• 緒論
  • OS硬件模型：馮,諾伊曼模型5部分：內(nèi)存（MDR和MAR），處理單元（ALU和TEMP），控制單元（PC程序計(jì)數(shù)器和IR指令寄存器）， 輸入，輸出
  • OS的形成與發(fā)展
    • 手工操作階段
    • 脫機(jī)輸入輸出（緩沖區(qū)或者spooling技術(shù)）
    • 批處理技術(shù)
    • 多道程序設(shè)計(jì)
  • OS基本類型
    • 技術(shù)：
      • 單道批處理技術(shù)
        • 解決人機(jī)矛盾中，CPU和I/O設(shè)備不匹配的矛盾中形成的
      • 多道批處理技術(shù)
        • 高效利用CPU的資源
        • 特點(diǎn)：多道，宏觀上并行，微觀上串行；
        • 優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量大；缺點(diǎn)：用戶響應(yīng)的時(shí)間比較長，不提供人機(jī)交互能力
    • 批處理OS：用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)或者批處理
    • 分時(shí)OS：多路性，交互性，獨(dú)占性
    • 實(shí)時(shí)OS：提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性
    • 其他類型OS：嵌入式，集群，網(wǎng)路，分布式OS(統(tǒng)一，共享，透明，自治)
  • OS特征
    • 并發(fā)性
    • 共享性（互斥共享和同時(shí)訪問）
    • 虛擬性
    • 異步性
  • OS分層
    • 內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)
    • 軟件分層
  • 操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)：
    • 資源利用率，吞吐量，周轉(zhuǎn)時(shí)間，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間
  • 進(jìn)程的處理機(jī)制
    • 持續(xù)透明，殺死或重新執(zhí)行；等待或持續(xù)
  • 系統(tǒng)調(diào)用和函數(shù)調(diào)用的區(qū)別：
    • 系統(tǒng)調(diào)用比函數(shù)調(diào)用更加安全，但開銷會增加
    • 系統(tǒng)啟動時(shí)，堆棧切換和權(quán)限的切換，常用調(diào)用時(shí)無堆棧切換
    • X86中斷處理：iret與ret，retf
      • iret彈出EFI,AGS和SS/ESP
      • ret彈出EIP
      • retf彈出CS（code Segement）與EIP
  • OS的體系結(jié)構(gòu)
    • 模塊組合結(jié)構(gòu)
    • 層次結(jié)構(gòu)
    • 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：適合分布式系統(tǒng)
• 進(jìn)程和線程管理（作業(yè)管理，處理器管理）：控制，同步，通信，調(diào)度，死鎖
  • 進(jìn)程
    • 定義：執(zhí)行中的文件，即程序和程序運(yùn)行的狀態(tài)
    • 特點(diǎn)：動態(tài)性，并發(fā)性，獨(dú)立性，異步性和結(jié)構(gòu)性
    • 組成：進(jìn)程控制塊（PCB），程序段和數(shù)據(jù)段
    • 進(jìn)程轉(zhuǎn)換圖（省略）
    • 操作系統(tǒng)的內(nèi)核功能:中斷，時(shí)鐘和原語相關(guān)
    • 進(jìn)程間通信：
      • 共享存儲器系統(tǒng)：內(nèi)存
      • 消息傳遞系統(tǒng)
        • 定義：以消息為單位，直接利用一組通信命令（原語或者信號量）來實(shí)現(xiàn)通信
        • 直接通信：直接把消息發(fā)送給接收進(jìn)程，接收進(jìn)程從消息緩存隊(duì)列中取得消息
        • 間接通信:發(fā)送給某個(gè)中間件實(shí)體，類似于程序中的MQ
      • 管道通信系統(tǒng)（pipe）：
        • 類似于一個(gè)OS類
        • 特點(diǎn)：半雙工通信，數(shù)據(jù)只能單向流動，只能存在于子父進(jìn)程中，如linux的kill命令
        • 只有一個(gè)線程時(shí)可臨時(shí)放棄，進(jìn)程則不同放棄，原語也不可中斷
        • 特征：
          • 管程類的數(shù)據(jù)只能被局限于管程內(nèi)進(jìn)行訪問
          • 進(jìn)程只有通過調(diào)用管程才能
          • 每次僅允許一個(gè)進(jìn)程在管程內(nèi)執(zhí)行某個(gè)過程
      • 信號量（Semophore）：
        • 信號量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，可以用來控制多個(gè)進(jìn)程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機(jī)制，防止某進(jìn)程正在訪問共享資源時(shí)，其他進(jìn)程也訪問該資源。因此，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段；
        • OS是管理者，優(yōu)先級高于進(jìn)程
        • 信號量可表示系統(tǒng)資源二代數(shù)量，由Dijsktra提出
        • 主要由一個(gè)整型變量(sem)和兩個(gè)原子（記錄型信號量）操作
        • P, V->wait(S),signal(S)；表示資源信號量，前者保證互斥，后者保證釋放
        • P過程：
          • 檢查s.value>=0是否成立
            • 成立：表示存在該類資源，則將該資源分配給進(jìn)程，將s.value-1；
            • 不成立:表示該資源已經(jīng)分配完畢，進(jìn)程自我阻塞，放棄處理機(jī)；
        • V過程：
          • 釋放一個(gè)資源，執(zhí)行操作s.value+1
            • 執(zhí)行后，若s.value>0,表示存在該資源；
            • s.value<=0表示信號量在等待隊(duì)列中，仍然繼續(xù)等待；
        • 實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步：V(s)完成后進(jìn)行釋放，P(s)檢查是否互斥；
        • 實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥：在一個(gè)進(jìn)程中先P(s)進(jìn)行加鎖和進(jìn)入臨界區(qū)，結(jié)束和用V(s)進(jìn)行釋放相應(yīng)的資源；
        • 實(shí)現(xiàn)前驅(qū)關(guān)系:用P(s)檢測前者是否已經(jīng)完成，用V(s)表示前者已經(jīng)完成；
      • 信號（signal）：與信號配合使用，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生
      • 套接字（socket）：與其他通信機(jī)制不同的是，它可用于不同進(jìn)程間的通信
    • 線程間通信（與同步互斥的方法有交叉）：
      • 鎖機(jī)制：
        • 互斥鎖：提供了以排他方式防止數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被并發(fā)修改的方法
        • 條件變量：條件變量可以以原子的方式阻塞進(jìn)程。對條件的測試是在互斥鎖的保護(hù)下進(jìn)行的，條件變量始終與互斥鎖一起使用
        • 讀寫鎖：允許多個(gè)線程同時(shí)讀共享數(shù)據(jù)，而對寫操作是互斥的
      • 信號量機(jī)制（Semaphone）:包括無線線程信號量和命名線程信號量
      • 信號機(jī)制（Signal）類似進(jìn)程間的信號處理，但是主要用于線程同步，所以線程沒有數(shù)據(jù)通信機(jī)制
  • 作業(yè)：計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)而要求計(jì)算機(jī)所做的工作集合，可由多個(gè)進(jìn)程組成，一般存在于批處理OS
