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這個作業屬於哪個課程 [2024-2025-1-計算機基礎與程式設計]
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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://www.cnblogs.com/rockytyh/p/18566232
教材學習內容總結
一、作業系統責任
作業系統的責任是管理計算機的硬體和軟體資源，為使用者提供與計算機硬體之間的介面，並提供諸如作業管理、檔案操作、裝置操作、網路通訊和資訊保安等基本服務。它負責程序的建立、執行、終止以及執行緒的管理和排程，確保系統資源的有效利用和併發執行的高效率；同時也要進行記憶體的分配、回收、保護和共享等記憶體管理工作；還包括裝置驅動程式的管理，使作業系統能夠與各種硬體裝置進行通訊和控制；並且要構建檔案系統來管理和儲存檔案資料等眾多工。
二、記憶體與程序管理
（一）記憶體管理
記憶體管理是作業系統的重要職責之一。它主要包括記憶體的分配，即根據程序的需求為其分配記憶體空間；記憶體的回收，當程序結束或者不再需要某些記憶體空間時，作業系統將這些記憶體回收以便重新分配；記憶體的保護，防止不同程序之間非法訪問彼此的記憶體區域；以及記憶體的共享，多個程序可以共享部分記憶體區域以提高記憶體利用率。現代作業系統還採用各種最佳化策略，如虛擬記憶體、頁面置換演算法等，以提高記憶體的使用效率和系統的效能。
（二）程序管理
程序是作業系統中資源分配的基本單位。程序管理涵蓋程序的整個生命週期，包括程序的建立，為程序分配必要的資源使其能夠開始執行；程序的執行，排程程序在CPU上執行；程序的終止，當程序完成任務或者出現錯誤時，回收程序所佔用的資源並結束程序。同時，作業系統還要進行執行緒的管理和排程，因為執行緒是CPU排程的基本單位，透過合理的執行緒排程可以提高系統的併發執行效率。
三、分時系統
分時系統是一種作業系統型別，它在一臺主機上連線了多個配有顯示器和鍵盤的終端從而組成一個系統。該系統允許多個使用者同時透過自己的終端，以互動方式使用計算機，共享主機中的資源。它以時間片為單位輪流為每個終端使用者服務，即將系統處理機時間與記憶體空間按一定的時間間隔，輪流地切換給各終端使用者的程式使用。這種系統可有效增加資源的使用率，適合辦公自動化、教學及事務處理等要求人機會話的場合。
四、CPU排程
CPU排程是指作業系統決定哪個程序或執行緒可以獲得CPU資源並在CPU上執行的過程。由於CPU是計算機系統中的關鍵資源，而多個程序或執行緒可能同時競爭CPU，因此需要進行CPU排程。其排程策略可以分為多種型別，例如先來先服務排程演算法、短作業優先排程演算法、時間片輪轉排程演算法等。合理的CPU排程策略有助於提高系統的整體效能和資源利用率，確保各個程序或執行緒能夠公平、高效地使用CPU資源。
五、檔案
檔案是作業系統中的核心抽象概念，是用於組織和訪問資料的一種方式。檔案可以包含文字、影像、程式程式碼等各種型別的資訊。每個檔案通常都有一個檔名以便於識別和訪問，並且具有一些屬性，如檔案的大小、建立時間、修改時間等。
六、檔案系統
檔案系統是作業系統中用於管理和儲存檔案資料的軟體系統。它為使用者提供了檔案的建立、讀取、寫入、刪除和修改等操作。檔案系統的結構通常包括檔案、目錄、索引節點和磁碟塊等。檔案系統將儲存裝置（如硬碟）的物理儲存空間抽象為邏輯上的檔案和目錄結構，方便使用者和應用程式對檔案進行管理和操作。
七、檔案保護
檔案保護是指作業系統為了防止檔案被非法訪問、修改或刪除而採取的一系列措施。這些措施可以包括許可權控制，例如為不同的使用者或使用者組設定對檔案的讀、寫、執行許可權；還可以採用加密技術，對檔案內容進行加密，使得沒有正確金鑰的使用者無法訪問檔案內容；另外，也可以透過訪問控制列表（ACL）等機制來實現更精細的檔案訪問控制，從而保護檔案的安全性和完整性。
八、磁碟排程
磁碟排程是指作業系統對磁碟I/O請求進行最佳化排序的過程。由於磁碟的讀寫速度相對較慢，而多個程序可能同時請求磁碟I/O操作，磁碟排程演算法旨在減少磁碟的尋道時間、旋轉延遲等，以提高磁碟I/O的效率。常見的磁碟排程演算法有先來先服務（FCFS）、最短尋道時間優先（SSTF）、掃描演算法（SCAN）及其變種等。
教材學習中的問題和解決過程
問題1：檔案系統的型別有哪些？
答案1：1. FAT檔案系統
FAT16 和 FAT32：最初為軟盤設計，後廣泛應用於硬碟，最大支援32GB分割槽，簇大小4KB，儲存效率高。
2. NTFS檔案系統
功能強大：自Windows 2000起成為預設檔案系統，支援大分割槽、長檔名、資料保護等功能，適用於Windows環境。
3. ExtFAT檔案系統
專為快閃記憶體設計：單檔案最大4GB，分割槽最大64ZB，相容性好，適用於Windows、Linux和Mac系統。
4. ext2/ext3/ext4檔案系統
Linux系統主要型別：
ext2：可擴充套件的高效能檔案系統，Linux標準檔案系統。
ext3：ext2的日誌版本，提供更好的安全性和相容性。
ext4：ext3的改進版，支援更大的檔案和分割槽，效能更高。
5. 其他檔案系統
Linux特定檔案系統：
jffs：適用於快閃記憶體，節省空間。
romfs：適用於ROM儲存，啟動速度快。
nfs：網路檔案系統，支援遠端訪問。
問題2：各種磁碟排程演算法有什麼不同？
答案2：先來先服務（FCFS）：
原理：按照請求到達的先後順序進行服務。
優點：實現簡單，公平，每個請求都能依次得到處理。
缺點：未對尋道進行最佳化，可能導致較長的平均尋道時間，效率較低。
最短尋道時間優先（SSTF）：
原理：選擇與當前磁頭位置最近的請求進行服務。
優點：提高了裝置的吞吐量，尋道時間較短。
缺點：可能導致某些請求長期得不到服務，響應時間變化大，可能出現飢餓現象。
掃描演算法（SCAN）：
原理：磁頭沿著磁碟表面從一端掃描到另一端，處理路徑上的所有請求，然後反向掃描。
優點：兼顧了尋道時間和請求的公平性，類似於電梯的工作方式。
缺點：磁頭移動呈週期性擺動，邊緣磁軌的請求響應時間較長。
迴圈掃描演算法（CSCAN）：
原理：改進的掃描演算法，磁頭單向移動，從最內側掃描到最外側後，立即返回最內側繼續掃描。
優點：減少了掃描演算法中磁頭來回擺動的時間，提高了響應效率。
缺點：仍然存在邊緣磁軌響應時間較長的問題。
分步電梯排程演算法（FSCAN）：
原理：結合了掃描和迴圈掃描的特點，將請求分為兩個佇列，分別處理。
優點：進一步提高了磁頭移動的效率，減少了請求等待時間。
缺點：實現較為複雜，需要維護兩個佇列。