操作系統(tǒng)-讀書筆記操作系統(tǒng)-讀書筆記操作系統(tǒng)-讀書筆記資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月操作系統(tǒng)-讀書筆記版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：讀書筆記——《操作系統(tǒng)》《操作系統(tǒng)》目錄1操作系統(tǒng)發(fā)展史2進(jìn)程和線程3內(nèi)存管理4文件系統(tǒng)(Linux)5設(shè)備管理1操作系統(tǒng)發(fā)展史引言操作系統(tǒng)誕生距今已經(jīng)有了幾十年的時(shí)間，它是計(jì)算機(jī)資源的管理者。最初的人們是沒有操作系統(tǒng)來對(duì)計(jì)算機(jī)加以控制的，一直都處于人工管理方式來對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作和管理，人機(jī)交互之間出現(xiàn)了人工手動(dòng)的低速和計(jì)算機(jī)的高速處理形成了尖銳的矛盾，資源利用率非常的低，從而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的效率十分低下。為了解決人工干預(yù)和CPU速度不匹配的矛盾，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，后來出現(xiàn)了世界上第一個(gè)的操作系統(tǒng)——脫機(jī)輸入/輸出，用戶先將卡片輸入到紙帶機(jī)，然后通過衛(wèi)星機(jī)的處理，將紙帶的數(shù)據(jù)高速寫入磁帶，主機(jī)運(yùn)行時(shí)再將磁帶上的數(shù)據(jù)高速讀入內(nèi)存，輸出也可以這樣中轉(zhuǎn)，由于數(shù)據(jù)的讀取和寫入是脫離主機(jī)運(yùn)行的，所以這樣的處理方式稱為脫機(jī)輸入/輸出方式。雖然脫機(jī)輸入輸出方式進(jìn)一步提高了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率，但是在計(jì)算機(jī)工作過程中還是需要人工進(jìn)行干預(yù)，后來就出現(xiàn)了批處理系統(tǒng)。在批處理系統(tǒng)中，操作員將一批作業(yè)輸入進(jìn)磁帶中，然后運(yùn)行第一個(gè)程序，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)作業(yè)完成后自動(dòng)讀入下一個(gè)作業(yè)，直至所有作業(yè)全部完成。由于該類系統(tǒng)的內(nèi)存中只能保持一個(gè)作業(yè)運(yùn)行，所以這類系統(tǒng)又稱為單通道批處理系統(tǒng)。到了20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)能夠做到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的作業(yè)并發(fā)執(zhí)行。直到后來出現(xiàn)的分時(shí)操作系統(tǒng)能夠讓多個(gè)用戶共同使用一個(gè)操作系統(tǒng)可以隨時(shí)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，并且讓各個(gè)用戶都感受不到其他用戶的存在。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的用戶希望操作系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)用戶進(jìn)行反饋，在1980年，為了讓計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)地反饋，后來又出現(xiàn)了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)冶煉、發(fā)電、煉油、化工、機(jī)械加工等的自動(dòng)控制起到了重要作用。無(wú)操作系統(tǒng)1)手工特點(diǎn)：（1）用戶獨(dú)占全機(jī)（2）CPU等待人工操作問題：（1）計(jì)算機(jī)處理能力低（2）計(jì)算機(jī)工作效率低2)脫機(jī)輸入/輸出方式特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的輸入輸出是在脫離主機(jī)的控制下完成的，通常是在外圍機(jī)的控制下完成的優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了CPU的空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾（2）提高了I/O速度單道批處理系統(tǒng)特點(diǎn)：利用磁帶將若干個(gè)作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個(gè)批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序自動(dòng)依次處理。批：供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個(gè)作業(yè)組裝成，在處理中使用相同的系統(tǒng)軟件。批作業(yè)組成：用戶程序、數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書（作業(yè)控制語(yǔ)言）特征：（1）自動(dòng)性—順利情況下，磁帶上的作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)依次進(jìn)行（2）順序性—先調(diào)入內(nèi)存地作業(yè)先完成（3）單道性—內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行，當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常時(shí)，才調(diào)入其后繼程序進(jìn)入內(nèi)存執(zhí)行。