  • 線程（多個(gè)組成進(jìn)程）：為了更好使多道程序并發(fā)，共享相同的地址空間。指令執(zhí)行流量最小單位，CPU調(diào)度的基本單位。
  • 線程與進(jìn)程的比較
    • 資源
      • 進(jìn)程是資源分配單位，線程是CPU的調(diào)度單位；
      • 進(jìn)程擁有完整資源平臺，而線程只獨(dú)立指令流執(zhí)行的必要資源
    • 調(diào)度：三態(tài)狀況幾乎一致
    • 并發(fā)性：線程能減少并發(fā)的時(shí)空開銷，共享內(nèi)存和文件資源，可直接通信。
  • 線程的實(shí)現(xiàn)方式：
    • 多對多模型（輕量級進(jìn)程）
      • 優(yōu)點(diǎn)：開發(fā)者能夠創(chuàng)建所用的用戶級線程
      • 舉例：SOLARIS2,IRIX,HP-UX
    • 多對一模型（用戶-線程級）
      • 優(yōu)點(diǎn)：線程在用戶空間進(jìn)行管理，效率相對較高
      • 缺點(diǎn)：只要一個(gè)用戶阻塞則全部阻塞
      • 舉例：POSIX,PTHREDS，Solaris Thread
    • 一對一模型（內(nèi)核級線程）
      • 優(yōu)點(diǎn)：相對獨(dú)立，并發(fā)性好
      • 缺點(diǎn)：創(chuàng)建，終止和切換相對較大，創(chuàng)建用戶線程，同時(shí)創(chuàng)建內(nèi)核線程，以線程為單位耗費(fèi)更多時(shí)間
      • 舉例：Windows，Solaris，Linux
  • 不同os對線程的支持：
    • 單進(jìn)程系統(tǒng)。MSDOS
    • 單進(jìn)程多線程。PSOS，如路由器
    • 多進(jìn)程系統(tǒng)。傳統(tǒng)unix
    • 多進(jìn)程系統(tǒng)。現(xiàn)代UNIX
  • 為什么PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？
    • PCB是一個(gè)能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，PCB是為了保證程序的并發(fā)執(zhí)行能力。
  • 調(diào)度
    • 處理器的三級調(diào)度：高級調(diào)度（作業(yè)：一組進(jìn)程）->中級調(diào)度（內(nèi)存管理與擴(kuò)充）->低級調(diào)度（運(yùn)行頻率很高）
    • 進(jìn)程切換調(diào)度程序SWITCH主要任務(wù)：
      • 保存現(xiàn)運(yùn)行進(jìn)程的現(xiàn)場信息
      • 就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)在內(nèi)存且最優(yōu)資格運(yùn)行的進(jìn)程，以免使其占用CPU
      • 為新選中的進(jìn)程恢復(fù)現(xiàn)場
    • 調(diào)度的基本準(zhǔn)則：CPU使用率，吞吐量，周轉(zhuǎn)時(shí)間，等待時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間
    • 進(jìn)程調(diào)度的方式：搶占式（剝奪），非搶占式（非剝奪）
    • 引起進(jìn)程調(diào)度的原因:
      • 進(jìn)程結(jié)束
      • 因某種原因：如I/O請求，P操作，阻塞原語
      • 執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用等系統(tǒng)程序后返回用戶進(jìn)程
      • 高優(yōu)先級的進(jìn)程進(jìn)入
      • 分時(shí)系統(tǒng)中，分配給進(jìn)程的時(shí)間片已用完
    • 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 = 作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間/作業(yè)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間
    • 典型調(diào)度算法：
      • 作業(yè)調(diào)度
        • 先來先服務(wù)FCFS
        • 短進(jìn)程優(yōu)先SPN
          • 優(yōu)點(diǎn)：具有最優(yōu)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間
          • 缺點(diǎn)：可以產(chǎn)生饑餓；預(yù)估未來
        • 最高相應(yīng)比
          • 相應(yīng)比 = 作業(yè)響應(yīng)時(shí)間 /估計(jì)運(yùn)行時(shí)間
          • 特點(diǎn)：不可搶占，關(guān)注進(jìn)程的等待時(shí)間
        • 優(yōu)先級調(diào)度算法
          • 靜態(tài)優(yōu)先級：按進(jìn)程類確定，按作業(yè)的資源要求確定，按用戶類型和要求確定
          • 動態(tài)優(yōu)先級：根據(jù)進(jìn)程占有CPU時(shí)間的長短來確定，根據(jù)就緒進(jìn)程等待CPU時(shí)間的長短確定
      • 進(jìn)程調(diào)度
        • 時(shí)間片輪RR
          • 時(shí)間片：分配處理機(jī)資源的時(shí)間基本單位
          • 時(shí)間片結(jié)束，按FCFS切換到下一個(gè)片
          • 缺點(diǎn)：時(shí)間片太長退化成FCFS，時(shí)間片太小產(chǎn)生大量切換影響系統(tǒng)的吞吐量，時(shí)間片長度合適
        • 多級反饋隊(duì)列MFQ
          • 定義：就緒隊(duì)列分成獨(dú)立的隊(duì)列，每一個(gè)隊(duì)列一個(gè)策略，前臺交互，后臺批量處理
          • 固定優(yōu)先級：無前臺，無后臺可能會導(dǎo)致饑餓
          • 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)：每個(gè)都得到一些隊(duì)列分配
        • 公平共享調(diào)度 Fair Sharing Schedule
          • 一些用戶組比其他更重要，保證不重要無法形成壟斷
          • 未使用按比例，沒有達(dá)到資源使用率目標(biāo)優(yōu)先級更高
      • 處理機(jī)調(diào)度：
        • 定義：每個(gè)處理器運(yùn)行自己的程序，調(diào)度程序?qū)蚕碣Y源的訪問需要同步
        • 特點(diǎn)：多個(gè)處理機(jī)組成，處理機(jī)間可以共享
        • 動態(tài)進(jìn)程分配：
          • 特點(diǎn)：可以任意分配，共享公共隊(duì)列
          • 缺點(diǎn)：調(diào)度開銷
          • 優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載均衡
  • 同步
    • 定義：不同進(jìn)程之間存在著相互制約的關(guān)系，為了協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的相互制約關(guān)系，引入了進(jìn)程同步的概念
    • 并發(fā)進(jìn)程的正確性：共享性，不確定性，不可重現(xiàn)性，間歇性程序錯(cuò)誤
    • 臨界資源的訪問過程
      • entry section //進(jìn)入?yún)^(qū)
      • critical section //臨界區(qū)
      • exit section //退出區(qū)
      • reminder section //剩余區(qū)
    • 臨界資源：把一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源
    • 臨界區(qū)：訪問臨界資源的那段程序
    • 同步互斥（互斥鎖）：OS在利用同步機(jī)制在并發(fā)的同時(shí)，保證一部分是原子操作；
    • 同步互斥應(yīng)該遵循的原則：空閑讓進(jìn)，忙則等待，有限等待，讓權(quán)等待；
    • 實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)域互斥的方法：
