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一、实验目的

加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、SCAN和循环SCAN算法的实现方法。

实验内容

1.设计程序模拟先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、SCAN和循环SCAN算法的工作过程。
2.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。

设计思路

先来先服务（FCFS）算法
最短寻道时间优先（SSTF）算法
SCAN 算法
循环 SCAN（C-SCAN）算法

三、实验代码实现

1. 先来先服务（FCFS）算法
   FCFS 是最简单的磁盘调度算法，按照请求到达的先后顺序依次处理。实现代码如下：

// 先来先服务算法（FCFS）
void FCFS(int request[], int n, int head) {int total_distance = 0;printf("FCFS磁盘调度顺序:\n");printf("%d ", head);for (int i = 0; i < n; i++) {int distance = abs(request[i] - head);total_distance += distance;head = request[i];printf("%d ", head);}printf("\n平均寻道长度: %.2f\n", (float)total_distance / n);
}

2. 最短寻道时间优先（SSTF）算法
   SSTF 算法选择距离当前磁头位置最近的请求进行处理，能够有效减少总寻道时间。

// 最短寻道时间优先算法（SSTF）
void SSTF(int request[], int n, int head) {int total_distance = 0;int visited[n];for (int i = 0; i < n; i++)visited[i] = 0;printf("SSTF磁盘调度顺序:\n");printf("%d ", head);for (int count = 0; count < n; count++) {int min_distance = 1000000;int index = -1;for (int i = 0; i < n; i++) {if (!visited[i]) {int distance = abs(request[i] - head);if (distance < min_distance) {min_distance = distance;index = i;}}}visited[index] = 1;total_distance += min_distance;head = request[index];printf("%d ", head);}printf("\n平均寻道长度: %.2f\n", (float)total_distance / n);
}

3. SCAN 算法
   SCAN 算法也称为电梯算法，磁头向一个方向移动，处理途中的所有请求，直到到达磁盘边缘，然后改变方向继续处理。

// SCAN算法
void SCAN(int request[], int n, int head, int disk_size) {int total_distance = 0;int visited[n];for (int i = 0; i < n; i++)visited[i] = 0;// 对请求磁道号数组进行排序for (int i = 0; i < n - 1; i++) {for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {if (request[j] > request[j + 1]) {int temp = request[j];request[j] = request[j + 1];request[j + 1] = temp;}}}int index = 0;while (index < n && request[index] < head)index++;printf("SCAN磁盘调度顺序:\n");printf("%d ", head);// 向磁盘号增大的方向移动for (int i = index; i < n; i++) {total_distance += abs(request[i] - head);head = request[i];printf("%d ", head);}// 向磁盘号减小的方向移动（如果有需要）if (index > 0) {total_distance += abs(request[0] - head);head = request[0];printf("%d ", head);for (int i = 1; i < index; i++) {total_distance += abs(request[i] - head);head = request[i];printf("%d ", head);}}printf("\n平均寻道长度: %.2f\n", (float)total_distance / n);
}

4. 循环 SCAN（C-SCAN）算法
   C-SCAN 算法是 SCAN 算法的变种，磁头只向一个方向移动，到达边缘后立即返回到起始位置继续移动。

// 循环SCAN算法（C-SCAN）
void C_SCAN(int request[], int n, int head, int disk_size) {int total_distance = 0;int visited[n];for (int i = 0; i < n; i++)visited[i] = 0;// 对请求磁道号数组进行排序for (int i = 0; i < n - 1; i++) {for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {if (request[j] > request[j + 1]) {int temp = request[j];request[j] = request[j + 1];request[j + 1] = temp;}}}int index = 0;while (index < n && request[index] < head)index++;printf("C-SCAN磁盘调度顺序:\n");printf("%d ", head);// 向磁盘号增大的方向移动直到末尾for (int i = index; i < n; i++) {total_distance += abs(request[i] - head);head = request[i];printf("%d ", head);}// 直接跳到磁盘号最小的磁道，继续扫描total_distance += abs(request[0] - head);head = request[0];printf("%d ", head);for (int i = 1; i < index; i++) {total_distance += abs(request[i] - head);head = request[i];printf("%d ", head);}printf("\n平均寻道长度: %.2f\n", (float)total_distance / n);
}

结果分析：

从实验结果可以看出：

FCFS 算法实现简单，但平均寻道长度最大，性能最差，因为它不考虑磁头的移动方向和距离。
SSTF 算法的平均寻道长度最小，性能最优，因为它总是选择最近的请求处理，但可能导致某些请求长期得不到服务（饥饿现象）。
SCAN 算法和 SSTF 性能接近，避免了饥饿现象，但由于需要改变方向，可能会增加一些额外的寻道时间。
C-SCAN 算法的平均寻道长度略高于 SCAN，因为它返回起点需要跨越整个磁盘，但它提供了更均匀的响应时间。

四、总结

• 遇到的问题
  1致命语法错误：行头缺失
  遇到的问题
  函数命名冲突：malloc函数是标准库函数，在代码中重新定义会导致冲突。
  
  编译后提示错误，malloc 函数是标准库函数，重新定义会导致冲突。mfree 函数参数类型与标准库函数不匹配。指针转换为整数类型时需要进行类型转换。
  参数类型不匹配：mfree函数参数类型与标准库函数不匹配。
  类型转换问题：指针转换为整数类型时需要进行类型转换。

2. 例如 SCAN 和 C-SCAN 算法需要对请求进行排序，这增加了算法的复杂度。此外，不同的初始磁头位置和请求序列会对算法性能产生显著影响。

通过本次实验，我深入理解了四种磁盘调度算法的工作原理和实现方法。不同的算法在不同的场景下有不同的优势：
FCFS 适用于请求较少或对公平性要求较高的场景。
SSTF 适用于大多数场景，能有效减少平均寻道时间。
SCAN 和 C-SCAN 适用于对响应时间分布要求较高的场景，如数据库系统。

通过比较各算法的性能，我认识到在实际操作系统中，需要根据系统的特点和应用需求选择合适的磁盘调度算法，以优化系统性能。