一：实验内容

模拟电梯调度算法，对磁盘进行移臂和旋转调度。

二.实验题目

(1).“驱动调度”进程和“接收请求”进程能否占有处理器运行，取决于磁盘的结束中断信号和处理器调度策略。在实验中可用随机数来模拟确定这两个进程的运行顺序，以代替中断处理和处理器调度选择的过程。因而，程序的结构可参考下图:

(2).“接收请求”进程建立一张“请求 I/O”表，指出访问磁盘的进程要求访问的物理地址，表的格式为：

假定某个磁盘组共有 200 个柱面，由外向里顺序编号（0—199），每个柱面上有 20 个磁道，编号为 0—19，每个磁道分成 8 个物理记录，编号 0—7。进程访问磁盘的物理地址可以用键盘输入的方法模拟得到。下图是“接收请求”进程的模拟算法。

三.代码实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define IOnum 10 //模拟IO表最大长度
struct IO_table
{
    char Pname; //进程名
    int Zhu;  //柱面号
    int Ci; //磁头号
    int Sha; //扇区号(物理记录)
}IO_table[IOnum],current; //current用于存储每次调度前的上一次访问磁盘的位置

int more_current[IOnum] = {-1}; //存储柱面号大于当前柱面号的数组
int more_length = 0;//more数组有效长度
int less_current[IOnum] = {-1}; //存储柱面号小于当前柱面号的数组
int less_length = 0; //less数组有效长度
int processNum = 0; //存储当前IO表中进程总数
int YB_direct = 1; //移臂方向标识符 1表示向内up 0表示向外down  默认向内为1
void IO_table_init() //IO请求表初始化
{
    int i = 0;  
    for (i; i < IOnum; i++)//初始化未使用时表内各项数据均为-1
    {
        IO_table[i].Pname = '-1';
        IO_table[i].Zhu = -1;
        IO_table[i].Ci = -1;
        IO_table[i].Sha = -1;
        more_current[i] = -1;
        less_current[i] = -1;
    }
    
    //模拟预装入8条请求，顺序任意
    IO_table[0].Pname = 'A'; IO_table[0].Zhu = 58; IO_table[0].Ci = 2; IO_table[0].Sha = 1;//第一个请求
    IO_table[1].Pname = 'B'; IO_table[1].Zhu = 55; IO_table[1].Ci = 3; IO_table[1].Sha = 2;//第二个请求
    IO_table[2].Pname = 'C'; IO_table[2].Zhu = 39; IO_table[2].Ci = 4; IO_table[2].Sha = 3;//第三个请求
    IO_table[3].Pname = 'D'; IO_table[3].Zhu = 38; IO_table[3].Ci = 5; IO_table[3].Sha = 4;//第四个请求
    IO_table[4].Pname = 'E'; IO_table[4].Zhu = 18; IO_table[4].Ci = 6; IO_table[4].Sha = 5;//第五个请求
    IO_table[5].Pname = 'F'; IO_table[5].Zhu = 160; IO_table[5].Ci = 7; IO_table[5].Sha = 6;//第六个请求
    IO_table[6].Pname = 'G'; IO_table[6].Zhu = 150; IO_table[6].Ci = 8; IO_table[6].Sha = 7;//第七个请求
    IO_table[7].Pname = 'H'; IO_table[7].Zhu = 184; IO_table[7].Ci = 9; IO_table[7].Sha = 0;//第八个请求
    //模拟预设置 current的值
    current.Pname = '-1'; current.Zhu = 100; current.Ci = 1; current.Sha = 0;
    