      • 1.硬件實(shí)現(xiàn)方法【中斷屏蔽，硬件指令等方法】
        • 缺點(diǎn)：不滿足讓權(quán)等待；
          • 關(guān)閉中斷，進(jìn)程也無法停止，導(dǎo)致饑餓發(fā)生；
          • 臨界區(qū)時(shí)間太長無法確定中斷所需要的時(shí)間，要小心使用；
        • 優(yōu)點(diǎn)：適用于任意數(shù)目的進(jìn)程，不管是單處理機(jī)還是多處理機(jī)，簡單容易驗(yàn)證其正確性，可以支持進(jìn)程內(nèi)有多個(gè)臨界點(diǎn)，只需要給臨界點(diǎn)設(shè)置一個(gè)布爾變量
      • 2.軟件實(shí)現(xiàn)方法【單標(biāo)算法->雙標(biāo)算法->雙標(biāo)后檢查算法->Perterson算法】
        • 單標(biāo)算法
          • 缺陷：空閑讓進(jìn)
          • 特點(diǎn)：設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位turn，每次執(zhí)行前檢測
          • 偽代碼：一個(gè)
            • while(turn!=0){
              • critical section;
              • turn = 1;
              • }
            • remainder section
        • 雙標(biāo)算法
          • 缺陷：忙則等待，兩個(gè)線程可以同時(shí)進(jìn)入
          • 優(yōu)點(diǎn)：不用交替進(jìn)入，可持續(xù)使用
          • 特點(diǎn)：標(biāo)志位：2個(gè)線程設(shè)置兩個(gè)標(biāo)志位，執(zhí)行前檢測其他線程標(biāo)志位，執(zhí)行前將自身設(shè)置為true，執(zhí)行完成后將自身設(shè)置為false
          • 偽代碼：Pi
            • while(flag[j]){
              • flag[i] = true;
              • critical section;
              • flag[i] = false;
              • }
            • remainder section;
        • 雙標(biāo)后檢查
          • 缺陷：有限等待
          • 特點(diǎn)：將自身標(biāo)志位設(shè)置為true的放在檢測前
          • 偽代碼：Pi
            • flag[i] = true;
            • while(flag[j]){
            • critical section;
            • flag[i] = false;
            • }
        • Peterson算法
          • 結(jié)合雙標(biāo)和單標(biāo)
          • 單標(biāo)用來控制進(jìn)入turn，雙標(biāo)用來表示想進(jìn)入flag[i]
          • 偽代碼：Pi
          • flag[i] = TRUE; turn=j;
          • while(flag[j] && turn =j)
            • critical section
            • flag[i] = false;
            • }
          • remainder section
      • 3.高級抽象方法【信號量，鎖】
        • 信號量（Semophone）：
    • 經(jīng)典同步問題：
      • 分析進(jìn)程同步和進(jìn)程互斥的方法與步驟：
        • 1.關(guān)系分析。找出進(jìn)程數(shù)并分析關(guān)系，同步，互斥，前驅(qū)后進(jìn)行改寫
        • 2.整理思路。確定PV順序
        • 3設(shè)置信號量。根據(jù)上面兩步，設(shè)置需要的信號量，確定初值，完善整理。
      • 1.生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題
        • 關(guān)系分析：生產(chǎn)者與消費(fèi)者對互斥訪問是互斥關(guān)系；生產(chǎn)者生產(chǎn)后，消費(fèi)者才能消費(fèi)，是同步關(guān)系。
        • 兩個(gè)進(jìn)程：
        • 信號量設(shè)置：設(shè)置3個(gè)信號量。mutex作為互斥信號量,初始為1；full記錄滿緩沖數(shù)，初始0；empty記錄對于當(dāng)前的空緩沖區(qū)，記錄為0，
        • 實(shí)現(xiàn)思路:
          • 生成者：produce->P(empty)->P(mutex)->add data to buffer->V(mutex)->V(full)；
          • 消費(fèi)者: P(full)->P(mutex)->get data from buffer ->V(mutex)->V(empty)->consume；
          • 注意：P（mutex）要緊挨著buffer不然會阻塞；
      • 2.讀者-寫者問題
        • 關(guān)系分析：讀者和寫者是互斥的，寫者和讀者也是互斥的，讀者和讀者無同步互斥問題
        • 整理思路: 寫者和任何進(jìn)程都是互斥的，讀者則會占用一個(gè)文件
        • 信號量設(shè)置：設(shè)置3個(gè)信號量。count為計(jì)數(shù)器，初值為0；mutex為互斥信號量，rw用于保護(hù)讀寫互斥訪問。##寫者優(yōu)先##將原來的rw分成兩個(gè)信號量wmutex，cmutex，表示正在寫或者等待寫
        • 實(shí)現(xiàn)思路：
          • 讀者優(yōu)先：
            • writer:P(rw)->writting->V(rw)
            • reader:前半部分是為了檢測并阻止寫進(jìn)程寫，后半部分是讀完后進(jìn)行處理
            • P(mutex)->P(rw)->count+±>V(mutex)->Reading->P(mutex)->count-- ->V(rw)->V(mutex)
          • 寫者優(yōu)先（公平算法，更安全）：
            • reader:P(wmutex)->P(mutex)->count+±>V(mutex)->V(wmutex)->reading->P(mutex)->count-- ->V(mutex)->V(cmutex);
            • writer:P(wmutex)->P(mutex)->writting->V(mutex)->V(wmutex);
      • 3.哲學(xué)家進(jìn)餐問題
        • 關(guān)系分析：與貪心算法相反，在取筷時(shí)獲得互斥信號量
        • 整理思路:如奇數(shù)號則先拿左筷子，偶數(shù)號則先拿右筷子
        • 信號量設(shè)置：設(shè)置一組信號量表示筷子chopsticks[i]，和一個(gè)取筷子的信號量
        • 實(shí)現(xiàn)思路：P（mutex）-> P(chopsticks[i])(左筷子)->P(chopstick[(i+1)%5])（右筷子）->V(mutex)->V(chopsticks[i])->V(chopsticks[(i+1)%5])
      • 4.理發(fā)師問題
        • 關(guān)系分析：與生成者和消費(fèi)者關(guān)系類似
        • 整理思路：顧客->若顧客人數(shù)大于n+1，則離開，否則等待，找凳子坐下->理發(fā)->離開，等待人數(shù)-1
        • 信號量設(shè)置：設(shè)置mutex為互斥信號量，bchair代表理發(fā)師信號量，wchair代表凳子的信號量，用于同步理發(fā)師與顧客的信號量，ready,finish同步理發(fā)師與顧客的信號量
  • 死鎖
    • 原因：
      • 1.系統(tǒng)資源的競爭
      • 2.進(jìn)程推進(jìn)順序非法
    • 必要條件：
      • 1.互斥條件
      • 2.不可剝奪條件
      • 3.請求和保持條件
      • 4.循環(huán)等待條件
    • 處理策略：破壞4個(gè)必要條件
      • 死鎖預(yù)防：一次請求所有資源，資源剝奪，【突發(fā)式處理進(jìn)程】