多道批處理系統(tǒng)背景：60年代硬件兩重大發(fā)展：中斷技術(shù)和通道技術(shù)中斷技術(shù)中斷處理過程：中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)，中斷點(diǎn)（暫停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場(chǎng)），中斷處理例程，中斷返回（恢復(fù)中斷點(diǎn)地現(xiàn)場(chǎng)并繼續(xù)原有任務(wù)）。中斷分類：硬件中斷，包括硬件故障中斷、I/O中斷和外部中斷；軟件中斷，包括程序中斷（例如地址越界虛存管理中缺頁(yè)等）和訪管中斷（由訪管指令產(chǎn)生，程序員使用訪管指令向操作系統(tǒng)請(qǐng)求服務(wù)，產(chǎn)生一個(gè)中斷事件（自愿中斷），將操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為核心態(tài)）。通道（又稱I/O處理機(jī)）實(shí)際上是一臺(tái)功能單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的I/O處理機(jī)，它單獨(dú)與CPU，并直接控制外部設(shè)備，與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作。具有自己的指令，可編程實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的I/O處理。多道程序設(shè)計(jì)原理：在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡孪嗷ゴ┎宓剡\(yùn)行，共享CPU和外設(shè)等資源。優(yōu)點(diǎn)：（1）資源利用率高—CPU和內(nèi)存（2）系統(tǒng)吞吐量大—吞吐量指單位時(shí)間內(nèi)處理作業(yè)的個(gè)數(shù)缺點(diǎn)：（1）用戶交互性差—作業(yè)完成或出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互（2）作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)—短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間明顯增長(zhǎng)。核心技術(shù)：（1）作業(yè)調(diào)度—作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)。資源共享—-資源的競(jìng)爭(zhēng)與同步。內(nèi)存使用—由CPU執(zhí)行的程序提供足夠的內(nèi)存。內(nèi)存保護(hù)–系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)和各應(yīng)用程序存儲(chǔ)區(qū)不可沖突，即存儲(chǔ)保護(hù)。（5）文件非順序存放、隨機(jī)存取。出現(xiàn)的問題：（1）處理機(jī)管理問題—多道程序之間如何分配被它們共享的處理機(jī)。內(nèi)存管理問題—為每道程序分配必要的內(nèi)存空間。I/O設(shè)備管理問題—多種I/O設(shè)備供多道程序所共享。文件管理問題—系統(tǒng)中大量的程序和數(shù)據(jù)一文件形式存在，如何組織。（5）作業(yè)管理問題調(diào)度方式：CPU有兩種作業(yè)調(diào)度的方式，非搶占方式和搶占方式。分時(shí)系統(tǒng)1）用戶需求：（1）人機(jī)交互（2）共享主機(jī)（3）方便上機(jī)2）實(shí)現(xiàn)方法：（1）及時(shí)接收—系統(tǒng)配置多路卡，與各終端連結(jié)，每個(gè)終端配置一個(gè)緩沖區(qū)，暫時(shí)接受各用戶鍵入的命令和數(shù)據(jù)（2）及時(shí)處理—每個(gè)用戶鍵入命令后，能控制自己作業(yè)的運(yùn)行，并及時(shí)得到處理。各作業(yè)都必須在內(nèi)存中，在響應(yīng)周期內(nèi)都能得到執(zhí)行。方法：將響應(yīng)周期分為很短的時(shí)間片，每個(gè)作業(yè)占用一個(gè)時(shí)間片輪流執(zhí)行，不允許某個(gè)作業(yè)長(zhǎng)期占用處理機(jī)。3）特點(diǎn)：（1）多路性—多用戶同時(shí)操作使用計(jì)算機(jī)（2）獨(dú)占性—各終端用戶感覺到自己獨(dú)占了計(jì)算機(jī)（3）及時(shí)性—用戶請(qǐng)求在很短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)（4）交互性4）調(diào)進(jìn)和調(diào)出（實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)的重要方式）：（1）主存–后援存儲(chǔ)器方式–內(nèi)存只存放一個(gè)當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)，其他外存上（2）多流調(diào)入調(diào)出方式—主存中同時(shí)存在一個(gè)當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)和多個(gè)后備作業(yè)5）響應(yīng)時(shí)間：用戶發(fā)出一條值另到系統(tǒng)處理完這條指令并做出回答所需要的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間T與時(shí)間片q和用戶個(gè)數(shù)n之間的關(guān)系為T=nq。實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實(shí)時(shí)要求的領(lǐng)域，一般有特殊用途。

分類：（1）實(shí)時(shí)控制—宇航自動(dòng)控制、生產(chǎn)過程控制（2）實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)—飛機(jī)訂票、股票交易