} 

void show_IO_table()  //打印当前请求IO表
{
    printf("----------------------[I/O请求表]------------------------\n");
    int i = 0;
    for (i; i < IOnum; i++)
    {                    
        if (IO_table[i].Sha != -1)  //打印非空项
        {
            printf("【进程名】:%c", IO_table[i].Pname);
            printf("  【柱面号】:%3d", IO_table[i].Zhu);
            printf("  【磁头号】:%d", IO_table[i].Ci);
            printf("  【扇区号】:%d\n", IO_table[i].Sha);
        }
    }
    printf("----------------------[I/O请求表]------------------------\n");
}

int find_inLocation()  //寻找当前IO表中第一个空闲位置,未找到则返回-1
{    
    int flag = -1;
    int i = 0;
    for (i; i < IOnum; i++)
    {
        if (IO_table[i].Zhu == -1)  //找到IO表中第一个空下标保存并退出
        {
            flag = i;
            break;
        }
    }
    return flag;
}

void show_current() //打印选中的current进程，模拟其访问磁盘
{
    printf("【提示】当前选中进程:");
    printf("【进程名】:%c", current.Pname);
    printf("  【柱面号】:%3d", current.Zhu);
    printf("  【磁头号】:%d", current.Ci);
    printf("  【扇区号】:%d\n", current.Sha);
}

void show_updown()//打印方向
{
    if (YB_direct == 1)
        printf("【方向】:up(内)\n");
    if(YB_direct==0)
        printf("【方向】:down(外)\n");
}

void add_IO_request() //添加新请求
{
    int flag = -1; //用于标识插入IO表位置
    flag = find_inLocation();
    if (flag != -1)
    {
        printf("【提示】请依次输入【进程名】-【柱面号】-【磁头号】-【扇区号】:\n");
        scanf("%s%d%d%d", &IO_table[flag].Pname, &IO_table[flag].Zhu, &IO_table[flag].Ci, &IO_table[flag].Sha);
    }
    else
    {
        printf("【提示】IO表已满");
    }
    show_IO_table();//打印修改后的IO表
}

int find_zhu(int X) //寻找是否有与X相同的柱面  找到返回其在IO表下标，未找到返回-1
{
    int flag = -1;
    int i = 0;
    for (i; i < IOnum; i++)
    {
        if (IO_table[i].Zhu ==X) //两柱面相同
        {
            flag = i;  //找到符合条件的第一个即返回下标
            break;
        }
    }
    return flag;
}

