學期（如2024-2025-1） 學號20241428 《計算機基礎與程式設計》第9周學習總結
作業資訊
| 這個作業屬於哪個課程 | <班級的連結>（如2024-2025-1-計算機基礎與程式設計） |
|---|---|
| 這個作業的目標 | 作業系統責任、記憶體與程序管理、分時系統、CPU排程、檔案、檔案系統、檔案保護、磁碟排程 |
| 作業正文 | https://i.cnblogs.com/posts/edit |
教材學習內容總結
定義：分時作業系統是一種聯機的多使用者互動式作業系統，它透過時間片輪轉的方式使一臺計算機為多個終端服務，對每個使用者能保證足夠快的響應時間，並提供互動會話能力
。
原理：
時間片輪轉排程：分時作業系統採用時間片輪轉排程演算法來管理CPU資源，每個任務或使用者被分配一個固定長度的時間片，在該時間片內執行自己的程式
。
虛擬化技術：分時作業系統透過虛擬化技術將計算機的物理資源按需分配給不同的使用者或任務，每個使用者或任務都被分配到一份虛擬的計算機環境
。
中斷處理機制：分時作業系統透過中斷處理機制實現了對外部事件的響應和處理，使得系統能夠實現實時響應使用者的操作和外部事件
。
特點：
互動性（同時性）：使用者與系統進行人機對話，使用者在終端上可以直接輸入、除錯和執行自己的程式
。
多路性（多使用者同時性）：多使用者同時在各自終端上使用同一CPU和其他資源，充分發揮系統的效率
。
獨立性：使用者可彼此獨立操作，互不干擾，互不混淆
。
及時性：使用者在短時間內可得到系統的及時回答
。
應用場景：
分時作業系統適合辦公自動化、教學及事務處理等要求人機會話的場合
。
典型的例子包括Unix和Linux作業系統，它們可以同時連線多個終端並且每隔一段時間重新掃描程序，重新分配程序的優先順序，動態分配系統資源
。
與實時系統的區別：
分時系統中，CPU是不可搶佔的，即便高優先順序的任務就緒了，也不能馬上中斷低優先順序任務而得到執行，必須要等到低優先順序任務主動掛起(sleep)或者時間片結束才能得到執行
。
實時作業系統是可搶佔性的核心，高優先順序任務就緒而低優先順序任務正在執行沒有sleep的時候，高優先順序任務會打斷低優先順序任務而立即得到執行
。
這些知識點概述了分時系統的核心概念、工作原理、特點以及應用場景，幫助理解分時系統如何工作以及它在現代計算中的作用。
一、磁碟結構與訪問原理
磁碟結構
磁碟由多個碟片組成，每個碟片有上下兩個盤面。盤面被劃分為若干個同心圓，稱為磁軌。每個磁軌又被劃分為若干個扇區，扇區是磁碟儲存資料的基本單位。
磁碟有一個可移動的讀寫磁頭，用於在盤面上進行資料的讀寫操作。磁頭透過移動到相應的磁軌，並等待碟片旋轉到指定扇區的位置來訪問資料。
訪問時間組成
尋道時間：是指磁頭從當前位置移動到指定磁軌所需要的時間，它是磁碟訪問時間中最主要的部分，取決於磁頭移動的速度和要移動的距離。
旋轉延遲時間：是指碟片旋轉將目標扇區轉到磁頭下方所需要的時間，它取決於碟片的轉速，平均旋轉延遲時間通常是碟片旋轉半圈所需的時間。
傳輸時間：是指將資料從磁碟讀出或寫入磁碟所需要的時間，主要取決於磁碟的傳輸速率和要傳輸的資料量。
二、磁碟排程的目的
磁碟排程的主要目的是為了減少磁碟 I/O 請求的平均等待時間，提高磁碟 I/O 系統的效率，從而使整個計算機系統的效能得到提升。透過合理安排磁碟 I/O 請求的執行順序，使得磁頭移動的總距離最短或使等待時間總和最小。
三、常見磁碟排程演算法
先來先服務（FCFS）演算法
工作原理：按照磁碟 I/O 請求到達的先後順序依次進行處理。
優點：公平簡單，易於實現。
缺點：未考慮磁頭當前位置和請求的分佈情況，可能導致磁頭頻繁大幅度移動，尋道時間過長，磁碟 I/O 效率低下。
最短尋道時間優先（SSTF）演算法
工作原理：每次選擇距離磁頭當前位置尋道距離最短的磁碟 I/O 請求進行處理。
優點：能有效減少磁頭的移動距離，降低尋道時間，提高磁碟 I/O 效率。
缺點：可能導致某些請求長時間得不到處理，產生飢餓現象，即距離磁頭較遠的請求可能一直被忽略。
掃描（SCAN）演算法
又稱電梯演算法。
工作原理：磁頭從磁碟的一端開始，向另一端移動，在移動過程中處理經過的所有磁碟 I/O 請求，到達磁碟的另一端後，再反向移動繼續處理請求，如此迴圈。
優點：避免了飢餓現象，同時也能在一定程度上減少磁頭的移動距離。
缺點：可能存在磁頭在一端長時間停留，而另一端的請求等待時間過長的情況。
迴圈掃描（C-SCAN）演算法
工作原理：磁頭從磁碟的一端開始，向另一端移動，在移動過程中處理經過的所有磁碟 I/O 請求，到達磁碟的另一端後，直接快速返回起始端，再重新開始移動處理請求，如此迴圈。
優點：進一步解決了 SCAN 演算法中磁頭在一端停留時間過長的問題，使等待時間分佈更加均勻。
缺點：返回起始端的過程中不處理任何請求，可能造成一定的資源浪費。
四、磁碟排程演算法的選擇
選擇磁碟排程演算法時需要考慮多種因素，如磁碟的負載情況、請求的分佈特點、對公平性和效率的要求等。在實際應用中，通常會根據具體的系統需求和執行環境來綜合判斷，選擇最適合的磁碟排程演算法，以實現磁碟 I/O 系統的最佳效能。
教材學習中的問題和解決過程（先問 AI）