特征：（1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理（2）中斷管理（3）系統(tǒng)容錯(cuò)管理（4）多重任務(wù)管理（5）系統(tǒng)生成能力網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在通常操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提供了網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)的組成：（1）主機(jī)（HOST）—組成網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立自主的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（2）子網(wǎng)—在主機(jī)之間傳遞信息，提供通信服務(wù)（3）協(xié)議功能：（1）高效可靠的網(wǎng)絡(luò)通信（2）對(duì)網(wǎng)絡(luò)中共享資源有效的管理（3）提供電子郵件文件傳輸?shù)确?wù)（4）網(wǎng)絡(luò)安全管理（5）提供互操作的能力分布式操作系統(tǒng)（1）以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含多臺(tái)處理機(jī)，每臺(tái)處理機(jī)完成一部分功能。

（2）功能：進(jìn)程遷移、分布式同步、任務(wù)分配、資源管理。

（3）特征：資源共享透明、自治性、高可靠性。多處理機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)：提高系統(tǒng)的吞吐量、提高系統(tǒng)可靠性。類型：（1）緊密耦合—各處理機(jī)之間通過快速總線或開關(guān)陣列相連，共享內(nèi)存，整體系統(tǒng)由一個(gè)統(tǒng)一的OS管理（一個(gè)OS核心）（2）松散耦合—各處理機(jī)帶有各自的存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備和操作系統(tǒng)，通過通道或通信線路相連，每個(gè)處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行OS（3）非對(duì)稱式多處理–主從模式，主處理器只有一個(gè)，運(yùn)行OS，管理整個(gè)系統(tǒng)的資源，為從處理器分配任務(wù)；從處理器可有多個(gè)，執(zhí)行應(yīng)用程序或I/O處理（4）對(duì)稱式多處理—OS交替在各個(gè)處理器上執(zhí)行，任務(wù)負(fù)載較為均衡，性能調(diào)節(jié)容易。嵌入式操作系統(tǒng)在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。

應(yīng)用有掌上電腦、工業(yè)設(shè)備、軍事設(shè)備等。2進(jìn)程和線程進(jìn)程和線程的定義進(jìn)程:進(jìn)程是操作系統(tǒng)中定義擁有資源和調(diào)度基本單位線程:線程是操作系統(tǒng)中調(diào)度的基本單位，線程不能擁有資源，可以看成輕量級(jí)的線程。操作系統(tǒng)中對(duì)進(jìn)程和線程的描述 進(jìn)程和線程實(shí)體描述進(jìn)程和線程均是OS中的運(yùn)行實(shí)體，都是調(diào)度和分派的基本單位。OS定義了PCB(Proccesscontrolblock，進(jìn)程控制塊)描述進(jìn)程實(shí)體。OS定義TCP(Threadcontrolblock，線程控制塊)描述線程實(shí)體OS在創(chuàng)建進(jìn)程/線程的時(shí)候必須創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的PCB以及TCP。PCB和TCP中存儲(chǔ)的內(nèi)容高低相似，本文僅描述PCB的具體內(nèi)容，TCP的相關(guān)的內(nèi)容可類比。PCB的主要內(nèi)容:(1)進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，主要用于操作系統(tǒng)以及用戶定位不同的進(jìn)程，是進(jìn)程的唯一標(biāo)識(shí)。(2)處理機(jī)狀態(tài)，在發(fā)生進(jìn)程切換時(shí)保存當(dāng)前處理器寄存器相關(guān)信息。處理機(jī)狀態(tài)信息也用于進(jìn)程調(diào)度時(shí)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)信息。(3)進(jìn)程調(diào)度信息，主要保存服務(wù)進(jìn)程調(diào)度的相同統(tǒng)計(jì)值。比如當(dāng)前進(jìn)程狀態(tài)，進(jìn)程優(yōu)先級(jí)，已執(zhí)行CPU時(shí)間，已等待CPU時(shí)間等信息，進(jìn)程阻塞原因等信息內(nèi)容。(4)進(jìn)程控制信息：主要保存進(jìn)程執(zhí)行相關(guān)的信息，比如:(1)程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址(2)同步和通信機(jī)制(3)進(jìn)程和線程運(yùn)行所需要的資源清單。進(jìn)程和線程的狀態(tài)描述創(chuàng)建狀態(tài):進(jìn)程剛創(chuàng)建的時(shí)候的狀態(tài)，此時(shí)操作系統(tǒng)剛給線程分配完P(guān)CB等空間。就緒狀態(tài):進(jìn)程創(chuàng)建完畢后，獲取了除CPU外，需要的所有資源。執(zhí)行狀態(tài):處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程獲取了CPU時(shí)間片后切換至執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程所獲時(shí)間片消耗完畢后，將切換至就緒狀態(tài)等待下一次時(shí)間片分配。阻塞狀態(tài):處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程，發(fā)生了某種使進(jìn)程暫停執(zhí)行的事件，放棄CPU的執(zhí)行時(shí)間，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。比如競(jìng)爭(zhēng)臨界資源，等待IO等事件。