操作系统磁盘调度模拟：FCFS、SSTF、电梯与CSCAN算法实现

操作系统磁盘调度是管理硬盘驱动器执行磁道访问的关键部分，其主要目标是优化磁头移动，减少平均寻道时间和等待时间，从而提高系统效率。在这个课程设计中，学生需要模拟四种基本的磁盘调度算法：先来先服务(FCFS)、最短寻道时间优先(SSTF)、电梯调度(也称为扫描或SCAN)以及循环扫描(CSCAN)。 1. **FCFS（先来先服务）**：这是一种简单的调度策略，按照磁道请求的到达顺序进行服务。在FCFS算法中，磁头沿着磁道移动，依次处理请求，不论请求的磁道距离当前磁道远近。尽管简单，但FCFS可能会导致较大的平均寻道时间，特别是在请求序列中有远距离的跳跃时。 2. **SSTF（最短寻道时间优先）**：这种算法试图最小化下一个磁道与当前磁道之间的距离，以减少寻道时间。SSTF首先选择离当前磁道最近的请求，然后按照距离的顺序处理其他请求。然而，SSTF容易引起饥饿问题，即某些请求可能因为始终被更近的请求打断而长时间得不到服务。 3. **电梯调度（SCAN）**：电梯调度类似于电梯的工作方式，磁头在一个方向上移动，直到达到磁盘的边界，然后反向移动，继续处理请求。这样可以确保所有磁道在某次行程中至少被访问一次，减少了磁头的频繁变化方向，但可能导致某些请求等待时间较长。 4. **CSCAN（循环扫描）**：CSCAN为了解决SCAN算法中可能导致的长等待时间问题，它始终保持磁头单向移动，一旦到达磁盘一端，立即返回到另一端，形成一个循环。这样所有磁道都会被依次访问，消除了等待时间过长的问题，但可能会导致某些请求需要等待一个完整的扫描周期。 在课程设计中，学生需要编写代码来实现这四种算法，接受一组磁道请求作为输入，并输出按照所选算法执行时的磁头移动轨迹，以及计算平均寻道长度。对于每个算法，都需要设计相应的数据结构和逻辑，例如，对于SSTF，需要对请求序列进行排序；对于CSCAN，需要跟踪当前扫描方向和已访问的磁道。 理解这些算法及其工作原理是操作系统学习的重要部分，它们帮助我们理解如何在资源有限的情况下优化系统性能。通过这个课程设计，学生不仅可以深化对操作系统原理的理解，还能锻炼编程能力和问题解决技巧。