1、 實驗目的

(1) 瞭解磁碟結構以及磁碟上資料的組織方式。
(2) 掌握磁碟訪問時間的計算方式。
(3) 掌握常用磁碟排程演算法及其相關特性。

2、 實驗基本知識及原理

（ 1）磁碟資料的組織
磁碟上每一條物理記錄都有唯一的地址，該地址包括三個部分：磁頭號（盤面號）、柱面號（磁
道號）和扇區號。給定這三個量就可以唯一地確定一個地址。
（ 2）磁碟訪問時間的計算方式
磁碟在工作時以恆定的速率旋轉。 為保證讀或寫，磁頭必須移動到所要求的磁軌上，當所要求
的扇區的開始位置旋轉到磁頭下時，開始讀或寫資料。 對磁碟的訪問時間包括：尋道時間、旋轉延
遲時間和傳輸時間。
（ 3）磁碟排程演算法

磁碟排程的目的是要儘可能降低磁碟的尋道時間，以提高磁碟 I/O 系統的效能。
先進先出演算法： 按訪問請求到達的先後次序進行排程。
最短服務時間優先演算法：優先選擇使磁頭臂從當前位置開始移動最少的磁碟 I/O 請求進行排程。
SCAN（電梯演算法）： 要求磁頭臂先沿一個方向移動，並在途中滿足所有未完成的請求，直到它
到達這個方向上的最後一個磁軌，或者在這個方向上沒有別的請求為止， 後一種改進有時候稱作
LOOK 策略。然後倒轉服務方向，沿相反方向掃描，同樣按順序完成所有請求。
C-SCAN（迴圈掃描） 演算法： 在磁碟排程時， 把掃描限定在一個方向，當沿某個方向訪問到最
後一個磁軌時，磁頭臂返回到磁碟的另一端，並再次開始掃描。

3、 實驗內容

本實驗通過程式設計模擬實現幾種常見的磁碟排程演算法。
（ 1）測試資料：參見教材 P319-320，測試結果參見表 11.2。
（ 2）使用 C 語言程式設計實現 FIFO、 SSTF、 SCAN、 C-SCAN 演算法（選做）。參考程式碼如下：