位于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，獲取到等待資源后，將進(jìn)入就緒狀態(tài)等待CPU分配時(shí)間片。進(jìn)程的多層調(diào)度從硬盤上的可執(zhí)行文件搖身轉(zhuǎn)為內(nèi)存中的執(zhí)行進(jìn)程涉及到如下兩層調(diào)度。(1)作業(yè)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度是將硬盤上執(zhí)行文件調(diào)度到內(nèi)存中成為進(jìn)程的過程，經(jīng)歷過該調(diào)度的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)等待分配CPU資源。當(dāng)有多個(gè)作業(yè)請(qǐng)求調(diào)度時(shí)，有許多經(jīng)典算法可以采用。先來先服務(wù)算法：按照作業(yè)請(qǐng)求調(diào)度的先后順序執(zhí)行調(diào)度。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：每個(gè)作業(yè)均存在優(yōu)先級(jí)，按照作業(yè)的的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。短作業(yè)有限算法：有限調(diào)度執(zhí)行時(shí)間比較短的作業(yè)。(2)進(jìn)程調(diào)度：進(jìn)程調(diào)度是指在就緒隊(duì)列中排隊(duì)的就緒進(jìn)程獲取CPU時(shí)間片資源的過程。進(jìn)程調(diào)度算法是需要介紹的重點(diǎn),從較大的方向上分，其主要包括兩類：基于優(yōu)先權(quán)調(diào)度的算法，該調(diào)度算法主要區(qū)分以下四種概念。靜態(tài)優(yōu)先權(quán)調(diào)度:靜態(tài)優(yōu)先權(quán)是指，該進(jìn)程所分配的優(yōu)先權(quán)在運(yùn)行的過程中是不可變化的，從始至終就是初始化的大小。動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)調(diào)度:進(jìn)程調(diào)度的優(yōu)先權(quán)可以依據(jù)運(yùn)行時(shí)的情況動(dòng)態(tài)改變。比如提高排隊(duì)時(shí)間過長(zhǎng)的進(jìn)程優(yōu)先權(quán)。這樣能避免饑餓進(jìn)程。搶占式調(diào)度:當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)若小于排隊(duì)進(jìn)程進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)，當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程將讓出CPU時(shí)間，退出執(zhí)行。非搶占式調(diào)度:當(dāng)前進(jìn)程一旦獲取了CPU執(zhí)行時(shí)間后，便不會(huì)因?yàn)閮?yōu)先權(quán)的原因讓出CPU時(shí)間。除非主動(dòng)結(jié)束執(zhí)行或者遇見異常情況。基于時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法基于時(shí)間片的調(diào)度算法將就緒進(jìn)程排列成一個(gè)隊(duì)列，為隊(duì)列中每個(gè)就緒進(jìn)程分配指定的時(shí)間片資源。若在規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)進(jìn)程未執(zhí)行完畢，那么該進(jìn)程將再次加入隊(duì)列的尾部等待下一次時(shí)間片資源分配。上述只是基于時(shí)間片的調(diào)度算法的一般思想，在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景下過于粗糙。下面介紹一種較為常用的多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法具有更大的實(shí)用價(jià)值。進(jìn)程/線程之間的同步機(jī)制進(jìn)程與進(jìn)程之間的同步，線程和線程之間的同步基本一致。本文以線程和線程之間的同步為例子介紹同步概念。線程同步的概念:線程之間并不是孤立的執(zhí)行，而是有序協(xié)作的向前推進(jìn)執(zhí)行。經(jīng)典的進(jìn)程同步問題:1.消費(fèi)者與生產(chǎn)者問題消費(fèi)者線程和生產(chǎn)者線程同時(shí)訪問一個(gè)總大小為N的臨界資源池。當(dāng)資源池中資源數(shù)目為N時(shí)，生產(chǎn)者線程不能往其中添加數(shù)據(jù)，此時(shí)臨界資源池記為滿狀態(tài)。當(dāng)資源池中資源數(shù)目為0時(shí)，消費(fèi)者線程不能從資源池中拿去數(shù)據(jù)，此時(shí)臨界資源池記為空狀態(tài)。在這樣一個(gè)場(chǎng)景下，需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)點(diǎn):（1）消費(fèi)者線程和生產(chǎn)者線程臨界資源池的訪問是互斥的。（2）臨界資源池在滿狀態(tài)時(shí)，生產(chǎn)者線程放入數(shù)據(jù)操作必須阻塞，等待資源池非滿狀態(tài)時(shí)才能繼續(xù)放入（3）臨界資源池空狀態(tài)時(shí)，消費(fèi)者線程取數(shù)據(jù)的操作必須阻塞，等待資源池非空狀態(tài)時(shí)才能繼續(xù)取出。解決方法:互斥鎖以及條件變量2.讀者-寫者問題對(duì)于一個(gè)文件，存在多個(gè)線程同時(shí)讀取以及多個(gè)線程同時(shí)寫入。在這種條件下要求對(duì)文件的訪問不能混亂。那么要求讀線程和寫線程必須滿足如下要求:讀線程和寫線程之間對(duì)文件的訪問是互斥的寫線程之間對(duì)文件的訪問是互斥的讀線程之間對(duì)文件的訪問不需要互斥解決方法:讀寫鎖如何避免進(jìn)程/線程之間的死鎖本節(jié)從線程的角度來介紹死鎖。線程死鎖是線程同步不當(dāng)導(dǎo)致的問題。本節(jié)將從線程死鎖原因，線程死鎖的必要條件，以及規(guī)避線程死鎖的三個(gè)方面來分析。