void sort(int a[],int count)// 直接插入排序 count为数组有效长度，排序为从小到大
{
        int i, j, temp;
        for (i = 1; i < count; i++)
        {
            temp = a[i];
            j = i - 1;
            while (a[j] > temp && j >= 0)
            {
                a[j + 1] = a[j];
                j--;
            }
            if (j != (i - 1))
                a[j + 1] = temp;
        }
}
void divide_IO_table() //将IO表按current大小一分为二
{
    int i = 0, j = 0,t=0;
    for (t; t < processNum; t++) //当t小于IO表有效长度时
    {
        if (IO_table[t].Zhu > current.Zhu)  //找到柱面号大于current的保存
        {
            more_current[i] = IO_table[t].Zhu; //添加
            i++;
        }
        if (IO_table[t].Zhu < current.Zhu) //找到柱面号小于current的保存
        {
            less_current[j] = IO_table[t].Zhu;
            j++;
        }
    }
    more_length = i;//保存more有效长度
    less_length = j ;//保存less有效长度
}
void update_IO_table() //更新IO表信息
{
    int flag = find_zhu(current.Zhu);//用于标识删除位置
    int i = 0;
    if (flag == IOnum - 1)  //若删除的是最后一个
    {
        IO_table[flag].Pname = '-1'; IO_table[flag].Zhu = -1; IO_table[flag].Ci = -1; IO_table[flag].Sha = -1;
    }
    else 
    {
        for (i = flag; i < IOnum - 1; i++) //删除非最后一个，数组整体前移
        {
            IO_table[i].Pname = IO_table[i + 1].Pname;
            IO_table[i].Zhu = IO_table[i + 1].Zhu;
            IO_table[i].Ci = IO_table[i + 1].Ci;
            IO_table[i].Sha = IO_table[i + 1].Sha;
        }
    }
}
void reset_para()//重置各项工作参数
{
    more_length = 0; less_length = 0;
    int i = 0;
    for (i; i < IOnum; i++)
    {
        more_current[i] = -1;
        less_current[i] = -1;
    }
}
void scheduling() //调度程序
{
    int i = 0;
    //先检查此时IO表中请求总数
    processNum = find_inLocation();
    if (processNum == 0)  //请求表为空
    {
        printf("【提示】此时IO表中无等待进程，已退出\n");
    }
    //更新current
    else  //请求表不为空
    {
        if (find_zhu(current.Zhu) != -1) //找到与current相同柱面的请求
        {
            //更新current
            current.Pname = IO_table[find_zhu(current.Zhu)].Pname; //进程名
            current.Ci = IO_table[find_zhu(current.Zhu)].Ci; //磁头号
            current.Sha = IO_table[find_zhu(current.Zhu)].Sha; //扇区号
        }
        else  //未找到相同柱面，采用电梯算法寻找一个合理请求
        {
            divide_IO_table();//以current为基准划分IO表，且保存more_current/less_current可作为端点判断
            //将划分的两个数组进行排序
            sort(more_current, more_length);
            sort(less_current, less_length);
            if (YB_direct == 1) //移臂为1表示此时向内
            {
                if (more_length != 0) //即存在比current还大的柱面号
                {
                    //更新current
                    current.Pname = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Pname;//进程名
                    current.Zhu = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Zhu; //柱面号
                    current.Ci = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Ci; //磁头号
                    current.Sha= IO_table[find_zhu(more_current[0])].Sha; //扇区号
                }
                else  //不存在比current还大的柱面号，需变向
                {
                    YB_direct = 0;//移臂方向改为向外
                    //按YB=1的方式更新current 模拟变向
                    current.Pname = IO_table[find_zhu(less_current[less_length - 1])].Pname; //进程名
                    current.Zhu = IO_table[find_zhu(less_current[less_length-1])].Zhu; //柱面号
                    current.Ci = IO_table[find_zhu(less_current[less_length-1])].Ci; //磁头号
                    current.Sha = IO_table[find_zhu(less_current[less_length-1])].Sha; //扇区号
                }
            }//YB=1
            if (YB_direct == 0)//移臂为0表示此时向外
                {
                    if (less_length != 0) //即存在比current还小的柱面号
                    {
                        //更新current
                        current.Pname = IO_table[find_zhu(less_current[less_length - 1])].Pname;//进程名
                        current.Zhu = IO_table[find_zhu(less_current[less_length - 1])].Zhu; //柱面号
                        current.Ci = IO_table[find_zhu(less_current[less_length - 1])].Ci; //磁头号
                        current.Sha = IO_table[find_zhu(less_current[less_length - 1])].Sha; //扇区号
                    }
                    else  //不存在比current还小的柱面号，需变向
                    {
                        YB_direct = 1;//移臂方向改为向内
                        //按YB=0的方式更新current 模拟变向
                        current.Pname = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Pname; //进程名
                        current.Zhu = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Zhu; //柱面号
                        current.Ci = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Ci; //磁头号
                        current.Sha = IO_table[find_zhu(more_current[0])].Sha; //扇区号
                    }
            }//YB=0
        }
        //打印方向
        show_updown();
        //current已更新完-模拟访问磁盘
        show_current();//打印current
        //更新IO表，即删除此次访问项
        update_IO_table();
        //重置各项辅助参数
        reset_para();
        //打印本次执行后IO表
        show_IO_table();
    }
}
void main()
{
    IO_table_init(); //初始化
    show_IO_table(); //打印初始IO请求表
    int select = -1; //选择标识符
    printf("【提示】请选择要执行的操作:(0->驱动调度:1->接收进程)");
    scanf("%d", &select);
    while (1) 
    {    
        printf("【提示】当前磁盘位置:");
        printf("【进程名】:%c", current.Pname);
        printf("  【柱面号】:%3d", current.Zhu);
        printf("  【磁头号】:%d", current.Ci);
        printf("  【扇区号】:%d\n", current.Sha);
        if(select==0)
            scheduling(); //调用驱动程序
        if (select == 1)
            add_IO_request();//接受进程
        printf("【提示】请选择要执行的操作:(0->驱动调度:1->接收进程)");
        scanf("%d", &select);
    }
    system("pause");
}