      • 死鎖避免：尋找可能安全運(yùn)行的順序【不必剝奪】
        • 銀行家算法：
          • 變量:
            • Avaliable可利用的最大資源,Max最大需求矩陣,Allocation分配矩陣,Need需求矩陣
          • 核心矩陣：Need[i][j]=Need[i][j]-Allocation[i][j]
          • 思路：Request<=Need -> Request <=Avaliable -> Avaliable -= Request ;Allocation += Request;Need -= Request -> (安全檢查)->確認(rèn)分配否則回滾
        • 安全檢查算法：
          • 思路：Work= Avaliable, Finish = false->Need[i]<Work(確認(rèn)重新分配)->Finish=true?->安全，不安全
      • 死鎖檢測及解除：定期檢查死鎖是否已經(jīng)發(fā)生；
        • 死鎖解除：
          • 1.資源剝奪法。掛起（suspend）某些進(jìn)程，并搶占其資源
          • 2.撤銷進(jìn)程法。強(qiáng)制撤銷部分，甚至全部進(jìn)程并剝奪其資源
          • 3.進(jìn)程回退法。讓一個(gè)或多個(gè)回退志足以回避死鎖的辦法
• 存儲器管理（內(nèi)存管理）：內(nèi)存分配，保護(hù)，和擴(kuò)充
  • 內(nèi)存管理
    • 內(nèi)存管理方式：重定位（relocation）,分段（segmention）,分頁（paging）, 虛擬存儲（virtual memory)
  • 交換和覆蓋(Swapping & Overlay)：
    • 定義：多道程序環(huán)境用來擴(kuò)充內(nèi)存的兩種方法
    • 交換：
      • 主要介于外存和內(nèi)存之間進(jìn)行；
      • 把暫時(shí)不用的某個(gè)程序以及數(shù)據(jù)部分（或全部）從內(nèi)存移到外存中去，以便于騰出不必要的內(nèi)存空間；
      • 不要求程序員給出程序段之間的覆蓋結(jié)構(gòu)，而且交換主要在進(jìn)程和作業(yè)之間；
      • 打破一個(gè)程序一旦進(jìn)入主存運(yùn)行直到結(jié)束的限制。
    • 覆蓋：
      • 大的程序段進(jìn)行的一系列覆蓋，每個(gè)覆蓋是相對獨(dú)立的東西
  • 連續(xù)分配的管理方式：
    • 單一連續(xù)分配
      • 特點(diǎn)：適合單道程序，采用覆蓋技術(shù)，不需要硬件支持，無法實(shí)現(xiàn)多道程序共享內(nèi)存
      • 優(yōu)點(diǎn)：簡單，無外部碎片，可采用覆蓋技術(shù)；【靜態(tài)重定位裝入】
      • 缺點(diǎn)：單用戶，單任務(wù)的操作中，內(nèi)部碎片，存儲器的利用率極低。
    • 固定分區(qū)分配
      • 特點(diǎn)：通常采用靜態(tài)重定位方式裝入內(nèi)存
      • 劃分分區(qū)的方法：
        • 分區(qū)大小相等。缺乏靈活性，用一臺計(jì)算機(jī)控制多個(gè)相同對象的場合。
        • 分區(qū)大小不等。
      • 內(nèi)存分配：
        • 分區(qū)號：大小：地址（起始地址）：狀態(tài) = 1：20KB ：100KB：是否分配
    • 動態(tài)分區(qū)分配
      • 特點(diǎn)：用鏈接指針將內(nèi)存中的空閑分區(qū)鏈接起來，形成空閑分區(qū)鏈塊
      • 分區(qū)鏈頭指針352KB -> 32KB ->520KB
      • 動態(tài)分區(qū)分配算法：
        • 首次適應(yīng)算法（First Fit）：每次都從最開始進(jìn)行掃描
          • 優(yōu)點(diǎn)：簡單，保留了高地址部分大的空閑分區(qū)，無內(nèi)部碎片
          • 缺點(diǎn)：外部碎片增加，分配大塊變慢
        • 下次適應(yīng)（Next Fit）：也叫循環(huán)首次適應(yīng)算法，下一次尋找分塊自動從上一次結(jié)束時(shí)進(jìn)行尋找
          • 優(yōu)點(diǎn)：分塊分區(qū)更加均勻，減少查找的開銷；
          • 缺點(diǎn)：導(dǎo)致缺乏大的空閑分區(qū)
        • 最佳適應(yīng)算法（Best Fit）：先從小到大進(jìn)行排序再分配
          • 優(yōu)點(diǎn)：避免大的空閑分配被拆分
          • 缺點(diǎn)：五拆分難以利用
        • 最差適應(yīng)算法（Worst Fit）
          • 優(yōu)點(diǎn)：中等大小分配時(shí)效果最好
          • 缺點(diǎn)：釋放過于緩慢
      • 分區(qū)的回收：在空閑分區(qū)表中檢查是否有相鄰的空閑分區(qū)，如有則合并成一個(gè)大的空閑分區(qū)
      • 四種情況：
        • 回收上下鄰接的空閑分區(qū)
        • 回收下一個(gè)鏈接的空閑分區(qū)
        • 回收上下鄰接一個(gè)空閑分區(qū)
        • 回收不與任何分區(qū)相鄰的分區(qū)
      • 分區(qū)分配的動態(tài)管理：
        • 拼接技術(shù)：時(shí)機(jī)問題
          • 在某個(gè)分區(qū)回收時(shí)立即進(jìn)行拼接，這樣在主體中總是有一個(gè)連續(xù)的空閑區(qū)；
          • 當(dāng)找不到足夠大的空閑分區(qū)總是滿足作業(yè)要求時(shí)進(jìn)行拼接，這樣可降低拼接的頻率
        • 動態(tài)重定位分區(qū)分配技術(shù)
          • 緊湊（compaction）: 所有的應(yīng)用程序可動態(tài)重定位，等待狀態(tài)以利用。
          • 分區(qū)兌換（swapping in/out）：通過搶占并回收等待狀態(tài)進(jìn)程的分區(qū)，以增大可用內(nèi)存空間
          • 優(yōu)點(diǎn)：
            • 實(shí)現(xiàn)了多道程序共用主存；
            • 管理方案相對簡單，不需要更多時(shí)間；
            • 實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)的手段比較簡單；
          • 缺點(diǎn)：
            • 主存利用不夠充分，存在外部碎片；
            • 無法實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共存存儲器信息；
            • 無法實(shí)現(xiàn)主存的擴(kuò)充，進(jìn)程地址空間受實(shí)際存儲空間的限制；
  • 非連續(xù)分配的設(shè)計(jì)：分頁和分段
    • 分頁
      • 分頁表存儲管理系統(tǒng)中的邏輯地址：頁號：頁內(nèi)位移w = P：W
      • 物理地址：Pysical Address = 2^w x P + A(偏移地址)
      • 分頁管理存在的2個(gè)問題：
        • 每次訪存都要進(jìn)行邏輯到物理地址的轉(zhuǎn)換，過程必須足夠快，否則會降低訪存速度
        • 頁表不能太大，否則內(nèi)存利用率會降低；
      • 具有塊表地址變換的機(jī)構(gòu)：頁表緩存（TLB，Translation Lookside Buffer）-> 直接頁號和表號的映射
      • 地址變換的過程：
        • \1. LA(CPU)->Page（頁表）->Cache, page與快表中的page進(jìn)行比較；
        • 2.1 命中->直接形成物理地址PA，存取數(shù)據(jù)僅一次訪存便可以實(shí)現(xiàn)；
        • 2.2 未命中 -> 進(jìn)入將主存中的頁表存入快表，訪問2次
        • 順序：TLB（LA只負(fù)責(zé)計(jì)算） -> 頁表 ->cahce ->主存
      • 多級的目的在于建立索引，不用浪費(fèi)主存儲空間去存儲無用的頁表項(xiàng)，也不用盲目地順序式查找頁表。
      • 兩級頁表：為了查詢方便，頂級頁表最多只有一個(gè)頁面
      • 分頁為內(nèi)存提供兩種方式的保護(hù)：
        • 地址越界保護(hù)
