学习记录之操作系统终章 概念篇

逻辑设备名到物理设备名映射的实现  
（一）逻辑设备表LUT  
逻辑设备名、物理设备名、设备驱动程序的入口地址  
（二）逻辑设备表设置问题  
整个系统一张LUT  
或每个用户一张LUT  
  
⑥用户层的I/O软件  
一、系统调用与库函数  
（一）系统调用  
使用系统调用I/O设备，用户态→内核态→用户态  
（二）库函数  
库函数与调用程序接在一起  
  
二、假脱机系统  
（一）假脱机技术  
利用专门的外围控制机，先将低速I/O设备上的设局传送到高速磁盘上，或相反  
（二）SPOOLing的组成  
输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程、井管理程序  
（三）SPOOLing系统的特点  
提高I/O速度、将独占设备改造为共享设备、实现虚拟设备功能  
（四）假脱机打印机系统  
磁盘缓冲区、打印缓冲区、假脱机管理进程和假脱机打印进程  
（五）守护进程  
有个假脱机目录，由守望进程按目录文件依次完成各个进程设备的请求，就可以将一个独占设备改为多个进程共享设备  
  
⑦缓冲区管理  
一、缓冲的引入  
（一）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾  
速度有差距，都可以设置缓冲区  
（二）减少对CPU的中断频率  
（三）解决数据粒度不匹配的问题  
生产者生产的数量和消费者消费的数量差距  
（四）提高CPU和I/O设备之间的并行性  
CPU和打印机可以并行工作呢  
  
二、单缓冲区和双缓冲区  
（一）单缓冲区  
缓冲区也会阻塞  
（二）双缓冲区  
CPU执行第一行中的命令时，用户可以继续向第二缓冲区输入下一行数据  
如果两台电脑只设置但缓冲，就要再设置一个接收缓冲区，一个发送缓冲区  
  
三、环形缓冲区  
（一）环形缓冲区的组成  
空区R，装满的区G，正在使用的现行工作缓冲区C；另外还有多个指针  
（二）环形缓冲区的使用  
Getbuf和Releasebuf  
（三）进程之间的同步问题  
Nexti赶上Nextg：输入速度＞处理速度  
Nextg赶上Nexti：处理速度＞输入速度  
  
四、缓冲池  
（一）缓冲池的组成  
专为生产者-消费者设置的，包含一个管理数据结构和一组操作函数，管理多个缓冲区  
包括空白缓冲队列、输入队列、输出队列  
（二）Getbuf过程和Putbuf过程  
设置MS(type)互斥访问缓冲池队列和RS(type)进程同步使用缓冲区  
（三）缓冲区的工作方式  
收容操作、提取输入、收容输出、提取输出  
  
⑧磁盘存储器的性能和调度  
一、磁盘性能简述  
（一）数据的组织和格式  
数据组织和格式：磁盘-双面可存储盘片（存储面）-扇区-磁道（柱面）  
（二）磁盘的类型  
固定头磁盘、移动头磁盘  
（三）磁盘访问时间  
  
二、早期的磁盘调度算法  
（一）先来先服务  
就是先来的先找，很公平很简单，但平均寻道好长  
（二）SSTF最短寻道时间优先  
选择一个与磁头距离最近的磁道  
  
三、基于扫描的磁盘调度算法  
（一）扫描算法SCAN  
来回  
（二）循环扫描算法CSCAN  
单程  
（三）NStepSCAN和FSCAN调度算法  
N步扫描算法：将磁盘请求队列分成若干长度为N的子队列，再用FCFS依次处理这些子队列  
FSCAN算法：只分两个队列，一个现在要扫描的，一个是扫描时新冒出来的  
  
第七章 文件管理  
①文件和文件系统  
一、数据项、记录和文件  
（一）数据项  
基本数据项：描述以对象某种属性的字符集，如学号、姓名、年龄这些不能再细分的  
组合数据项：若干个基本数据项组成的，就是还可以细分的  
（二）记录  
描述一个对象在某方面的属性，注意要有关键字key，方便查找  
（三）文件  
多条记录组成文件  
文件属性：类型、长度、物理位置、建立时间（即最后一次修改时间）  
  
二、文件名和类型  
（一）文件名和拓展名  
没什么好说的，都懂  
（二）文件类型  
按用途分：系统文件、用户文件、库文件  
按文件数据形式：源文件、目标文件、可执行文件  
按存取控制属性：只执行文件、只读文件、读写文件  
按组织形式和处理方式分类：普通文件、目录文件、特殊文件  
  
