磁盘调度算法例题解析以及C语言实现

时间：2025-04-09 07:54:27

如果当前停留在第122号磁道上，接下来8个磁道按顺序分别是 120,98,4,51,180,195,140,23。请写出最短寻道时间优先和扫描算 法的访问顺序以及各自的平均寻道长度。

最短寻道时间优先算法：

SSTF算法选择调度处理的磁道是与当前磁头所在磁道距离最近的磁道，以使每次的寻找时间最短。当然，总是选择最小寻找时间并不能保证平均寻找时间最小，但是能提供比FCFS算法更好的性能。这种算法会产生“饥饿”现象。

最短寻道时间优先：122， 120， 140， 180， 195， 98， 51， 23, 4

先找离122最近的120，接着找离120最近的，140，以此类推

平均寻道长度：(2+20+40+15+97+47+28+19)/8 = 33.5

扫描算法：

该算法不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象，应是其欲访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。这种自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁臂换向为自外向里移动。这是，同样也是每次选择这样的进程来调度，即要访问的磁道在当前位置内距离最近者，这样，磁头又逐步地从外向里移动，直至再无更里面的磁道要访问，从而避免了出现“饥饿”现象。由于在这种算法中磁盘移动的规律颇似电梯的运行，因而又常称之为电梯调度算法。

扫描算法：122， 140， 180， 195， 120， 98， 51， 23， 4

按顺序先从小到大，122 140 180 195 到了最大值开始从大到小

平均寻道长度：(18+40+15+75+22+47+28+19)/8 = 33

最短寻道时间算法（C语言）

这段代码包含两个C语言程序，它们都是关于磁盘调度算法的实现。第一个程序实现了最短寻道时间优先（SSTF）算法，而第二个程序实现了扫描（SCAN）算法。下面是对这两个程序的宏观和微观分析。

SSTF算法（最短寻道时间优先）

宏观（实现思路）
  1. 初始化：定义磁道控制块（TCB）结构体和数组，用于存储磁道号和完成标志。
  2. 随机生成磁道访问请求：生成不重复的随机磁道号。
  3. SSTF算法实现：按照SSTF算法的规则，计算磁头移动的总距离，并找出访问顺序。
  4. 输出结果：打印磁道访问顺序和统计信息。
微观（具体模块划分以及代码解释）
  • struct TCB：定义了一个结构体来存储磁道号和完成标志。
  • randomnumber 函数：生成互不相同的随机磁道号，并初始化完成标志为-1。
  • SSTF 函数：
    • 使用abs函数计算当前磁头位置与请求磁道之间的距离。
    • 对于第一个请求，找到与当前磁头位置距离最近的两个磁道，并选择其中一个进行访问。
    • 对于后续请求，找出未完成的磁道中距离当前磁头最近的磁道进行访问。
    • 打印访问顺序和统计磁头移动的总距离。

SCAN算法（扫描）

宏观（实现思路）
  1. 初始化：与SSTF相同，定义TCB结构体和数组。
  2. 随机生成磁道访问请求：与SSTF相同。
  3. SCAN算法实现：按照SCAN算法的规则，确定磁头移动方向和访问顺序。
  4. 输出结果：打印磁道访问顺序和统计信息。
微观（具体模块划分以及代码解释）
  • 与SSTF相同的部分：结构体定义、随机数生成函数。
  • SCAN 函数：
    • 对磁道请求进行排序。
    • 根据当前磁头位置和用户选择的移动方向，确定访问开始位置。
    • 执行SCAN算法，打印访问顺序和统计磁头移动的总距离。

错误和注意点

  • 在main函数中，scanf读取当前磁头位置的语句中¤t应该是&current。
  • randomnumber函数中，srand应该在程序开始处调用一次即可，而不是每次函数调用时都调用。
  • randomnumber函数中，初始化完成标志应该使用track[x++].flag=-1;而不是track[--x].flag=-1;。

总结

这两个程序实现了磁盘调度中的SSTF和SCAN算法。它们通过随机生成磁道访问请求，然后根据算法规则计算磁头移动的顺序和总距离，并输出结果。代码中存在一些错误和需要注意的地方，需要修正以确保程序的正确运行。