1.線程死鎖產(chǎn)生的原因以哲學(xué)家就餐問題，來研究線程死鎖原因競(jìng)爭(zhēng)共享資源：哲學(xué)家所需要的筷子就是共享資源。倘若哲學(xué)家們存在一雙私有的筷子那么變不存在死鎖問題。進(jìn)程間推進(jìn)順序不合理:競(jìng)爭(zhēng)共享資源并不一會(huì)導(dǎo)致死鎖。在哲學(xué)家就餐問題中，如果能夠避免同時(shí)拿起同一側(cè)筷子這種運(yùn)行順序。那么不會(huì)發(fā)生死鎖。盡管進(jìn)程之間存在共享資源競(jìng)爭(zhēng)，但是只要推進(jìn)順序合理便能避免死鎖。2.線程死鎖產(chǎn)生的必要條件死鎖發(fā)生具有四個(gè)必備條件，當(dāng)能夠同時(shí)滿足這四個(gè)條件時(shí)，便有可能發(fā)生死鎖?；コ鈼l件，線程對(duì)資源的獲取具有排他性，在獲取資源的同時(shí)獨(dú)占資源，不允許其他線程訪問共享資源。請(qǐng)求和保持條件，線程在獲取某個(gè)資源之后，若再次申請(qǐng)或許新的資源但被阻塞時(shí)，并不釋放已占有的資源。不剝奪條件，線程獲取資源之后，不會(huì)因?yàn)槠渌€程競(jìng)爭(zhēng)而放棄資源。只能等到使用完畢或者主動(dòng)釋放。環(huán)路條件,當(dāng)線程之間發(fā)生死鎖的時(shí)候，必然存在一個(gè)線程->資源之間的環(huán)形鏈路。比如線程P1等到線程P2占用的某個(gè)資源，線程P2等待線程P1占用的謀和資源。3.避免死鎖的方法預(yù)防死鎖:通過破壞死鎖產(chǎn)生的必要條件，在預(yù)防死鎖的發(fā)生避免死鎖:在對(duì)線程分配資源的時(shí)候，計(jì)算該次資源分配之后線程是否處于安全狀態(tài)。處于安全狀態(tài)則分配資源，否則并不分配資源。避免死鎖具有代表性的算法便是銀行家算法。這是一種非常經(jīng)典的預(yù)防死鎖的方法檢測(cè)和接觸死鎖:該種方法在進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)資源的時(shí)候，并不任何預(yù)防或者避免死鎖的方法。它僅僅提供對(duì)死鎖的發(fā)現(xiàn)機(jī)制，在產(chǎn)生死鎖之后，通過殺死死鎖線程達(dá)到接觸死鎖的目的。線程/進(jìn)程之間的通信機(jī)制進(jìn)程/線程之間的同步其實(shí)是一種通信機(jī)制，但是同步機(jī)制只是一種小規(guī)模的數(shù)據(jù)通信。此處介紹的通信機(jī)制是應(yīng)對(duì)較大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸。此處以進(jìn)程之間的通信機(jī)制為例介紹共享存儲(chǔ)系統(tǒng)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)比較容易理解，就是多個(gè)進(jìn)程擁有共同存儲(chǔ)空間，通過修改/讀取同一塊區(qū)域達(dá)到通信目的。消息傳遞系統(tǒng)消息傳遞系統(tǒng)是指進(jìn)程之間通過格式化數(shù)據(jù)報(bào)文交換信息，最容易理解的便是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文交換。位于不同計(jì)算機(jī)上應(yīng)用的通信也是進(jìn)程通信的一種場(chǎng)景。管道通信所謂"管道"是指用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫進(jìn)程以實(shí)現(xiàn)他們之間的通信的一個(gè)文件。向管道(共享文件)輸入的發(fā)送進(jìn)程，以字符流的形式輸入大量數(shù)據(jù)到管道中，從管道接收輸出的接收進(jìn)程，將讀取大量數(shù)據(jù)。3內(nèi)存管理內(nèi)存管理的概念內(nèi)存管理的功能有：（1）內(nèi)存空間的分配與回收：由操作系統(tǒng)完成主存儲(chǔ)器空間的分配和管理。（2）地址轉(zhuǎn)換：在多道程序環(huán)境下，程序中的邏輯地址與內(nèi)存中的物理地址不可能一致，因此存儲(chǔ)管理必須提供地址變換功能，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理地址。（3）內(nèi)存空間的擴(kuò)充：利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)或自動(dòng)覆蓋技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。（4）存儲(chǔ)保護(hù)：保證各道作業(yè)在各自的存儲(chǔ)空間內(nèi)運(yùn)行，互不干擾。內(nèi)存和地址的分配方式邏輯地址空間與物理地址空間編譯后，每個(gè)模塊都是從0號(hào)單元開始編址，稱為該目標(biāo)模塊的相對(duì)地址（或邏輯地址）。當(dāng)鏈接程序?qū)⒏鱾€(gè)模塊鏈接成一個(gè)完整的可執(zhí)行目標(biāo)程序時(shí)，鏈接程序順序依次按各個(gè)模塊的相對(duì)地址構(gòu)成統(tǒng)一的從0號(hào)單元開始編址的邏輯地址空間。用戶程序和程序員只需知道邏輯地址，而內(nèi)存管理的具體機(jī)制則是完全透明的，它們只有系統(tǒng)編程人員才會(huì)涉及。不同進(jìn)程可以有相同的邏輯地址，因?yàn)檫@些相同的邏輯地址可以映射到主存的不同位置。物理地址空間是指內(nèi)存中物理單元的集合，它是地址轉(zhuǎn)換的最終地址，進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行指令和訪問數(shù)據(jù)最后都要通過物理地址從主存中存取。當(dāng)裝入程序?qū)⒖蓤?zhí)行代碼裝入內(nèi)存時(shí)，必須通過地址轉(zhuǎn)換將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，這個(gè)過程稱為地址重定位。內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存分配前，需要保護(hù)操作系統(tǒng)不受用戶進(jìn)程的影響，同時(shí)保護(hù)用戶進(jìn)程不受其他用戶進(jìn)程的影響。