAN 算法（选做）。参考代码如下：

流程图：

测试数据基于操作系统-精髓与设计原理（第八版）P319-320
磁道数量：
9
磁道序列：
55 58 39 18 90 160 150 38 184

SCAN算法和C-SCAN算法例子中是一磁道号增大的顺序，代码使用于增大和减小两种顺序。

#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#define maxsize 1000 //定义最大数组域
//先进先出调度算法
void FIFO(int array[],int m)
{
    int sum=0,j,i,now;
    float avg;
    printf("\n 请输入当前的磁道号： ");
    scanf("%d",&now);
    printf("\n FIFO 调度结果: ");
    printf("%d ",now);
    for(i=0; i<m; i++) printf("%d ",array[i]);
    sum=abs(now-array[0]);
    for(j=1; j<m; j++) sum+=abs(array[j]-array[j-1]); //累计总的移动距离
    avg=(float)sum/m;//计算平均寻道长度
    printf("\n 移动的总道数： %d \n",sum);
    printf(" 平均寻道长度： %f \n",avg);
}
//最短服务时间优先调度算法
void SSTF(int array[],int m)
{
    int temp;
    int k=1;
    int now,l,r;
    int i,j,sum=0;
    float avg;
    for(i=0; i<m; i++)
    {
        for(j=i+1; j<m; j++) //对磁道号进行从小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//两磁道号之间比较
            {
                temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for( i=0; i<m; i++) //输出排序后的磁道号数组
        printf("%d ",array[i]);
    printf("\n 请输入当前的磁道号： ");
    scanf("%d",&now);
    printf("\n SSTF 调度结果: ");
    if(array[m-1]<=now)//判断整个数组里的数是否都小于当前磁道号
    {
        for(i=m-1; i>=0; i--) //将数组磁道号从大到小输出
            printf("%d ",array[i]);
        sum=now-array[0];//计算移动距离
    }
    else if(array[0]>=now)//判断整个数组里的数是否都大于当前磁道号
    {
        for(i=0; i<m; i++) //将磁道号从小到大输出
            printf("%d ",array[i]);
        sum=array[m-1]-now;//计算移动距离
    }
    else
    {
        while(array[k]<now)//逐一比较以确定 K 值
        {
            k++;
        }
        l=k-1;
        r=k;
//确定当前磁道在已排的序列中的位置
        while((l>=0)&&(r<m))
        {
            if((now-array[l])<=(array[r]-now))//判断最短距离
            {
                printf("%d ",array[l]);
                sum+=now-array[l];//计算移动距离
                now=array[l];
                l=l-1;
            }
            else
            {
                printf("%d ",array[r]);
                sum+=array[r]-now;//计算移动距离
                now=array[r];
                r=r+1;
            }
        }
        if(l=-1)
        {
            for(j=r; j<m; j++)
            {
                printf("%d ",array[j]);
            }
            sum+=array[m-1]-array[0];//计算移动距离
        }
        else
        {
            for(j=l; j>=0; j--)
            {
                printf("%d ",array[j]);
            }
            sum+=array[m-1]-array[0];//计算移动距离
        }
    }
    avg=(float)sum/m;
    printf("\n 移动的总道数： %d \n",sum);
    printf(" 平均寻道长度： %f \n",avg);
}
///扫描算法
void SCAN(int array[],int m)
{
    int sum=0;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        for(int j=i+1; j<m; j++) //对磁道号进行从小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//两磁道号之间比较
            {
                int temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 请输入当前的磁道号： ");
    int now;
    scanf("%d",&now);
    printf("\n SCAN 调度结果：");
    int pos;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        if(array[i]>=now)
        {
            pos=i;
            sum+=abs(array[i]-now);
            break;
        }
    }
    for(int i=pos; i<m; i++)
    {
        if(i!=pos)
            sum+=abs(array[i]-array[i-1]);
        printf("%d ",array[i]);
    }
    if(pos>=1)
        sum+=abs(array[m-1]-array[pos-1]);
    for(int i=pos-1; i>=0; i--)
    {
        if(i)
            sum+=abs(array[i]-array[i-1]);
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 移动的总道数：%d\n 平均寻道长度：%f\n",sum,1.0*sum/m);
}
///循环扫描算法
void CSCAN(int array[],int m)
{
    int sum=0;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        for(int j=i+1; j<m; j++) //对磁道号进行从小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//两磁道号之间比较
            {
                int temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 请输入当前的磁道号： ");
    int now;
    scanf("%d",&now);
    printf("\n C-SCAN 调度结果：");
    int pos;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        if(array[i]>=now)
        {
            pos=i;
            sum+=abs(array[i]-now);
            break;
        }
    }
    for(int i=pos; i<m; i++)
    {
        if(i!=pos)
            sum+=abs(array[i]-array[i-1]);
        printf("%d ",array[i]);
    }
    if(pos>=1)
        sum+=abs(array[m-1]-array[0]);
    for(int i=0; i<pos; i++)
    {
        if(i)
            sum+=abs(array[i]-array[i-1]);
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 移动的总道数：%d\n 平均寻道长度：%f\n",sum,1.0*sum/m);
}
// 操作界面
int main()
{
    int c;
    int count;
//int m=0;
    int cidao[maxsize];//定义磁道号数组
    int i=0;
    int b;
    printf("\n --------------------------------------------------\n");
    printf(" 磁盘调度算法模拟");
    printf("\n --------------------------------------------------\n");
    printf("请先输入磁道数量： \n");
    scanf("%d",&b);
    printf("请先输入磁道序列： \n");
    for(i=0; i<b; i++)
    {
        scanf("%d",&cidao[i]);
    }
    printf("\n 磁道读取结果： \n");
    for(i=0; i<b; i++)
    {
        printf("%d ",cidao[i]);//输出读取的磁道的磁道号
    }
    count=b;
    printf("\n ");
    while(1)
    {
        printf("\n 算法选择： \n");
        printf(" 1、先进先出算法（ FIFO） \n");
        printf(" 2、最短服务时间优先算法（ SSTF） \n");
        printf(" 3、扫描算法（ SCAN） \n");
        printf(" 4、循环扫描算法（ C-SCAN） \n");
        printf(" 5. 退出\n");
        printf("\n");
        printf("请选择： ");
        scanf("%d",&c);
        if(c>5)
            break;
        switch(c)//算法选择
        {
        case 1:
            FIFO(cidao,count);//先进先出算法
            printf("\n");
            break;
        case 2:
            SSTF(cidao,count);//最短服务时间优先算法
            printf("\n");
            break;
        case 3:
            SCAN(cidao,count);//扫描算法
            printf("\n");
            break;
        case 4:
            CSCAN(cidao,count);//循环扫描算法
            printf("\n");
            break;
        case 5:
            exit(0);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果截图：