完整代码如下所示：

#include<>
#include<>
#include<>
#define N 51
struct TCB     //track control block磁道控制块 
{
	int tn; //track number磁道号 
	int flag;  //完成标志   flag=-1没完成 flag=1完成 
}track[N]; 
 
int a[N]; //记录磁道访问的先后顺序 
 
int randomnumber(int n,int max,int min)   //各磁道互不相同 
{
	srand((int)time(NULL));
	int t;   //用来判断这个随机数是否重复
	int x,y;
	for(x=1;x<=n;)
	{
		t=rand()%(max-min+1)+min;
		for(y=1;y<x;y++)
			{if(track[y].tn==t) break;}
		if(y==x) //不重复
		{track[x++].tn=t;track[--x].flag=-1;x++;}//有进程的为-1，没有的为0 （系统初始化） 
	}
}
 
int SSTF(int n,int present,int max,int min)
{
	/*这个最短寻道时间优先要分两部分考虑，
	第一，访问第一个磁道：
	      比如说磁头开始处在第六道，然后等待服务的磁道先后顺序为8,2,5,3,7,9
	      那么问题来了，这个最短访问磁道距离为1（分别是磁道5和7），
		  那么我就以这两个磁道先到达的处理，那就是处理5;
		  当然，除了第一个访问的会出现这种问题，之后不会出现了（因为顺序） 
	第二，访问之后的磁道就以当前磁头所在地找最短的访问 
		  */ 
	int z=1;     //记录顺序访问数组a的下标 
	int s=0;     // 记录对于第一个访问中最短距离有几个 
	int sum=0;  //移动的磁道总数 
	int add=0;   //记录已经访问的磁道个数
	int md=max-min;  //min distance用来存当前最短距离 （初值最大） 
	int mdp;  //min distance position用来存放当前最短距离磁道下标
	int i,j; 
	
	//访问第一个磁道 
	for(i=1;i<=n;i++)    //找最小距离 
	{
		if(abs(present-track[i].tn)<md)
			md=abs(present-track[i].tn);	
	}
	for(i=1;i<=n;i++)   //找最小距离的个数 ，mdp记录的是最后一个磁道其md等于最小距离的下标 
	{
		if(md==abs(present-track[i].tn)) {s++;mdp=i;}
	}
	if(s==1)      //如果只有一个，那就直接访问 
	{
		a[z++]=track[mdp].tn; 
		track[mdp].flag=1;
		sum+=abs(present-track[mdp].tn);
		present=track[mdp].tn;
		add+=1;	
	}
	else if(s>1)  //如果有两个 
	{
		for(i=1;i<=n;i++)  //先找到最先到达的一个 ，再访问 
		if(md==abs(present-track[i].tn)) {mdp=i;break;}  
		a[z++]=track[mdp].tn; 
		track[mdp].flag=1;
		sum+=abs(present-track[mdp].tn);
		present=track[mdp].tn;
		add+=1;
	}
	
	//访问其他的磁道 
	while(add<n)
	{
		md=max-min; 
		for(i=1;i<=n;i++)
		{                     //找到接下来访问的位置 
		if(track[i].flag==-1) 
			if(abs(present-track[i].tn)<md) 
			 {md=abs(present-track[i].tn);mdp=i;}
		} 
		sum+=md;
		present=track[mdp].tn;
		track[mdp].flag=1;
		add++;
		a[z++]=track[mdp].tn;
	} 
	
	printf("\n\n\n磁道访问顺序：");
	for(j=1;j<=n;j++)
	printf("%d ",a[j]);
	printf("\n\n磁道移动总数sum=%d\n",sum);
	printf("平均寻道总数=%lf\n",sum/(float)n);
}
 
int main()
{
	int n;
	int max,min,current;
	printf("\t\t最短寻道时间优先\n\n");
	printf("请输入请求进程的个数(1-50):");
	scanf("%d",&n);
	printf("请输入最小磁道号：");
	scanf("%d",&min);
	printf("请输入最大磁道号：");
	scanf("%d",&max);
	printf("请输入当前磁头所在的位置：");
	scanf("%d",¤t);
	randomnumber(n,max,min);
	//for(int i=1;i<=N;i++) //检验产生的数是否符合要求 
	//printf("%d %d\n",track[i].tn,track[i].flag);
	printf("\n磁道请求调度先后顺序为：\n");
	for(int j=1;j<=n;j++)
	printf("%d\t",track[j].tn);
	SSTF(n,current,max,min);
	return 0;	
}