三、文件系统的层次结构  
（一）对象及其属性  
管理对象：文件、目录、磁盘存储空间  
（二）对对象操纵和管理的软件集合  
I/O控制层、基本文件系统层、基本I/O管理程序、逻辑文件系统  
（三）文件系统的接口  
命令接口、程序接口  
  
四、文件操作  
（一）最基本的文件操作  
创建、删除、读、写、设置读写位置  
（二） 文件的“打开”和“关闭”操作  
（三）其他文件操作  
 设置和获得文件的属性、查询文件状态  
有关目录的，就是创建、删除、改变当前目录等  
  
②文件的逻辑结构  
一、文件逻辑结构的类型  
有结构文件：记录式文件  
无结构文件：流式文件  
（一）按文件是否有结构分类  
有结构文件（如数据库）：定长记录、变长记录  
无结构文件（txt）：源程序、可执行文件  
（二）按文件的组织方式分类  
顺序文件：可以定长可以变长，一直按顺序下去（如犯人的记录）  
索引文件：加张索引表  
索引顺序文件：分组，组内是顺序，组头有索引  
  
二、顺序文件  
（一）顺序文件的排列方式  
串结构：要从头开始找  
顺序结构：有个关键字  
（二）顺序文件的优缺点  
最高效、但交互应用中效率好差、而且增加删除一个记录困难  
所以要配置一个运行记录文件，按时合并  
  
三、记录寻址  
（一）隐式寻址方式  
一个一个读，读了（n-1）个才找到n  
（二）显式寻址方式  
定长就方便，直接乘索引号即可  
变长就要加上Li，表示一段记录的长度  
或者利用关键字查找  
  
四、索引文件  
（一）按关键字建立索引  
索引文件三要素：索引号、长度、指针  
多个索引表的索引文件：从不同属性查找同一对象  
  
五、索引顺序文件  
（一）索引顺序文件的特征  
引入文件索引表，可以实现对索引顺序文件的随机访问；  
增加溢出文件，可以记录新增加、删除和修改的记录  
（二）一级索引顺序文件  
分组，组首进入索引顺序文件  
（三）两级索引顺序文件  
索引顺序表做组  
  
六、直接文件和哈希文件  
（一）直接文件  
关键字本身就决定记录的物理地址，所以可以直接查找，有键值转换  
（二）哈希文件  
A = H(K)，通常是指向某一目录表相应表目的指针  
  
③文件目录  
要求：  
实现“按名存取”  
提高对目录的检索速度  
文件共享  
允许文件重名  
一、文件控制块和索引结点  
（一）文件控制块FCB  
包含三类信息：基本信息、存取控制信息、使用信息  
基本信息：文件名、文件物理位置、文件逻辑结构、文件物理结构  
存取控制信息：各类人的存取权限  
使用信息类：建立时间、最近修改时间、当前使用信息  
（二）索引结点  
引入：怕文件目录太大，只用文件名，轻量级文件目录  
磁盘索引结点：文件主标识符、文件类型、文件存取权限、文件物理地址、文件长度、文件连接计数、文件存取时间  
内存索引结点：索引结点编号、状态、访问计数、文件所属文件系统的逻辑设备号、链接指针  
  
二、简单的文件目录  
（一）单级文件目录  
整个文件系统只有，一张目录表，目录项有：文件名、文件扩展名、文件长度、文件类型、文件物理地址和其他属性  
每次创建都要搜索有没有相同的文件名  
优点是简单，但只实现了“按名存取”，其他三个要求没有实现  
（二）两级文件目录  
MFD→UFD  
会有隔离，这个结构可以有效将多个用户隔开，在各个用户完全无关时，这是一个优点。  
但如果要合作完成一个大任务时，这种隔离就会使诸多用户之间不便于共享  
  
三、树形结构目录  
（一）树形目录  
一个目录文件中的目录项，可以既作为目录文件的FCB，又是数据文件的FCB  
（二）路径名和当前目录  
路径名：唯一通路，用/连接  
当前目录，相对路径名，绝对路径名  
（三）目录操作  
创建、删除、不删除非空目录、可删除非空目录  
改变、移动、链接目录、查找目录  
（四）目录查询技术  
线性检索法：在单级目录中，用用户提供的文件名，顺序查找；在树形目录中，就按路径名查找  
Hash方法：建立一张Hash索引文件目录，利用Hash方法查询——利用用户提供的文件名，转换为文件目录索引值，再用索引值在目录中查找  
注：如果使用了通配符，就无法用Hash方法检索了  
“冲突”：1.看目录项是否空 2.看文件名是否匹配 3. 如果不匹配，就要在Hash值加上一个常数，形成新的索引值  
  
