操作系统中的磁盘读写与并发性

"读写磁盘的性能-操作系统（第二版）" 在操作系统中，磁盘读写性能是一个关键因素，因为高效的磁盘操作直接影响到整个系统的响应速度和整体性能。操作系统的重要职责之一就是有效利用硬件资源，尤其是对于磁盘这类慢速存储设备。磁盘驱动程序在进行读写操作时通常包括三个主要步骤：首先，根据地址进行磁头寻道，然后等待磁盘旋转至目标扇区，最后是实际的数据传输。这个过程中，磁盘驱动程序会考虑如何优化寻道和旋转延迟的算法来提升速度。 操作系统扮演着多种角色，如改造硬件、提供系统调用、组织工作流程等，它使得复杂的计算任务变得易于管理和使用。操作系统的主要功能包括处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与通信管理以及用户接口。其中，设备管理涉及磁盘读写性能的优化，例如通过优化磁头寻道算法减少等待时间。 操作系统的特性包括并发性、共享性、异步性和虚拟性。并发性允许多个任务同时执行，共享性使得资源可以被多个进程使用，异步性反映了系统中进程的非顺序执行特性，而虚拟性则是通过抽象硬件资源提供更高级别的服务。多道程序设计是实现这些特性的基础，它允许多个程序同时存在于内存中，从而提高了系统资源的利用率。 批处理、分时和实时操作系统具有不同的特征。批处理系统主要用于大批量的作业处理，不关心响应时间但强调吞吐量；分时系统则允许多个用户同时交互使用计算机，提供了较高的响应时间；实时操作系统则对任务的完成时间有严格的限制，适用于需要快速响应的应用场景。 当用户界面中的系统调用被触发时，操作系统会中断当前进程，执行相应的系统服务程序来处理调用，完成后恢复原来的进程。例如，用户请求打开一个文件，操作系统会执行文件管理系统调用来处理这个请求，包括查找文件、分配资源等操作。 在处理磁盘I/O中断时，CPU会暂停当前执行的任务，保存当前状态，然后执行中断处理程序，这通常包括设备控制器的操作和系统软件的处理。中断处理完成后，CPU会恢复先前的状态并继续执行原来的程序。 引入进程是为了更好地管理多个程序在内存中的执行。进程具有动态性、并发性、独立性、异步性和结构组成等特征，其状态可以是就绪、运行或等待。例如，当一个进程等待I/O操作完成时，它就会进入等待状态，直到事件发生后才能变为就绪状态，准备再次获取CPU资源。 操作系统通过优化磁盘读写策略、提供并发执行环境和管理进程状态等方式，确保了高效的数据存取和系统的整体性能。理解这些概念对于理解和改进计算机系统的性能至关重要。