        • 通過頁表訪問信息對內(nèi)存提供保護(hù)
    • 分段
      • 目的：方便編程，信息共享和信息保護(hù)；通過指向相同的頁表，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)存間的段共享；
      • 段式管理按照用戶進(jìn)程中的的自然劃分邏輯空間
      • 定義：段號：段內(nèi)偏移量=S:W;
      • PA=段起始地址+88(A),注意不是W
      • 分段保護(hù)和分頁保護(hù)類似：
        • 一種是地址越界保護(hù);
        • 另一種是存取控制保護(hù)；
        • 環(huán)保護(hù)機(jī)構(gòu)（OS處于內(nèi)核內(nèi)，APP和S處于中間環(huán)）
      • 分段與分頁的區(qū)別：
        • 分段是信息的物理單位，分頁是信息的邏輯單位；
        • 分段的目的為了更好地滿足用戶的需要；分頁的目的是系統(tǒng)管理所需，為了提高內(nèi)存；
        • 段的長度不固定，不同的段有不同的段長；頁的大小固定且系統(tǒng)確定；
        • 分段的作業(yè)地址空間是一維的，分頁的地址空間是二維的；
        • 有內(nèi)部碎片，無外部碎片；無內(nèi)部碎片，有外部碎片
      • 分段和分頁的優(yōu)點(diǎn)：
        • 便于程序模塊化處理和便于處理變換的DS；
        • 便于動態(tài)鏈接
        • 便于共享分段
        • 可實(shí)現(xiàn)虛擬存儲，不受主存容量的控制
        • 無內(nèi)部碎片
      • 分段和分頁的缺點(diǎn)：
        • 處理機(jī)變換地址花費(fèi)的時(shí)間，要為段提供附加存儲空間
        • 減少碎片采用拼接技術(shù)；
        • 分段的最大尺寸受到主存可用限制
        • 有外部碎片
    • 段頁式管理
      • 無外部碎片，訪問一次需要經(jīng)過三次(先獲取段，再獲取頁，再獲取塊)；
      • 段號S：頁號P：頁內(nèi)偏移；
      • b(塊號) = d（起始頁）+P* 頁表項(xiàng)大小（2^w）,即分段和分頁前兩項(xiàng)的組合；
      • PA = b x 頁表大小L + w；
      • 分頁提高內(nèi)存利用率，分段反映邏輯利于共享；
      • 優(yōu)點(diǎn)：
        • 分散存儲
        • 內(nèi)存利用率較高
        • 便于代碼和數(shù)據(jù)
        • 無外部碎片
      • 缺點(diǎn) :
        • 訪問效率下降
        • 一次訪問轉(zhuǎn)換成了三次訪問，有內(nèi)部碎片
  • 程序的局部性原理
    • 時(shí)間局部性原理
    • 空間局部性原理
    • 分支局部性原理：一條跳轉(zhuǎn)指令的兩項(xiàng)執(zhí)行，很可能跳轉(zhuǎn)到相同的內(nèi)存位置
  • 虛擬內(nèi)存
    • 原理：
      • 裝載程序時(shí)，只將當(dāng)前指令執(zhí)行需要的頁面或段載入內(nèi)存；
      • 指令執(zhí)行中時(shí)，處理器通知OS將相應(yīng)頁面或者段保存到虛擬存儲；
    • 特征：多次性，對換性，虛擬性，離散性（程序離散性存儲）
    • 常用技術(shù)：請求分頁管理；請求分段管理，請求段頁式管理
    • 需要的硬件支持：
      • 一定容量的內(nèi)存和外存，頁表機(jī)制。作為主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
      • 中斷機(jī)構(gòu)，當(dāng)用戶程序要訪問的部分未調(diào)入內(nèi)存，則產(chǎn)生中斷；
      • 地址變換機(jī)構(gòu)，邏輯地址到物理地址的變換
  • 請求分頁式管理：
    • 定義;頁號:物理塊號:狀態(tài)位P：訪問位A：修改位A：外存地址
      • 頁號:基本定義同基本分頁存儲管理
      • 訪問位A：提供給置換算法
      • 修改位M：頁面修改則不需寫到外存
      • 外存地址：請求分頁系統(tǒng)中的頁表項(xiàng)
    • 缺頁中斷:當(dāng)訪問的頁面不在內(nèi)存時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)缺頁中斷
    • 與一般中斷的兩個(gè)明顯區(qū)別：在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理中斷信號，屬內(nèi)部中斷；一條指令在執(zhí)行期間，可能產(chǎn)生多次缺頁中斷。
    • 地址變換機(jī)構(gòu)：
      • 若找到要訪問的頁，便修改頁表項(xiàng)中的訪問位（寫指令則還須重置修改位）；然后利用頁表項(xiàng)中給出的物理塊號和頁內(nèi)地址形成物理地址；
      • 若未找到該頁的頁表項(xiàng)->內(nèi)存中查找頁表項(xiàng)-> 對比頁表項(xiàng)中的狀態(tài)位p，看該頁是否已調(diào)入內(nèi)存，未調(diào)入則產(chǎn)生缺頁終端，請求外存調(diào)入內(nèi)存中
      • 修改訪問位和修改位進(jìn)而產(chǎn)生物理地址【地址變換結(jié)束】
    • 在何處保存未被映射的頁？
      • 交換空間（文件或磁盤）采用特殊格式存儲未被映射的頁面。
      • 尋址路徑：TLB（Translation Lookaside Buffer，即頁表緩存）->頁表->cache->主存->外存
      • 1.考慮命中率和缺頁率的有效訪問時(shí)間的計(jì)算
        • 訪問頁在主存且存在塊表中：E=e(查找快表時(shí)間)+t（形成物理地址并訪問內(nèi)存物理數(shù)據(jù)時(shí)間）
        • 訪問頁在主存中（不缺頁）但是不存在于快表當(dāng)中：EAT=e（快表）+t（頁表）+e（修改）+t（快表
        • 訪問頁表不存在主存中，設(shè)缺頁中斷時(shí)間為t1：EAT=e（快表）+t（頁表）+e（修改）+t（快表
      • 2.考慮缺頁率和命中率的有效訪問時(shí)間的計(jì)算
      • EAT=查找快表的時(shí)間+a x 形成物理地址并訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)時(shí)間+（1-a）x [查找頁表時(shí)間+f x （處理缺頁中斷時(shí)間+查找快表時(shí)間+形成物理地址并訪問+（1-f）x（修改快表時(shí)間+形成物理地址并訪問內(nèi)存時(shí)間））]
      • 處理缺頁中斷時(shí)間;t1=p+ta+(1-p)t6;
      • e=0,a=0時(shí)，則有效訪問時(shí)間為;EAT = t+ f(t1+t)+（1-f）t
      • EAT（有效訪問時(shí)間）計(jì)算
        • 無快表，訪問內(nèi)存所需時(shí)間t，EAT= t+2t（對應(yīng)物理地址訪問）；
        • 有快表，設(shè)表tlb的查找需要時(shí)間e，訪問內(nèi)存一次需要時(shí)間t，命中率為a，則有效訪問時(shí)間分別為：查頁表項(xiàng)的平均時(shí)間為ea+(t+e)(1-a)；
        • EAT=ea+(t+e)(1-a)+t=2t+e-ta；
    • 請求調(diào)換頁功能
    • 頁面置換算法OPT, FIFO, LFU, LRU, CLOCK
      • 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：
        • 盡可能減少頁面的調(diào)入次數(shù)；
        • 把不再訪問或短期頁面調(diào)出；
      • OPT 所淘汰頁面是以后永不使用的或者是長時(shí)間不再被訪問的
      • FIFO 優(yōu)先淘汰最早進(jìn)入內(nèi)存的頁面，會產(chǎn)生bleady現(xiàn)象
      • LRU 選擇最長時(shí)間未被引用的頁面進(jìn)行置換
      • CLOCK 原理：即最近未使用nru
        • 1.增加訪問位，描述過去的訪問時(shí)間；
        • 2.各頁面形成環(huán)鏈表；
        • 3.指針指向最先調(diào)入；
        • 簡單clock算法：
          • 入口->p所指頁面訪問位=0？
            • =0，選擇淘汰掉該頁面，后移；
            • ！=0 ，將頁面訪問位置換位0，后移；