內(nèi)存保護(hù)可采取兩種方法：（1）在CPU中設(shè)置一對(duì)上、下限寄存器，存放用戶作業(yè)在主存中的下限和上限地址，每當(dāng)CPU要訪問一個(gè)地址時(shí)，分別和兩個(gè)寄存器的值相比，判斷有無(wú)越界。（2）通過采用重定位寄存器（或基址寄存器）和界地址寄存器（又稱限長(zhǎng)寄存器）來實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)。重定位寄存器含最小的物理地址值，界地址寄存器含邏輯地址的最大值。每個(gè)邏輯地址必須小于界地址寄存器；內(nèi)存管理機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)地將邏輯地址與界地址寄存器進(jìn)行比較，如果未發(fā)生地址越界，則加上重定位寄存器的值后映射成物理地址，再送交內(nèi)存單元。當(dāng)CPU調(diào)度程序選擇進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，派遣程序會(huì)初始化重定位寄存器和界址寄存器。每一個(gè)邏輯地址都需要與這兩個(gè)寄存器進(jìn)行核對(duì)，以保證操作系統(tǒng)和其他用戶程序及數(shù)據(jù)不被該進(jìn)程的運(yùn)行所影響。實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)需要重定位寄存器和界地址寄存器。重定位寄存器是用來“加”的，邏輯地址加上重定位寄存器中的值就能得到物理地址；界地址寄存器是用來“比”的，通過比較界地址寄存器中的值與重定位寄存器加上邏輯地址的值來判斷是否越界。連續(xù)分配管理方式連續(xù)分配管理方式，是指為一個(gè)用戶程序分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間。它主要包括單一連續(xù)分配、固定分區(qū)分配和動(dòng)態(tài)分區(qū)分配。1.單一連續(xù)分配內(nèi)存在此方式下分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，系統(tǒng)區(qū)僅提供給操作系統(tǒng)使用，通常在低地址部分；用戶區(qū)是為用戶提供的、除系統(tǒng)區(qū)之外的內(nèi)存空間。這種方式無(wú)需進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)。因?yàn)閮?nèi)存中永遠(yuǎn)只有一道程序，肯定不會(huì)因?yàn)樵L問越界而干擾其他程序。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、無(wú)外部碎片，可以采用覆蓋技術(shù)，不需要額外的技術(shù)支持。缺點(diǎn)是只能用于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)中，有內(nèi)部碎片，存儲(chǔ)器的利用率極低。2.固定分區(qū)分配固定分區(qū)分配是最簡(jiǎn)單的一種多道程序存儲(chǔ)管理方式，它將用戶內(nèi)存空間劃分為若干個(gè)固定大小的區(qū)域，每個(gè)分區(qū)只裝入一道作業(yè)。當(dāng)有空閑分區(qū)時(shí)，便可以再?gòu)耐獯娴暮髠渥鳂I(yè)隊(duì)列中，選擇適當(dāng)大小的作業(yè)裝入該分區(qū)，如此循環(huán)。固定分區(qū)分配在劃分分區(qū)時(shí)，有兩種不同的方法。1）分區(qū)大小相等：用于利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)去控制多個(gè)相同對(duì)象的場(chǎng)合，缺乏靈活性。2）分區(qū)大小不等：劃分為含有多個(gè)較小的分區(qū)、適量的中等分區(qū)及少量的大分區(qū)。為便于內(nèi)存分配，通常將分區(qū)按大小排隊(duì)，并為之建立一張分區(qū)說明表，其中各表項(xiàng)包括每個(gè)分區(qū)的起始地址、大小及狀態(tài)（是否已分配）。當(dāng)有用戶程序要裝入時(shí)，便檢索該表，以找到合適的分區(qū)給予分配并將其狀態(tài)置為“已分配”；未找到合適分區(qū)則拒絕為該用戶程序分配內(nèi)存。這種分區(qū)方式存在兩個(gè)問題：一是程序可能太大而放不進(jìn)任何一個(gè)分區(qū)中，這時(shí)用戶不得不使用覆蓋技術(shù)來使用內(nèi)存空間；二是主存利用率低，當(dāng)程序小于固定分區(qū)大小時(shí)，也占用了一個(gè)完整的內(nèi)存分區(qū)空間，這樣分區(qū)內(nèi)部有空間浪費(fèi)，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)部碎片。固定分區(qū)是可用于多道程序設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)分配，無(wú)外部碎片，但不能實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享一個(gè)主存區(qū)，所以存儲(chǔ)空間利用率低。固定分區(qū)分配很少用于現(xiàn)在通用的操作系統(tǒng)中，但在某些用于控制多個(gè)相同對(duì)象的控制系統(tǒng)中仍發(fā)揮著一定的作用。3.動(dòng)態(tài)分區(qū)分配動(dòng)態(tài)分區(qū)分配又稱為可變分區(qū)分配，是一種動(dòng)態(tài)劃分內(nèi)存的分區(qū)方法。這種分區(qū)方法不預(yù)先將內(nèi)存劃分，而是在進(jìn)程裝入內(nèi)存時(shí)，根據(jù)進(jìn)程的大小動(dòng)態(tài)地建立分區(qū)，并使分區(qū)的大小正好適合進(jìn)程的需要。因此系統(tǒng)中分區(qū)的大小和數(shù)量是可變的。動(dòng)態(tài)分區(qū)在開始分配時(shí)是很好的，但是之后會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存中出現(xiàn)許多小的內(nèi)存塊。隨著時(shí)間的推移，內(nèi)存中會(huì)產(chǎn)生越來越多的碎片，內(nèi)存的利用率隨之下降。