流程圖：

測試資料基於作業系統-精髓與設計原理（第八版）P319-320
磁軌數量：
9
磁軌序列：
55 58 39 18 90 160 150 38 184

SCAN演算法和C-SCAN演算法例子中是一磁軌號增大的順序，程式碼使用於增大和減小兩種順序。

#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
 

#define maxsize 1000 //定義最大陣列域
//先進先出排程演算法
void FIFO(int array[],int m)
{
    int sum=0,j,i,now;
    float avg;
    printf("\n 請輸入當前的磁軌號： ");
    scanf("%d",&now);
    printf("\n FIFO 排程結果: ");
    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]); //累計總的移動距離
    avg=(float)sum/m;//計算平均尋道長度
    printf("\n 移動的總道數： %d \n",sum);
    printf(" 平均尋道長度： %f \n",avg);
}
//最短服務時間優先排程演算法
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++) //對磁軌號進行從小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//兩磁軌號之間比較
            {
                temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for( i=0; i<m; i++) //輸出排序後的磁軌號陣列
        printf("%d ",array[i]);
    printf("\n 請輸入當前的磁軌號： ");
    scanf("%d",&now);
    printf("\n SSTF 排程結果: ");
    if(array[m-1]<=now)//判斷整個數組裡的數是否都小於當前磁軌號
    {
        for(i=m-1; i>=0; i--) //將陣列磁軌號從大到小輸出
            printf("%d ",array[i]);
        sum=now-array[0];//計算移動距離
    }
    else if(array[0]>=now)//判斷整個數組裡的數是否都大於當前磁軌號
    {
        for(i=0; i<m; i++) //將磁軌號從小到大輸出
            printf("%d ",array[i]);
        sum=array[m-1]-now;//計算移動距離
    }
    else
    {
        while(array[k]<now)//逐一比較以確定 K 值
        {
            k++;
        }
        l=k-1;
        r=k;
//確定當前磁軌在已排的序列中的位置
        while((l>=0)&&(r<m))
        {
            if((now-array[l])<=(array[r]-now))//判斷最短距離
            {
                printf("%d ",array[l]);
                sum+=now-array[l];//計算移動距離
                now=array[l];
                l=l-1;
            }
            else
            {
                printf("%d ",array[r]);
                sum+=array[r]-now;//計算移動距離
                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];//計算移動距離
        }
        else
        {
            for(j=l; j>=0; j--)
            {
                printf("%d ",array[j]);
            }
            sum+=array[m-1]-array[0];//計算移動距離
        }
    }
    avg=(float)sum/m;
    printf("\n 移動的總道數： %d \n",sum);
    printf(" 平均尋道長度： %f \n",avg);
}
///掃描演算法
void SCAN(int array[],int m)
{
    int sum=0;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        for(int j=i+1; j<m; j++) //對磁軌號進行從小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//兩磁軌號之間比較
            {
                int temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 請輸入當前的磁軌號： ");
    int now;
    scanf("%d",&now);
    printf("\n SCAN 排程結果：");
    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 移動的總道數：%d\n 平均尋道長度：%f\n",sum,1.0*sum/m);
}
///迴圈掃描演算法
void CSCAN(int array[],int m)
{
    int sum=0;
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        for(int j=i+1; j<m; j++) //對磁軌號進行從小到大排列
        {
            if(array[i]>array[j])//兩磁軌號之間比較
            {
                int temp=array[i];
                array[i]=array[j];
                array[j]=temp;
            }
        }
    }
    for(int i=0; i<m; i++)
    {
        printf("%d ",array[i]);
    }
    printf("\n 請輸入當前的磁軌號： ");
    int now;
    scanf("%d",&now);
    printf("\n C-SCAN 排程結果：");
    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 移動的總道數：%d\n 平均尋道長度：%f\n",sum,1.0*sum/m);
}
// 操作介面
int main()
{
    int c;
    int count;
//int m=0;
    int cidao[maxsize];//定義磁軌號陣列
    int i=0;
    int b;
    printf("\n --------------------------------------------------\n");
    printf(" 磁碟排程演算法模擬");
    printf("\n --------------------------------------------------\n");
    printf("請先輸入磁軌數量： \n");
    scanf("%d",&b);
    printf("請先輸入磁軌序列： \n");
    for(i=0; i<b; i++)
    {
        scanf("%d",&cidao[i]);
    }
    printf("\n 磁軌讀取結果： \n");
    for(i=0; i<b; i++)
    {
        printf("%d ",cidao[i]);//輸出讀取的磁軌的磁軌號
    }
    count=b;
    printf("\n ");
    while(1)
    {
        printf("\n 演算法選擇： \n");
        printf(" 1、先進先出演算法（ FIFO） \n");
        printf(" 2、最短服務時間優先演算法（ SSTF） \n");
        printf(" 3、掃描演算法（ SCAN） \n");
        printf(" 4、迴圈掃描演算法（ C-SCAN） \n");
        printf(" 5. 退出\n");
        printf("\n");
        printf("請選擇： ");
        scanf("%d",&c);
        if(c>5)
            break;
        switch(c)//演算法選擇
        {
        case 1:
            FIFO(cidao,count);//先進先出演算法
            printf("\n");
            break;
        case 2:
            SSTF(cidao,count);//最短服務時間優先演算法
            printf("\n");
            break;
        case 3:
            SCAN(cidao,count);//掃描演算法
            printf("\n");
            break;
        case 4:
            CSCAN(cidao,count);//迴圈掃描演算法
            printf("\n");
            break;
        case 5:
            exit(0);
        }
    }
    return 0;
}

執行結果截圖：