        • 改進(jìn)clock算法：
          • 1.掃描過程中不改變訪問位A,淘汰A=0,M=0;
          • 2.1不成立，則淘汰A=0,M=1,將所有a置為0
          • 3.2不成立，將所有a置為0重復(fù)
          • 4種類型頁面：
            • a=0,m=0;未被訪問，未被修改
            • a=0,m=1;未被訪問，被修改
            • a=1,m=0;被訪問，但未被修改
            • a=1,m=1;被訪問也被修改
    • 頁面分配策略
      • 物理塊的分配策略：固定的分配局部置換，可變分配全局置換，可變分配局部置換；
      • 頁面調(diào)入策略：
        • 請求調(diào)頁策略：缺：每次調(diào)入一頁，需花費(fèi)較大的開銷；
        • 預(yù)調(diào)頁策略：缺：一次性調(diào)入多個(gè)相鄰頁面無法保證會被訪問到；
      • 從何處調(diào)入：
        • 擁有足夠的對換空間：全部從對換區(qū)調(diào)入所需頁面
        • 缺少足夠的對換空間：可能被修改的部分，換出時(shí)需調(diào)至對換區(qū)
        • unix方式：與進(jìn)程有關(guān)的文件放在文件區(qū)，故未運(yùn)行的應(yīng)從文件區(qū)調(diào)入
  • Bleady現(xiàn)象：
    • 產(chǎn)生：缺頁率隨著分配的物理塊數(shù)的增加而增加
    • 出現(xiàn)；被歸類為堆棧算法的頁面置換算法不可能出現(xiàn), 如LRU，OPT
  • 抖動
    • 請求分頁系統(tǒng)中的每個(gè)進(jìn)程只能分配所需內(nèi)存一部分
    • 預(yù)防抖動：
      • 局部置換原則
      • 引入工作集算法
        • 工作集原理：當(dāng)局部隨之穩(wěn)定，工作集頁隨之穩(wěn)定，位置改變，工作集則快速擴(kuò)大或收縮過渡到另一穩(wěn)定值
        • 調(diào)解常駐集
          • 若進(jìn)程缺失率過高，常駐集增加；
          • 若缺失率過低，常駐集減少；
      • l=s準(zhǔn)則（產(chǎn)生缺頁平均時(shí)間與系統(tǒng)處理頁時(shí)間相等），掛起若干進(jìn)程
    • 缺頁率=所需調(diào)入次數(shù)[OPT] / 共需要的次數(shù)[實(shí)際運(yùn)行狀況]
  • 虛擬地址如何轉(zhuǎn)換為物理地址
    • 1.利用虛擬頁號查找頁表，在TLB中（從前向后取）
      • TLB+頁內(nèi)偏移->查找data cache
      • TLB形式：虛擬頁號（TLB標(biāo)記：TLB索引）：頁內(nèi)
    • 2.利用虛擬頁號查找TLB->頁表
      • 頁表+頁內(nèi)偏移->查找data cache表
    • 3.除以上兩種產(chǎn)生缺頁中斷
• 文件管理：文件管理，目錄管理，邏輯結(jié)構(gòu)，操作管理，文件保護(hù)
  • 文件系統(tǒng)：文件的基礎(chǔ)
    • 有結(jié)構(gòu)的文件：
      • 基本數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)元素+字段
      • 組合數(shù)據(jù)項(xiàng)：若干基本數(shù)據(jù)項(xiàng)
    • 無結(jié)構(gòu)的文件（由若干字符組成，可以看作是一個(gè)字符流，即流式文件）
    • 文件的分類：
      • 用途;系統(tǒng)文件，庫文件，用戶文件
      • 數(shù)據(jù)形式：源文件，目標(biāo)文件，可執(zhí)行文件
      • 文件存取控制：只讀文件，讀寫文件，只執(zhí)行文件
      • 組織形式和處理方式分類：普通文件，目錄文件，特殊文件（系統(tǒng)中的各類I/O設(shè)備）
    • 文件的操作：
      • 創(chuàng)建文件，刪除文件，讀文件，寫文件，截?cái)辔募?#xff0c;設(shè)置文件的讀寫位置
    • 其他文件操作：
      • 以提供有關(guān)文件操作的系統(tǒng)調(diào)用
      • 關(guān)于目錄
    • 文件邏輯結(jié)構(gòu)
      • 有結(jié)構(gòu)的記錄式文件
        • 順序文件
          • 串結(jié)構(gòu);各記錄的順序與關(guān)鍵字無關(guān)
          • 順序結(jié)構(gòu)：所有記錄按關(guān)鍵字排序，可遞增排列，也可遞減
        • 索引文件
        • 索引順序文件
        • 直接文件和哈希文件
          • 優(yōu):提高存取速度；
          • 缺;可以出現(xiàn)沖突；
      • 無結(jié)構(gòu)的流式文件
  • 目錄結(jié)構(gòu)
    • 主要功能；
      • 實(shí)現(xiàn)按名存取；
      • 提高對目錄的檢索速度；
      • 文件共享；
      • 允許文件重名；
      • FCB（文件控制塊）；
      • 基本信息類；
      • 存取控制信息類；
      • 通用信息類
    • 單級目錄結(jié)構(gòu)：
      • 目錄結(jié)構(gòu)：FCB1:FCB2:FCB3…:FCBn:數(shù)據(jù)文件；
      • 優(yōu)點(diǎn)：簡單且能實(shí)現(xiàn)目錄管理的按名存取的基本功能；
      • 缺點(diǎn)：查找速度慢，不允許重名；不便于實(shí)現(xiàn)文件共享；
    • 兩級目錄結(jié)構(gòu)：
      • 建立一個(gè)單獨(dú)的用戶目錄UFD（User File Directory）,在系統(tǒng)再建立一個(gè)文件目錄MFD（Master File Directory）;類似于 windows下的用戶/文檔
      • 優(yōu)點(diǎn):提高了檢索目錄的速度，可以解決重命名的問題，不同用戶可使用不同的文件夾進(jìn)行共享內(nèi)存
      • 缺點(diǎn)：兩級目錄結(jié)構(gòu)缺乏靈活性，不能對文件分類
    • 多級目錄結(jié)構(gòu)：
      • 結(jié)構(gòu):樹形名+多級目錄
      • 優(yōu)點(diǎn)：就多級目錄與兩級目錄相比而言，其查詢速度更快，同時(shí)層次更加清晰，能夠更加有效地進(jìn)行文件的管理與保護(hù)
      • 缺點(diǎn)：在多級目錄中查找一個(gè)文件，需按路徑訪問中間結(jié)點(diǎn)，這就增加了磁盤的訪問速度，將影響查詢速度
    • 圖形目錄結(jié)構(gòu)：（無環(huán)圖形目錄結(jié)構(gòu)）
      • 主目錄分為：AB兩個(gè)部分；A部分為頭文件，另外一部分為偏移部分
      • 優(yōu)點(diǎn)：方便文件共享，兩個(gè)不同目錄中的同一文件僅在磁盤上保存一份
      • 缺點(diǎn)：增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度
    • 目錄查詢技術(shù)：
      • 線性檢索法：搜索目錄，優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，執(zhí)行耗時(shí)
      • Hash法：hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是減少搜索時(shí)間。缺點(diǎn)是：可能存在2個(gè)沖突文件的hash值相同
  • 文件共享：
    • 索引節(jié)點(diǎn)
      • 優(yōu)點(diǎn):能夠?qū)崿F(xiàn)文件的異名共享
      • 缺點(diǎn)；文件擁有者不能刪除他人共享的文件；由于每一個(gè)共享文件具有文件名，遍歷時(shí)可能多次遍歷該共享文件
    • 符號鏈
      • 如果目錄項(xiàng)標(biāo)記為鏈，那么就獲取真正文件（或目錄的文件），再搜索目錄。
      • 共享該文件的其他用戶則只有該文件的路勁名，并不擁有其指向其索引節(jié)點(diǎn)的指針。
    • 語義：
      • 一致性語義，保證多進(jìn)程能同時(shí)訪問共享文件；
      • UNIX語義：用戶可見和允許多人同時(shí)寫入；
      • 會話語義：
        • AFS文件系統(tǒng)使用
          • 一旦用戶打開文件的寫不能同時(shí)被其他用戶看見
