磁盘调度算法（FIFO、SSTF、SCAN、C-SCAN）模拟与实现

前言

（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。

一、算法介绍

本磁盘调度使用了四个常见算法（FIFO、SSTF、SCAN和C-SCAN）

先进先出算法 FIFO ：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 SSTF：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。

二、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 P305，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。

三、C语言实现

/*
DATE:2021-6-24 操作系统课程设计 
made by NiUoW 
*/ 
#include
#include
#define MAX 9
typedef struct Disk{
	
	int share[MAX];//磁盘作业 
	int flag[MAX];//记录是否访问磁盘作业 
	
}disk;
/*
55
58
39
18
90
160
150
38
184 
*/ 
int max(int position,int disk[])//求磁盘作业的最大位置值 
{
	int max=-1;
	for( int i=0; i<MAX; i++ )
	{
	 	if( disk[i] > max )
	 	max = disk[i];
		if( position > max && i==MAX-1)
		max = position;
	}
	return max;
}
void FIFO(int position,int fifo[])
{
	printf("FIFO (从磁道%d处开始)\n",position);
	printf("下一个被访问的磁道\t横跨磁道数\n");
	for( int i=0; i<MAX; i++ )
	{
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,fifo[i], abs(position-fifo[i]) );
		position = fifo[i];
	}
	printf("\n");
}
void SSTF(int position,int SSTF[],int flag[])
{
	int min=0, temp=0, num=0;
	printf("SSTF (从磁道%d处开始)\n",position);
	printf("下一个被访问的磁道\t横跨磁道数\n");
	while( true )
	{
		min = max( position,SSTF );
		for( int i=0; i<MAX; i++ )//选出移动距离最少的磁盘作业 
		{
			if( ( min > abs( position - SSTF[i] ) ) && flag[i] == 0 )//flag[i] == 0表示i位置没有被访问 
			{
				min = abs( position - SSTF[i] );
				temp = i;
			}
		}
		flag[temp] = 1;//标记已经使用过这个位置的磁盘作业 
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,SSTF[temp], abs(position-SSTF[temp]) );
		position = SSTF[temp];//下一个位置 
		num++;
		if( num==MAX )//执行完毕 
		break;
	}
	printf("\n");
}
int  sort_min_to_max(int *b)
{
    int i, j;
    int v;
    //排序主体
    for(i = 0; i < MAX - 1; i ++)
        for(j = i+1; j < MAX; j ++)
        {
            if(b[i] > b[j])//如前面的比后面的大，则交换。
            {
                v = b[i];
                b[i] = b[j];
                b[j] = v;
            }
        }
    return *b;
}
void SCANmax(int position,int *SCAN)
{
	int temp;
	sort_min_to_max(SCAN);
	printf("SCAN (从磁道%d处开始，以磁道号增大的顺序)\n",position);
	printf("下一个被访问的磁道\t横跨磁道数\n");
	for( int i=0; i<MAX; i++ )
	{
		if( position < SCAN[i] )
		{
			temp=i;
			break;
		}
	}
	for( int i=temp; i<MAX; i++ )//输出比position大的磁道号 
	{
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,SCAN[i], abs(position-SCAN[i]) );
		position = SCAN[i];
	}
	for( int i=temp-1; i>=0; i-- )//输出比position小的磁道号 
	{
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,SCAN[i], abs(position-SCAN[i]) );
		position = SCAN[i];
	}
	printf("\n");
}
void C_SCANmax(int position,int *C_SCAN)
{
	int temp;
	sort_min_to_max(C_SCAN);
	printf("C-SCAN (从磁道%d处开始，以磁道号增大的顺序)\n",position);
	printf("下一个被访问的磁道\t横跨磁道数\n");
	for( int i=0; i<MAX; i++ )
	{
		if( position < C_SCAN[i] )
		{
			temp=i;
			break;
		}
	}
	for( int i=temp; i<MAX; i++ )//输出比position大的磁道号 
	{
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,C_SCAN[i], abs(position-C_SCAN[i]) );
		position = C_SCAN[i];
	}
	for( int i=0; i<temp; i++ )//输出比position小的磁道号 
	{
		printf("%d\t\t\t%d\n" ,C_SCAN[i], abs(position-C_SCAN[i]) );
		position = C_SCAN[i];
	}
	printf("\n");
}
int main()
{
	int  position;//起始位置 
	Disk d;
	while( true )
	{
		for( int i=0; i<MAX; i++ )
		d.flag[i] = 0;
		
		printf("请输入磁道开始位置：");
		scanf("%d",&position);
		printf("你需要输入%d个磁道请求!\n\n",MAX);
		for( int i=0; i<MAX; i++ )
		{
			printf("请输入第%d个磁道请求：",i+1);
			scanf("%d",&d.share[i]); 
		}
		printf("\n");
		
		//FIFO
		FIFO(position,d.share);
		
		//SSTF
		SSTF(position,d.share,d.flag);
		
		//SCAN
		SCANmax(position,d.share);
		
		//C-SCAN
		C_SCANmax(position,d.share);
		
	}
}

四、结果

请输入磁道开始位置：100
你需要输入9个磁道请求!

请输入第1个磁道请求：55
请输入第2个磁道请求：58
请输入第3个磁道请求：39
请输入第4个磁道请求：18
请输入第5个磁道请求：90
请输入第6个磁道请求：160
请输入第7个磁道请求：150
请输入第8个磁道请求：38
请输入第9个磁道请求：184

FIFO (从磁道100处开始)
下一个被访问的磁道      横跨磁道数
55                      45
58                      3
39                      19
18                      21
90                      72
160                     70
150                     10
38                      112
184                     146

SSTF (从磁道100处开始)
下一个被访问的磁道      横跨磁道数
90                      10
58                      32
55                      3
39                      16
38                      1
18                      20
150                     132
160                     10
184                     24

SCAN (从磁道100处开始，以磁道号增大的顺序)
下一个被访问的磁道      横跨磁道数
150                     50
160                     10
184                     24
90                      94
58                      32
55                      3
39                      16
38                      1
18                      20

C-SCAN (从磁道100处开始，以磁道号增大的顺序)
下一个被访问的磁道      横跨磁道数
150                     50
160                     10
184                     24
18                      166
38                      20
39                      1
55                      16
58                      3
90                      32

请输入磁道开始位置：