④文件共享  
一、基于有向无循环图实现文件共享  
（一）有向无循环图DAG  
由附加操作Append来完成，而新增加的盘块只会出现在执行了操作的目录中，新增加的部分不能被共享  
（二）利用索引结点  
用索引结点，任何用户对共享文件所进行的Append操作或修改，都将引起相应结点内容的改变  
还增加一个count链接计数  
其他用户在使用，拥有者删了，文件依然存在  
  
二、利用符号链接实现文件共享  
（一）利用符号链接的基本思想  
即允许一个文件或子目录有多个父目录，但只有一个是“主”父目录  
（二）如何利用符号链实现共享  
由系统创建一个LINK类型的新文件，取名为F，并将F写入链接父目录D5中，就可以实现D5与F8的链接。新文件只有被链接文件F8的路径名——所以叫做“符号链接”——新文件的路径名被看做“符号链”  
（三）利用符号链实现共享的优点  
用户删了链接文件，也不会删掉本来的文件；文件主删了文件，其他用户访问不了，自然会删掉符号链  
（四）利用符号链的共享方式存在的问题  
读盘需时、符号链太多，琐碎  
  
第八章 磁盘存储器的管理  
①外存的组织方式  
连续组织方式、链接组织方式、索引组织方式  
一、连续组织方式  
位于同一磁道，读写不用移动磁头  
优点：顺序访问容易、顺序访问速度快  
缺点：要求为一个文件分配连续的存储空间、要事先知道文件长度、不够灵活删除和插入、对于动态增长的文件，很难分配空间  
  
二、链接组织方式  
优点：消除外部碎片，提高外存利用率；对插入、删除修改记录都非常容易；能够适应动态增长  
隐式链接：一个跟一个，如同链表；碎片多；万一一个错，整个文件用不了  
显式链接：将各物理块的指针显式存在内存的一个表内，每个FCB对应一个字段，因为在内存查找，所以大大提高检索速度，还减少访问磁盘的次数，而这叫做FAT  
  
五、索引组织方式  
（一）单级索引组织方式  
不支持高效直接存取，要对一个较大的文件进行存取，就要顺序地查找许多盘块号  
FAT需要占用较大内存空间  
所以创造“表中表”——索引分配图  
（二）多级索引组织方式  
就是多级，如同“全语言字典”  
优点：大大加快对大型文件的查找速度  
（三）增量式索引组织方式  
增量式索引组织方式的基本思想  
小的用直接寻址、中的用单级索引组织方式、大的用两三级索引组织方式  
Unix System V的组织方式：索引结点有13个地址项，前十个是直接地址，最大放40KB；第十一个是一次间接地址，1K个盘块号，允许文件长达4MB；如果还超过4MB+40KB，就放二次间接地址，有4GB；还超过，就放3次间接地址，有4TB  
  
②文件存储空间的管理  
一、空闲表法和空闲链表法  
（一）空闲表法  
即在外存所有空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对于一个表项，记录序号、第一空闲盘块号、空闲盘块数  
分配和回收与内存相似，但在外存为加快分配速度，连续分配依然有用。小的连续分配，大的离散分配，多媒体文件依然连续分配  
（二）空闲链表法  
空闲盘块链：一直分配，按链表分配。如果删除文件就挂在链尾  
优点：简单，缺点：但为一个文件分配时可能重复操作多次，分配和回收效率较低，而且盘块链会很长  
空闲盘区链：优点：分配回收效率较高，盘区链短；缺点复杂  
  
二、位示图法  
（一）位示图  
利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，也可以是二维数组  
（二）盘块的分配  
扫描位示图，找到一个或一组0，之后计算盘块号： b = n(i -1)+j，修改位示图=1  
（三）盘块的回收  
从盘块号转换为行列号：  
i = (b-1) DIV n +1  
j = (b-1) MOD n + 1  
  
三、成组链接法  
（一）空闲盘块的组织  
每组含有盘块总数N和该组所有盘块号记入前一组的第一个盘块的S.free(0)~S.free(99)，这样各组第一个盘块可链接成一条链  
（二）空闲盘块的分配与回收  
当栈中空闲盘块号已达100时，表示栈已满，便将先有栈中100个盘块号记入新回收的盘块中，将盘块号作为新栈底