          • 一旦文件關(guān)閉，對其修改只能從以后打開的會話所看見
      • 永久共享文件語義
        • 一旦創(chuàng)建者聲明為共享，那么不能再被修改
  • 文件保護(hù)：
    • 作用;用來防止文件受到物理破壞和非法訪問等
    • 訪問類型：R,W，執(zhí)行，ADD，Delete，列表清單，其他操作
    • 訪問控制
    • 訪問控制矩陣
    • 訪問控制列表（ACL），用戶權(quán)限表，密碼
  • 文件系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)
    • 文件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖;
      • 應(yīng)用程序->邏輯文件系統(tǒng)->文件組織模塊->基本文件系統(tǒng)->I/o控制->設(shè)備
    • 文件實(shí)現(xiàn)
      • 外存分配方式
        • 連續(xù)分配
        • 鏈接分配
          • 隱式鏈接，必須含有指向鏈接文件第一個(gè)盤塊號和最后一個(gè)盤塊的指針。如jeep 9 25,表示9->16->1->10->25
          • 顯式鏈接（類似于TlB表的Fat表）
        • 索引分配
          • 單索引分配
          • 兩級索引分配
          • 混合索引分配
      • 文件記錄的成組與分解
        • 優(yōu)點(diǎn)：可以提高磁盤的空間利用率，減少磁盤的啟動次數(shù)
        • 缺點(diǎn);成組與分解操作必須使用主存中的緩沖區(qū)，從而增加系統(tǒng)開銷
        • 空閑空表法：適于連續(xù)分配
        • 空閑快鏈法;當(dāng)所有空閑盤區(qū)拉成一條空閑鏈，稱為空閑盤塊鏈，其中每個(gè)盤區(qū)上含有用于指示下一個(gè)空閑盤區(qū)的指針外，還應(yīng)能指明本盤區(qū)大小的信息
        • 位示圖法
          • 當(dāng)其值為“0”時(shí)，表示對應(yīng)的盤塊空閑；
          • 當(dāng)為"1時(shí)’，表示已分配
        • 成組鏈表法
          • 空閑盤塊號棧的內(nèi)容 N=100->S.free[99],前者指明區(qū)域和區(qū)域大小，后面是具體存儲；
      • 文件需要被掛載才能被訪問，未掛載的文件被掛載到掛載點(diǎn)上
    • 操作系統(tǒng)常見的文件系統(tǒng)類型
    • 磁盤文件系統(tǒng)： FAT->NTFS(>=64)
    • 數(shù)據(jù)庫文件系統(tǒng)；可被尋址，如winFS
    • 日志文件系統(tǒng)；記錄文件系統(tǒng)的修改
    • 網(wǎng)絡(luò)分布式文件系統(tǒng)：NFS，SMB,AFS
    • 標(biāo)準(zhǔn)文件共享系統(tǒng):NFS for unix
    • 特殊/虛擬文件系統(tǒng);管道（pipe）
  • 磁盤的組織與管理：
    • 磁盤結(jié)構(gòu)的信息：引導(dǎo)控制塊，分區(qū)控制塊，目錄結(jié)構(gòu)，文件控制塊
    • 磁盤的訪問時(shí)間計(jì)算Ta=Ts+Tr+Tt=m x n +s +1/2r+b/rN
      • Ts尋道時(shí)間
      • Tr旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間
      • Tt傳輸時(shí)間
      • n磁道
      • s啟動磁道時(shí)間
      • r轉(zhuǎn)速
      • b讀寫字節(jié)數(shù)
      • N磁道上的字節(jié)數(shù)
    • 磁盤的管理：格式化，壞塊
    • 提高磁盤io速度的方法：提前讀，延遲寫，優(yōu)化物理盤分布，虛擬寫
    • 磁盤調(diào)度算法：
      • FCFS：
      • SSTF最短尋道時(shí)間優(yōu)先
      • SCAN電梯調(diào)度算法：單方向移動，沿著磁頭去尋找離當(dāng)前最近的
      • CSCAN：單方向移動，在移動到最末尾時(shí)，移動點(diǎn)從最開始進(jìn)行開始
      • N-step-Scan N步掃描算法
        • 解決以上三個(gè)出現(xiàn)的磁頭黏著現(xiàn)象
        • 主要步驟：
          • 將磁盤請求隊(duì)列分成長度為n的子隊(duì)列
          • 按fifo算法依次處理所有子隊(duì)列
          • 掃描算法處理每個(gè)隊(duì)列
      • F-Scan 簡化N步掃描算法
        • 將隊(duì)列數(shù)目減少到2個(gè)隊(duì)列，交替使用算法
      • 磁盤緩存：磁盤扇區(qū)在內(nèi)存中的緩存區(qū)，比虛擬存儲復(fù)雜，且頻率更低
      • 單緩存：io設(shè)備-輸入-緩存區(qū)-傳送-工作區(qū)
      • 雙緩存：io設(shè)備-緩存1，工作區(qū)-緩存2
    • UFS多級索引分配
      • 文件頭包含13個(gè)指針
      • 10th指向數(shù)據(jù)塊
      • 11th指向索引塊
      • 12th指向二級索引
      • 效果：提高了文件大小限制的閾值，動態(tài)分配數(shù)據(jù)塊，方便文件擴(kuò)展
    • 多磁盤
      • 通過并行提高吞吐量，通過冗余提高可靠性和可用性
      • RAID
        • 軟件：OS內(nèi)部的文件卷管理
        • 硬件：RAID硬件控制器(I/0)
      • RAID0:磁盤條帶化，通過獨(dú)立磁盤并行數(shù)據(jù)提高訪問速度
      • RAID1：磁盤鏡像：可靠成倍，讀取線性增加
      • RAID3：基于位
      • RAID4/5：基于數(shù)據(jù)塊，帶校驗(yàn)的磁盤條帶化
        • -4;帶校驗(yàn)的磁盤條帶化（允許從任意一個(gè)故障中恢復(fù)）
        • -5；帶分布式校驗(yàn)的磁盤條帶化（檢驗(yàn)和分布式存儲）
• 設(shè)備管理（I/O管理）：分配，傳輸控制，獨(dú)立性
  • 分類
    • 使用特性：人機(jī)交互外部設(shè)備，存儲設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備
    • 傳輸速率：低速設(shè)備，中速設(shè)備，高速設(shè)備
    • 信息交換單位：
      • 塊設(shè)備：文件接口和訪問定義
      • 字符設(shè)備：內(nèi)存映射文件訪問
  • IO控制方式
    • 程序直接方式
      • 設(shè)置標(biāo)志位busy
      • busy=1表示輸入尚未完成，busy=0表示將輸入數(shù)據(jù)送入設(shè)備控制
      • 優(yōu)：實(shí)現(xiàn)簡單；缺：CPU的利用率相當(dāng)?shù)?#xff0c;因?yàn)镃PU執(zhí)行指令速度高出io幾個(gè)數(shù)量級
    • 中斷驅(qū)動方式
      • 提高了CPU的利用率
      • 在每臺設(shè)備每輸入輸出一個(gè)數(shù)據(jù)都要求中斷CPU，這樣在一次數(shù)據(jù)傳送的過程中，中斷次數(shù)過多而耗費(fèi)大量的CPU處理時(shí)間。
    • DMA方式
      • 主機(jī)與控制器之間成數(shù)據(jù)塊的方式進(jìn)行直接交換，必須在DMA控制器中設(shè)置。
      • 命令狀態(tài)寄存器CR：用于接受IO有關(guān)控制信息或設(shè)備的狀態(tài)
      • 內(nèi)存地址寄存器MAR：輸入時(shí)，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的的起使目標(biāo)地址
      • 數(shù)據(jù)寄存器DR：內(nèi)存的啟始目標(biāo)地址，用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或內(nèi)存到設(shè)備
      • 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)奇 DC：存放本次要傳送的字節(jié)數(shù)
  • 通道控制方式：
    • 定義：專門用于負(fù)責(zé)輸入輸出工作的處理機(jī)制，它獨(dú)立于CPU，有自己的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)比較簡單，一般至于數(shù)據(jù)傳送指令，設(shè)備控制指令等
