掌握先来先服务FCFS，最短寻道时间优先SSTF，SCAN和循环SCAN算法。

先来先服务（FCFS）算法是一种简单的调度算法，按照作业提交的顺序进行调度。该算法存在“平均等待时间长”的缺点，因为作业的提交顺序可能与作业的执行顺序不匹配。

最短寻道时间优先（SSTF）算法是一种基于磁头移动距离的调度算法，每次选择距离当前磁头位置最近的请求进行调度。该算法能够减少平均寻道时间，但可能会导致某些请求长时间等待。

SCAN算法是一种扫描算法，磁头在一端向另一端移动，处理请求的顺序与磁头移动方向相同。当磁头到达磁盘的一端时，它会反转方向并继续处理请求，直到到达另一端。该算法优先处理距离当前磁头位置最近的请求，能够缩短等待时间，但可能会导致某些请求长时间等待。

循环SCAN算法是SCAN算法的变体，当磁头到达磁盘的一端时，它会回到另一端继续处理请求。该算法能够平衡磁头移动距离，减少寻道时间，但可能会导致某些请求长时间等待。

相关问题

写代码 通过这次实验，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS，最短寻道时间优先SSTF，SCAN和循环SCAN算法的实现方法。

好，下面我将为你介绍一下这四种磁盘调度算法的实现方法。

## FCFS算法

FCFS（First Come First Serve）算法是最简单的磁盘调度算法，它按照磁盘请求的到达时间顺序进行服务。具体实现方法如下：

def fcfs(requests, start):
    total_distance = 0
    current = start
    for request in requests:
        total_distance += abs(request - current)
        current = request
    return total_distance

其中，`requests`是一个列表，表示磁盘的请求序列，`start`表示磁头的初始位置。`current`表示当前磁头的位置，每次服务完一个请求后，磁头就移动到下一个请求的位置，直到服务完所有请求。`abs(request - current)`表示当前请求和磁头的距离。

## SSTF算法

SSTF（Shortest Seek Time First）算法是一种贪心算法，它每次选择距离磁头最近的请求进行服务。具体实现方法如下：

def sstf(requests, start):
    total_distance = 0
    current = start
    while requests:
        # 找到距离当前位置最近的请求
        closest = min(requests, key=lambda x: abs(x - current))
        total_distance += abs(closest - current)
        current = closest
        requests.remove(closest)
    return total_distance

其中，`min(requests, key=lambda x: abs(x - current))`表示找到距离当前位置最近的请求。每次服务完一个请求后，需要从请求序列中将该请求删除。

## SCAN算法

SCAN算法是一种往返扫描算法，它先沿一个方向（一般是向外）扫描磁盘上的请求，直到遇到最远的请求，然后改变方向，沿另一个方向扫描请求，直到遇到最远的请求，如此往返扫描，直到服务完所有请求。具体实现方法如下：

def scan(requests, start, direction):
    total_distance = 0
    current = start
    while requests:
        # 找到当前方向上最远的请求
        farthest = None
        for request in requests:
            if (direction == 1 and request >= current) or (direction == -1 and request <= current):
                if farthest is None or abs(request - current) > abs(farthest - current):
                    farthest = request
        if farthest is None:
            # 没有请求了，需要改变方向
            direction = -direction
            continue
        total_distance += abs(farthest - current)
        current = farthest
        requests.remove(farthest)
    return total_distance

其中，`direction`表示扫描的方向，1表示向外扫描，-1表示向内扫描。每次服务完一个请求后，需要判断是否需要改变方向，如果当前方向上没有请求了，则需要改变方向。

## 循环SCAN算法

循环SCAN算法是SCAN算法的变种，它在磁盘的两个端点之间来回扫描，直到服务完所有请求。具体实现方法如下：

def cscan(requests, start):
    total_distance = 0
    current = start
    while requests:
        # 找到当前方向上最远的请求
        farthest = None
        for request in requests:
            if request >= current:
                if farthest is None or abs(request - current) > abs(farthest - current):
                    farthest = request
        if farthest is None:
            # 没有请求了，需要移到磁盘起点
            total_distance += abs(199 - current)
            current = 0
            continue
        total_distance += abs(farthest - current)
        current = farthest
        requests.remove(farthest)
    return total_distance

其中，如果当前方向上没有请求了，则需要将磁头移到磁盘的起点，重新开始扫描。

以上就是四种磁盘调度算法的实现方法，你可以在实际应用中根据需要选择适合的算法。

通过编写和调试磁盘调度程序，加深对磁盘调度算法的理解，进一步掌握先来先服务FCFS，最短寻道时间优先SSTF，SCAN和循环SCAN算法的实现方法，并写出详细代码

磁盘调度程序是操作系统中管理硬盘I/O请求的关键组成部分，它的作用是决定哪些进程或数据块首先被读取到内存或写入到磁盘。了解这些调度算法有助于优化系统的性能，减少等待时间和提高资源利用率。

1. 先来先服务 (First-Come, First-Served, FCFS)：这是一种简单的调度算法，按照请求到达的顺序进行处理。每个请求一旦到达就立即加入队列，然后按顺序执行。

代码概览（C语言）：

   struct DiskRequest {
       int pid; // 进程ID
       int sector; // 请求的扇区号
   };

   void fcfs(int requests[], int n) {
       queue_create(requests, n);
       while (!queue_empty()) {
           DiskRequest next = queue_dequeue();
           // 执行IO操作
           execute_disk_operation(next.sector);
       }
   }

2. 最短寻道时间优先 (Shortest Seek Time First, SSTF)：这个算法总是选择当前磁头位置最近的未完成请求。但是，由于它是基于局部信息的，可能导致长时间不必要的移动。

代码实现可能涉及复杂的数据结构如二叉堆或优先队列：

   struct DiskRequest {
       int pid;
       int sector;
       int current_position;
   };
   
   bool compare_requests(DiskRequest a, DiskRequest b) {
       return a.current_position < b.current_position;
   }

   void sstf(int requests[], int n) {
       priority_queue<DiskRequest> pq(compare_requests);
       for (int i = 0; i < n; i++) {
           pq.enqueue(requests[i]);
       }
       while (!pq.isEmpty()) {
           DiskRequest next = pq.dequeue();
           // 执行IO操作
           execute_disk_operation(next.sector);
           update_head_position(next);
       }
   }

3. SCAN 和 循环SCAN：这两个算法都是改进版的旋转调度算法，试图减少平均寻道距离。SCAN 是每次从磁盘的一端开始扫描直到找到下一个请求，而循环SCAN 则是在结束时返回到开始点继续扫描。

   void scan(int requests[], int n) {
       int head_pos = 0;
       for (DiskRequest req : requests) {
           execute_disk_operation(req.sector);
           head_pos = (head_pos + 1) % disk_size; // 循环
       }
   }

   void circular_scan(int requests[], int n) {
       // 类似于 SCAN，但添加了对 head_pos 的更新逻辑
   }

要完全理解并调试这样的程序，你需要对操作系统底层工作原理、队列和优先级队列的操作、以及如何模拟磁盘驱动器的行为有深入的了解。同时，测试各种并发场景和边界条件也是至关重要的。在实现后，你可以运行不同类型的请求序列来观察和比较不同算法的性能。