扫描算法（C语言）

#include<>
#include<>
#include<>
#define N 51
struct TCB     //track control block
{
	int tn; //track number磁道号 
	int flag;  //完成标志   flag=-1没完成 flag=1完成 
}track[N]; 
 
int randomnumber(int n,int max,int min)   //各磁道互不相同 
{
	srand((int)time(NULL));
	int t;   //用来判断这个随机数是否重复
	int x,y;
	for(x=1;x<=n;)
	{
		t=rand()%(max-min+1)+min;
		for(y=1;y<x;y++)
			{if(track[y].tn==t) break;}
		if(y==x) //不重复
		{track[x++].tn=t;track[--x].flag=-1;x++;}//有进程的为-1，没有的为0 （系统初始化） 
	}
}
 
int SCAN(int n,int present,int max,int min,int option)
{
	int i,j;
	int z=1;
	int start;  //存放磁头访问开始位置 
	int sum=0;  //磁头移动总数 
	for(i=1;i<n;i++)    //对磁道从小到大排序 
	for(j=i+1;j<=n;j++)
	if(track[i].tn>track[j].tn)
	{
	track[0].tn=track[i].tn;
	track[i].tn=track[j].tn;
	track[j].tn=track[0].tn;
	}
	
	if(present<=track[1].tn) start=1;   //找分断点和访问开始位置 
	else if(present>=track[n].tn) start=n;
	else
	{ 
		for(i=2;i<n;i++)
		if(track[i-1].tn<present&&track[i+1].tn>present)
	         {start=i;break;} 
	    if(track[start].tn==present) start=i;
	    else if(track[start].tn<=present)
	    {
	    	if(option==1) start=i+1;
	    	else if(option==0) start=i;
		}
		else if(track[start].tn>=present)
		{
			if(option==1) start=i;
	    	else if(option==0) start=i-1;
		}
	}
	
	//找到磁头访问开始位置后，就是扫描访问各磁道 
	printf("\n\n\n磁道访问顺序：");
	if(start==1||start==n)   
	{
		
		if(start==1)
			for(j=1;j<=n;j++)
				{printf("%d ",track[j].tn); sum+=abs(present-track[j].tn); present=track[j].tn;}
		else if(start==n)
			for(j=n;j>=1;j--)
				{printf("%d ",track[j].tn);sum+=abs(present-track[j].tn);present=track[j].tn;}
	} 
	else
	{    
	if(option==1)  //自低向高走
		{
		 for(j=start;j<=n;j++) {printf("%d ",track[j].tn);sum+=abs(present-track[j].tn);present=track[j].tn;}
		 for(j=start-1;j>=1;j--) {printf("%d ",track[j].tn);sum+=abs(present-track[j].tn);present=track[j].tn;}
		} 
	else if(option==2)  //自高向低走 
		{
			for(j=start;j>=1;j--){printf("%d ",track[j].tn);sum+=abs(present-track[j].tn);present=track[j].tn;}
			for(j=start+1;j<=n;j++){printf("%d ",track[j].tn);sum+=abs(present-track[j].tn);present=track[j].tn;}
		} 
	printf("\n\n磁道移动总数sum=%d\n",sum);
	printf("平均寻道总数=%lf\n",sum/(float)n);
	}
}
 
int main()
{
	int n;
	int max,min,current;
	int option;    //用于磁头移动方向选择 
	printf("\t\t最短寻道时间优先\n\n");
	printf("请输入请求进程的个数(1-50):");
	scanf("%d",&n);
	printf("请输入最小磁道号：");
	scanf("%d",&min);
	printf("请输入最大磁道号：");
	scanf("%d",&max);
	printf("请输入当前磁头所在的位置：");
	scanf("%d",¤t);
	printf("\n请选择磁头的移动方向： 1.自低向高； 2.自高向低。\n");
	scanf("%d",&option);
	randomnumber(n,max,min);
	//for(int i=1;i<=N;i++) //检验产生的数是否符合要求 
	//printf("%d %d\n",track[i].tn,track[i].flag);
	printf("\n磁道请求调度先后顺序为：\n");
	for(int j=1;j<=n;j++)
	printf("%d\t",track[j].tn);
	SCAN(n,current,max,min,option);
	return 0;	
}

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