這些小的內(nèi)存塊稱為外部碎片，指在所有分區(qū)外的存儲(chǔ)空間會(huì)變成越來越多的碎片，這與固定分區(qū)中的內(nèi)部碎片正好相對(duì)。克服外部碎片可以通過緊湊技術(shù)來解決，就是操作系統(tǒng)不時(shí)地對(duì)進(jìn)程進(jìn)行移動(dòng)和整理。但是這需要?jiǎng)討B(tài)重定位寄存器的支持，且相對(duì)費(fèi)時(shí)。在進(jìn)程裝入或換入主存時(shí)，如果內(nèi)存中有多個(gè)足夠大的空閑塊，操作系統(tǒng)必須確定分配哪個(gè)內(nèi)存塊給進(jìn)程使用，這就是動(dòng)態(tài)分區(qū)的分配策略，考慮以下幾種算法：1）首次適應(yīng)（FirstFIt）算法：空閑分區(qū)以地址遞增的次序鏈接。分配內(nèi)存時(shí)順序查找，找到大小能滿足要求的第一個(gè)空閑分區(qū)。2）最佳適應(yīng)（BestFit）算法：空閑分區(qū)按容量遞增形成分區(qū)鏈，找到第一個(gè)能滿足要求的空閑分區(qū)。3）最壞適應(yīng)（WorstFit）算法：又稱最大使用算法，空閑分區(qū)以容量遞減的次序鏈接。找到第一個(gè)能滿足要求的空閑分區(qū)，也就是挑選出最大的分區(qū)。4）鄰近適應(yīng)（NextFIt）算法：又稱循環(huán)首次適應(yīng)算法，由首次適應(yīng)算法演變而成。不同之處是分配內(nèi)存是從上次查找結(jié)束的位置開始繼續(xù)查找。在這幾種方法中，首次適應(yīng)算法不僅是最簡(jiǎn)單的，而且通常也是最好和最快的。在UNIX系統(tǒng)的最初版本中，就是使用首次適應(yīng)算法為進(jìn)程分配內(nèi)存空間，其中使用數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（而非鏈表）來實(shí)現(xiàn)。不過，首次適應(yīng)算法會(huì)使得內(nèi)存的低地址部分出現(xiàn)很多小的空閑分區(qū)，而每次分配查找時(shí)，都要經(jīng)過這些分區(qū)，因此也增加了查找的開銷。鄰近適應(yīng)算法試圖解決這個(gè)問題，但實(shí)際上，它常常會(huì)導(dǎo)致在內(nèi)存的末尾分配空間，分裂成小碎片。它通常比首次適應(yīng)算法的結(jié)果要差。最佳適應(yīng)算法雖然稱為“最佳”，但是性能通常很差，因?yàn)槊看巫罴训姆峙鋾?huì)留下很小的難以利用的內(nèi)存塊，它會(huì)產(chǎn)生最多的外部碎片。最壞適應(yīng)算法與最佳適應(yīng)算法相反，選擇最大的可用塊，這看起來最不容易產(chǎn)生碎片，但也卻把最大的連續(xù)內(nèi)存劃分開，會(huì)很快導(dǎo)致沒有可用的大的內(nèi)存塊，因此性能也非常差。非連續(xù)分配管理方式4文件系統(tǒng)（Linux）文件系統(tǒng)介紹文件系統(tǒng)是linux的一個(gè)十分基礎(chǔ)的知識(shí)，同時(shí)也是學(xué)習(xí)linux的必備知識(shí)。本文將站在一個(gè)較高的視圖來了解linux的文件系統(tǒng)，主要包括了linux磁盤分區(qū)和目錄、掛載基本原理、文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、軟鏈接硬鏈接、和常見目錄的介紹。相信有了這些知識(shí)對(duì)于深入的學(xué)習(xí)linux會(huì)有一定的幫助。Linux文件管理從用戶的層面介紹了Linux管理文件的方式。Linux有一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)來組織文件。樹的頂端為根目錄(/)，節(jié)點(diǎn)為目錄，而末端的葉子為包含數(shù)據(jù)的文件。當(dāng)我們給出一個(gè)文件的完整路徑時(shí)，我們從根目錄出發(fā)，經(jīng)過沿途各個(gè)目錄，最終到達(dá)文件。我們可以對(duì)文件進(jìn)行許多操作，比如打開和讀寫。在Linux文件管理相關(guān)命令中，我們看到許多對(duì)文件進(jìn)行操作的命令。它們大都基于對(duì)文件的打開和讀寫操作。Linux文件常見的目錄

Linux發(fā)行版本之間的差別很少，差別主要表現(xiàn)在系統(tǒng)管理的特色工具以及軟件包管理方式的不同。目錄結(jié)構(gòu)基本上都是一樣的。Windows的文件結(jié)構(gòu)是多個(gè)并列的樹狀結(jié)構(gòu)，最頂部的是不同的磁盤（分區(qū)），如：C，D，E，F(xiàn)等。Linux的文件結(jié)構(gòu)是單個(gè)的樹狀結(jié)構(gòu).可以用tree命令進(jìn)行展示（默認(rèn)沒有安裝）。

每次安裝系統(tǒng)的時(shí)候我們都會(huì)進(jìn)行分區(qū)，Linux下磁盤分區(qū)和目錄的關(guān)系如下：①任何一個(gè)分區(qū)都必須掛載到某個(gè)目錄上。②目錄是邏輯上的區(qū)分。分區(qū)是物理上的區(qū)分。③磁盤Linux分區(qū)都必須掛載到目錄樹中的某個(gè)具體的目錄上才能進(jìn)行讀寫操作。④根目錄是所有Linux的文件和目錄所在的地方，需要掛載上一個(gè)磁盤分區(qū)。以下是眾多版本的其中一種目錄和分區(qū)關(guān)系：Q:如何查看分區(qū)和目錄及使用情況fdisk查看硬盤分區(qū)表df：查看分區(qū)使用情況du:查看文件占用空間情況Q:

