作业信息
这个作业属于哪个课程 [2024-2025-1-计算机基础与程序设计]
这个作业要求在哪里 https://www.cnblogs.com/rocedu/p/9577842.html#WEEK09
这个作业的目标 操作系统责任、内存与进程管理、分时系统、CPU调度、文件、文件系统、文件保护、磁盘调度
作业正文 https://www.cnblogs.com/rockytyh/p/18566232
教材学习内容总结
一、操作系统责任
操作系统的责任是管理计算机的硬件和软件资源，为用户提供与计算机硬件之间的接口，并提供诸如作业管理、文件操作、设备操作、网络通信和信息安全等基本服务。它负责进程的创建、执行、终止以及线程的管理和调度，确保系统资源的有效利用和并发执行的高效率；同时也要进行内存的分配、回收、保护和共享等内存管理工作；还包括设备驱动程序的管理，使操作系统能够与各种硬件设备进行通信和控制；并且要构建文件系统来管理和存储文件数据等众多任务。
二、内存与进程管理
（一）内存管理
内存管理是操作系统的重要职责之一。它主要包括内存的分配，即根据进程的需求为其分配内存空间；内存的回收，当进程结束或者不再需要某些内存空间时，操作系统将这些内存回收以便重新分配；内存的保护，防止不同进程之间非法访问彼此的内存区域；以及内存的共享，多个进程可以共享部分内存区域以提高内存利用率。现代操作系统还采用各种优化策略，如虚拟内存、页面置换算法等，以提高内存的使用效率和系统的性能。
（二）进程管理
进程是操作系统中资源分配的基本单位。进程管理涵盖进程的整个生命周期，包括进程的创建，为进程分配必要的资源使其能够开始运行；进程的执行，调度进程在CPU上运行；进程的终止，当进程完成任务或者出现错误时，回收进程所占用的资源并结束进程。同时，操作系统还要进行线程的管理和调度，因为线程是CPU调度的基本单位，通过合理的线程调度可以提高系统的并发执行效率。
三、分时系统
分时系统是一种操作系统类型，它在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端从而组成一个系统。该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。它以时间片为单位轮流为每个终端用户服务，即将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔，轮流地切换给各终端用户的程序使用。这种系统可有效增加资源的使用率，适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。
四、CPU调度
CPU调度是指操作系统决定哪个进程或线程可以获得CPU资源并在CPU上执行的过程。由于CPU是计算机系统中的关键资源，而多个进程或线程可能同时竞争CPU，因此需要进行CPU调度。其调度策略可以分为多种类型，例如先来先服务调度算法、短作业优先调度算法、时间片轮转调度算法等。合理的CPU调度策略有助于提高系统的整体性能和资源利用率，确保各个进程或线程能够公平、高效地使用CPU资源。
五、文件
文件是操作系统中的核心抽象概念，是用于组织和访问数据的一种方式。文件可以包含文本、图像、程序代码等各种类型的信息。每个文件通常都有一个文件名以便于识别和访问，并且具有一些属性，如文件的大小、创建时间、修改时间等。
六、文件系统
文件系统是操作系统中用于管理和存储文件数据的软件系统。它为用户提供了文件的创建、读取、写入、删除和修改等操作。文件系统的结构通常包括文件、目录、索引节点和磁盘块等。文件系统将存储设备（如硬盘）的物理存储空间抽象为逻辑上的文件和目录结构，方便用户和应用程序对文件进行管理和操作。
七、文件保护
文件保护是指操作系统为了防止文件被非法访问、修改或删除而采取的一系列措施。这些措施可以包括权限控制，例如为不同的用户或用户组设置对文件的读、写、执行权限；还可以采用加密技术，对文件内容进行加密，使得没有正确密钥的用户无法访问文件内容；另外，也可以通过访问控制列表（ACL）等机制来实现更精细的文件访问控制，从而保护文件的安全性和完整性。
八、磁盘调度
磁盘调度是指操作系统对磁盘I/O请求进行优化排序的过程。由于磁盘的读写速度相对较慢，而多个进程可能同时请求磁盘I/O操作，磁盘调度算法旨在减少磁盘的寻道时间、旋转延迟等，以提高磁盘I/O的效率。常见的磁盘调度算法有先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描算法（SCAN）及其变种等。
教材学习中的问题和解决过程
问题1：文件系统的类型有哪些？
答案1：1. FAT文件系统
FAT16 和 FAT32：最初为软盘设计，后广泛应用于硬盘，最大支持32GB分区，簇大小4KB，存储效率高。
2. NTFS文件系统
功能强大：自Windows 2000起成为默认文件系统，支持大分区、长文件名、数据保护等功能，适用于Windows环境。
3. ExtFAT文件系统
专为闪存设计：单文件最大4GB，分区最大64ZB，兼容性好，适用于Windows、Linux和Mac系统。
4. ext2/ext3/ext4文件系统
Linux系统主要类型：
ext2：可扩展的高性能文件系统，Linux标准文件系统。
ext3：ext2的日志版本，提供更好的安全性和兼容性。
ext4：ext3的改进版，支持更大的文件和分区，性能更高。
5. 其他文件系统
Linux特定文件系统：
jffs：适用于闪存，节省空间。
romfs：适用于ROM存储，启动速度快。
nfs：网络文件系统，支持远程访问。
问题2：各种磁盘调度算法有什么不同？
答案2：先来先服务（FCFS）：
原理：按照请求到达的先后顺序进行服务。
优点：实现简单，公平，每个请求都能依次得到处理。
缺点：未对寻道进行优化，可能导致较长的平均寻道时间，效率较低。
最短寻道时间优先（SSTF）：
原理：选择与当前磁头位置最近的请求进行服务。
优点：提高了设备的吞吐量，寻道时间较短。
缺点：可能导致某些请求长期得不到服务，响应时间变化大，可能出现饥饿现象。
扫描算法（SCAN）：
原理：磁头沿着磁盘表面从一端扫描到另一端，处理路径上的所有请求，然后反向扫描。
优点：兼顾了寻道时间和请求的公平性，类似于电梯的工作方式。
缺点：磁头移动呈周期性摆动，边缘磁道的请求响应时间较长。
循环扫描算法（CSCAN）：
原理：改进的扫描算法，磁头单向移动，从最内侧扫描到最外侧后，立即返回最内侧继续扫描。
优点：减少了扫描算法中磁头来回摆动的时间，提高了响应效率。
缺点：仍然存在边缘磁道响应时间较长的问题。
分步电梯调度算法（FSCAN）：
原理：结合了扫描和循环扫描的特点，将请求分为两个队列，分别处理。
优点：进一步提高了磁头移动的效率，减少了请求等待时间。
缺点：实现较为复杂，需要维护两个队列。