    • 字節(jié)多路通道
    • 數(shù)組選擇通道：傳輸速率很高，只含有一個(gè)分配型的子通道
    • 數(shù)組多路通道：存放本次要傳送的字節(jié)數(shù)
  • io通道與一般處理機(jī)的區(qū)別：無自己的內(nèi)存，通道與CPU共享內(nèi)存
  • Io通道與DMA控制方式的區(qū)別：DMA需要CPU來控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小，傳輸?shù)膬?nèi)存位置，而通道控制方式中這些信息由通道控制，一個(gè)通道可以控制多個(gè)設(shè)備
  • IO軟件層次結(jié)構(gòu)
    • IO請求:用戶層軟件->設(shè)備獨(dú)立性軟件->設(shè)備驅(qū)動程序->中斷處理程序
    • IO響應(yīng)：當(dāng)IO結(jié)束時(shí)喚醒驅(qū)動程序->建立設(shè)備寄存器，檢查狀態(tài)->命名，保護(hù)，阻塞，緩沖，分配->進(jìn)行IO調(diào)用；格式化IO，Spooling等
    • 中斷處理程序：喚醒被阻塞的驅(qū)動程序進(jìn)程->保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境->分析中斷原因->進(jìn)行中斷處理->恢復(fù)中斷進(jìn)程的現(xiàn)象
    • 設(shè)備處理程序：讀抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求->檢查io請求的合法性->讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)->傳遞必要參數(shù)->設(shè)置工作方式->啟動IO設(shè)備
  • Io調(diào)度
  • 高速緩存與緩沖區(qū)
    • 緩沖的實(shí)現(xiàn)
      • 硬件緩沖器實(shí)現(xiàn)，但由于成本太高，除一些關(guān)鍵部位外，一般情況下不采用
      • 內(nèi)存劃出一塊存儲區(qū)，專門用來臨時(shí)存放輸入輸出數(shù)據(jù)
    • 緩沖的分類
      • 單緩沖
      • 雙緩沖
      • 循環(huán)緩沖：將雙緩沖中特定區(qū)域進(jìn)行循環(huán)
      • 緩沖池：緩沖池中緩沖區(qū)按使用狀況可形成以下三個(gè)隊(duì)列：空緩沖隊(duì)列，裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖隊(duì)列，裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖隊(duì)列
      • 除以上外，有用于收容輸入數(shù)據(jù)，提取輸入數(shù)據(jù)，收容輸出數(shù)據(jù)，提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)
  • 設(shè)備分配
    • 設(shè)備管理中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
      • 設(shè)備控制表（DCT）
      • 設(shè)備控制器控制表（COCT）：反映通道狀態(tài)
      • 設(shè)備控制表（CHCT）
      • 系統(tǒng)設(shè)備表（SDT）
    • 設(shè)備分配策略
      • 使用性質(zhì)：獨(dú)享設(shè)備，共享設(shè)備，虛擬分配
      • 設(shè)備分享算法：先來先服務(wù)，優(yōu)先級高者優(yōu)先
      • 設(shè)備分享的安全性：
        • 安全分配方式
          • 一旦進(jìn)程已經(jīng)獲得某種設(shè)備后便阻塞，使進(jìn)程不可能請求任何資源
        • 不安全的分配方式
          • 僅當(dāng)進(jìn)程所請求設(shè)備被另一半進(jìn)程占用才進(jìn)入阻塞狀態(tài)
    • 設(shè)備分配的獨(dú)立性
      • 用戶程序的設(shè)備獨(dú)立性
        • 用戶程序不直接使用物理設(shè)備名，而只能使用邏輯設(shè)備名。
        • 執(zhí)行；邏輯設(shè)備名轉(zhuǎn)換物理設(shè)備名
      • I/O軟件的設(shè)備獨(dú)立性
        • 除了直接與設(shè)備打交道外，其他部分的軟件不依賴于硬件，I/0軟件獨(dú)立于設(shè)備，就可提高設(shè)備管道軟件的設(shè)計(jì)效率
  • 設(shè)備分配程序
    • 單IO系統(tǒng)的設(shè)備分配:分配設(shè)備->分配設(shè)備控制器->分配通道；
    • 多IO系統(tǒng)的設(shè)備分配;
      • 1.根據(jù)設(shè)備類型,檢索設(shè)備控制表，找到第一個(gè)空閑設(shè)備并檢測分配設(shè)備的安全性，如安全，則分配，反之，插入該設(shè)備的等待隊(duì)列。
      • 2.設(shè)備分配后，檢索設(shè)備控制器控制表，找到第一個(gè)與已分配設(shè)備相連的空閑設(shè)備控制器，若無空閑，則返回步驟D查找下一個(gè)空閑設(shè)備。
      • 3.設(shè)備控制器分配后，同樣查找與其相連的通道，找到第一個(gè)空閑通道，若無則返回2，查找下一個(gè)設(shè)備控制器，若有，則分配成功
  • 設(shè)備回收:設(shè)備使用完后對占有設(shè)備，設(shè)備控制器以及通道，系統(tǒng)進(jìn)行回收，修改對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便下次分配時(shí)進(jìn)行使用
  • 假脫機(jī)技術(shù)（spooling）
    • 外部設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)的操作
    • 特點(diǎn)：
      • 提高了IO的速度
      • 將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備
      • 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備的功能
      • 應(yīng)用：打印機(jī)的多文件打印
  • CPU與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸：
    • load/store傳輸指令
    • 直接訪問內(nèi)存（DMA）：設(shè)備控制器可直接訪問系統(tǒng)總線
  • 訪問頻率置換算法：短期用LRU，長期用LFU
  • 新區(qū)域（new session）:引用計(jì)數(shù)不變，中間區(qū)域（middle section）,舊區(qū)域（old section）(計(jì)數(shù)都+1)
• 分布式系統(tǒng)：
  • 中間件（midware）:標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議；一組驅(qū)動程序，應(yīng)用編程接口或用于改善C/S之間的連接件
  • C/S分類：
    • 基于主機(jī)的處理（傳統(tǒng)大型機(jī)環(huán)境）
    • 基于服務(wù)器的處理(易維護(hù)，提升效果不明顯)
    • 基于客戶的處理（拋開驗(yàn)證服務(wù)，其余都在本地進(jìn)行）
    • 合作處理
      • 胖客戶端 fat client
      • 瘦客戶端 thin client
  • 中間件在C/S的結(jié)構(gòu)
    • 表示服務(wù)
    • 應(yīng)用服務(wù)
    • 應(yīng)用邏輯
    • 中間件
    • 通信服務(wù)
    • os
    • 硬件平臺
  • 集群：集群與對稱多處理技術(shù)swap是相對的，這種方法提供了高性能和高可用性
  • 開發(fā)swap主要難點(diǎn)：故障管理，負(fù)載平衡，并行計(jì)算（并行編譯，參數(shù)化計(jì)算）
• 用戶接口：命令接口，程序接口，圖形接口

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统-速记版（个人幕布导出）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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