為什么要分區(qū)，如何分區(qū)可以把不同資料，分別放入不同分區(qū)中管理，降低風(fēng)險(xiǎn)。大硬盤搜索范圍大，效率低磁盤配合只能對(duì)分區(qū)做設(shè)定/home/var/usr/local經(jīng)常是單獨(dú)分區(qū)，因?yàn)榻?jīng)常會(huì)操作，容易產(chǎn)生碎片。文件類型Linux下面的文件類型主要有：普通文件：C語(yǔ)言元代碼、SHELL腳本、二進(jìn)制的可執(zhí)行文件等。分為純文本和二進(jìn)制。目錄文件：目錄，存儲(chǔ)文件的唯一地方。鏈接文件：指向同一個(gè)文件或目錄的的文件。特殊文件：與系統(tǒng)外設(shè)相關(guān)的，通常在/dev下面。分為塊設(shè)備和字符設(shè)備?？梢酝ㄟ^ls–l,file,stat幾個(gè)命令來查看文件的類型等相關(guān)信息。文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)Linux正統(tǒng)的文件系統(tǒng)(如ext2、ext3)一個(gè)文件由目錄項(xiàng)、inode和數(shù)據(jù)塊組成。目錄項(xiàng):包括文件名和inode節(jié)點(diǎn)號(hào)。Inode：又稱文件索引節(jié)點(diǎn)，是文件基本信息的存放地和數(shù)據(jù)塊指針存放地。數(shù)據(jù)塊：文件的具體內(nèi)容存放地。Linux正統(tǒng)的文件系統(tǒng)(如ext2、3等)將硬盤分區(qū)時(shí)會(huì)劃分出目錄塊、inodeTable區(qū)塊和datablock數(shù)據(jù)區(qū)域。一個(gè)文件由一個(gè)目錄項(xiàng)、inode和數(shù)據(jù)區(qū)域塊組成。Inode包含文件的屬性(如讀寫屬性、owner等，以及指向數(shù)據(jù)塊的指針)，數(shù)據(jù)區(qū)域塊則是文件內(nèi)容。當(dāng)查看某個(gè)文件時(shí)，會(huì)先從inodetable中查出文件屬性及數(shù)據(jù)存放點(diǎn)，再?gòu)臄?shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù)。文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)大概如下：其中目錄項(xiàng)的結(jié)構(gòu)如下(每個(gè)文件的目錄項(xiàng)存儲(chǔ)在改文件所屬目錄的文件內(nèi)容里)：其中文件的inode結(jié)構(gòu)如下（inode里所包含的文件信息可以通過statfilename查看得到）：inode簡(jiǎn)介上面我們看到了存儲(chǔ)設(shè)備的宏觀結(jié)構(gòu)。我們要深入到分區(qū)的結(jié)構(gòu)，特別是文件在分區(qū)中的存儲(chǔ)方式。文件是文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的分割單元。文件系統(tǒng)用目錄來組織文件，賦予文件以上下分級(jí)的結(jié)構(gòu)。在硬盤上實(shí)現(xiàn)這一分級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，是使用inode來虛擬普通文件和目錄文件對(duì)象。在Linux文件管理中，我們知道，一個(gè)文件除了自身的數(shù)據(jù)之外，還有一個(gè)附屬信息，即文件的元數(shù)據(jù)(metadata)。這個(gè)元數(shù)據(jù)用于記錄文件的許多信息，比如文件大小，擁有人，所屬的組，修改日期等等。元數(shù)據(jù)并不包含在文件的數(shù)據(jù)中，而是由操作系統(tǒng)維護(hù)的。事實(shí)上，這個(gè)所謂的元數(shù)據(jù)就包含在inode中。我們可以用$ls-lfilename來查看這些元數(shù)據(jù)。正如我們上面看到的，inode所占據(jù)的區(qū)域與數(shù)據(jù)塊的區(qū)域不同。每個(gè)inode有一個(gè)唯一的整數(shù)編號(hào)(inodenumber)表示。在保存元數(shù)據(jù)，inode是“文件”從抽象到具體的關(guān)鍵。正如上一節(jié)中提到的，inode儲(chǔ)存由一些指針，這些指針指向存儲(chǔ)設(shè)備中的一些數(shù)據(jù)塊，文件的內(nèi)容就儲(chǔ)存在這些數(shù)據(jù)塊中。當(dāng)Linux想要打開一個(gè)文件時(shí)，只需要找到文件對(duì)應(yīng)的inode，然后沿著指針，將所有的數(shù)據(jù)塊收集起來，就可以在內(nèi)存中組成一個(gè)文件的數(shù)據(jù)了。inode并不是組織文件的唯一方式。最簡(jiǎn)單的組織文件的方法，是把文件依次順序的放入存儲(chǔ)設(shè)備，DVD就采取了類似的方式。但果有刪除操作，刪除造成的空余空間夾雜在正常文件之間，很難利用和管理。復(fù)雜的方式可以使用鏈表，每個(gè)數(shù)據(jù)塊都有一個(gè)指針，指向?qū)儆谕晃募南乱粋€(gè)數(shù)據(jù)塊。這樣的好處是可以利用零散的空余空間，壞處是對(duì)文件的操作必須按照線性方式進(jìn)行。如果想隨機(jī)存取，那么必須遍歷鏈表，直到目標(biāo)位置。由于這一遍歷不是在內(nèi)存進(jìn)行，所以速度很慢。FAT系統(tǒng)是將上面鏈表的指針取出，放入到內(nèi)存的一個(gè)數(shù)組中。這樣，F(xiàn)AT可以根據(jù)內(nèi)存的索引，迅速的找到一個(gè)文件。這樣做的主要問題是，索引數(shù)組的大小與數(shù)據(jù)塊的總數(shù)相同。因此，存儲(chǔ)設(shè)備很大的話，這個(gè)索引數(shù)組會(huì)比較大。inode既可以充分利用空間，在內(nèi)存占據(jù)空間不與存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)，解決了上面的問題。但inode也有自己的問題。每個(gè)inode能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)塊指針總數(shù)是固定的。如果一個(gè)文件需要的數(shù)據(jù)塊超過這一總數(shù)，inode需要額外的空間來存儲(chǔ)多出來的指針。5設(shè)備管理設(shè)備管理在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了CPU和內(nèi)存之外，其余的大部分硬件設(shè)備稱為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括常用的I/O(輸入/輸出)設(shè)備、外存設(shè)備以及終端設(shè)備等。I/O設(shè)備類型按設(shè)備的所屬關(guān)系可以將I/O設(shè)備分為兩類：系統(tǒng)設(shè)備、用戶設(shè)備。按設(shè)備的信息交換的單位可將I/O設(shè)備分為兩類：字符設(shè)備、塊設(shè)備。

按設(shè)備