关于存储:软考架构师-chap2-计算机基础-存储管理

操作系统的概述

操作系统的定义：可能无效地组织和管理系统中的软硬件资源，正当的组织计算机系统工作流程，控制程序执行，并且向用户提供一个良好的接口。

操作系统的三个作用

1. 治理计算机中运行的程序和调配的各种软硬件资源
2. 交互界面
3. 提供高效率平台

• 四个特色
• 并发性
• 共享性
• 虚拟性
• 不确定性（异步性）

操作系统的性能

• 过程治理
• 文件治理
• 存储管理
• 设施治理
• 作业管理

操作系统的分类

• 批处理操作系统：单道批处理和多道批处理
• 分时操作系统：一个计算机系统与多个终端设备连贯，将 cpu 的工作工夫划分为多个短的工夫片，轮流为终端用户服务
• 实时操作系统：指的是计算机对于外来信息可能以足够块的速度进行解决，并且在被控对象容许的范畴内做出快速反应。实时系统对交互能力要求不高，但要求可靠性保障
• 网络操作系统：联网的计算机可能不便且无效的共享网络资源。三种：集中模式(中心化），c/s p2p
• 分布式：多个计算机组成的零碎，没有主次
• 微型计算机操作系统：win linux 都属于这一种。

嵌入式操作系统

1. 微型化
2. 可定制
3. 实时性
4. 可靠性
5. 易于移植

嵌入式零碎初始化过程依照自底向上，从硬件到软件的秩序顺次为：片级初始化 -> 板级初始化 -> 零碎初始化

过程治理

过程的组成：过程管制块 pcb（惟一标记）、程序（形容过程要做什么）、数据（寄存过程执行时所需的数据）

过程的状态 次要考三态图

1. 运行态：正在运行
2. 阻塞态：短少运行其余必要数据
3. 就绪态：短少计算资源（cpu）

前驱图

用来示意哪些工作能够并行执行，那些工作之间由程序关系，确定了工作间的并行关系，工作间的先后顺序。

过程资源图

用来示意过程和资源之间的调配和申请关系

• p 代表过程，R 代表资源
• 阻塞节点：某过程所申请的资源曾经全副调配结束，无奈获取所需资源，该过程被阻塞了无奈持续
• 非阻塞节点：某过程锁清秋的资源还有残余
• 当一个过程资源图中所有过程都是阻塞节点时，即陷入死锁状态。

过程的同步和互斥

• 临界资源：各过程间须要以互斥形式对其进行拜访的资源
• 临界区：过程中对临界资源施行操作的程序
• 互斥：某资源在同一时间只能由一个工作独自应用，应用时须要加锁
• 同步：多个工作能够并发执行，
• 互斥信号量：对临界资源采纳互斥拜访，应用互斥信号量后其余过程无法访问，初始值为 1
• 同步信号量：对共享资源访问控制，初值个别时共享资源的数量。

进程同步与互斥

• p 操作：申请资源 s = s-1（p(s)) 若 s >= 0 则执行 p 操作的过程继续执行；若 s <0，则置该过程为阻塞状态，并将其插入阻塞队列
• v 操作：开释资源，s= s+1 若 s >0 则执行 v 操作的过程继续执行；若 s <= 0 则从阻塞状态唤醒一个过程，并将其插入就绪队列，而后 v 操作能够继续执行。

经典问题：生产者和消费者问题

过程调度

1. 先来先服务
2. 工夫片轮转
3. 优先级调度
4. 多级反馈调度

死锁

当一个过程在期待永远不可能产生的工夫时，就会产生死锁。

必要条件：

1. 资源互斥
2. 每个过程占有资源并期待其余资源
3. 零碎不能剥夺过程资源
4. 过程资源图是一个环路

死锁产生后，解决措施时突破四大条件

1. 死锁预防：
2. 死锁防止：个别采纳银行家算法来防止，银行家算法就是计算出一条不会死锁的资源分配办法，才分配资源，否则不调配。
3. 死锁检测：容许死锁产生，但零碎定时运行一个检测死锁的程序，若检测到产生死锁，则解除
4. 死锁解除：强制剥夺资源或者撤销过程等
5. 死锁资源计算：

须要理解一下银行家算法
银行家算法的考法，1. 计算残余资源，2. 判断过程执行序列。

线程

传统的过程有两个属性：可领有资源的独立单位；可独立调度和调配的根本单位。

• 起因：过程开销大，线程开销小

线程时过程中的一个实体，是被零碎独立调配和调度的根本单位。线程基本上不领有资源，只领有一点运行中必不可少的资源，它能够同属于一个过程的其余线程共享过程所领有的全副资源。

（tcb：线程管制块）

分区存储管理

所谓分区存储就是整村，将某过程运行所须要的内存整体一起调配给他

• 固定分区：动态分区办法，将主存分为若干个固定的分区，将要运行的作业拆卸进去。
• 可变分区：动静分区
• 可重定位分区
  应该能够简略形象为动态变量，malloc realloc

分区算法：

1. 首次适应：每次都从头找
2. 最佳适应：内存块从大到小排序，找到适合的，宰割一块
3. 最差适应
4. 循环首次适配

分页存储管理

逻辑页分为页号和页内地址，页内地址就是物理的偏移地址，而页号与物理块号并非依照程序对应，须要查问页表，能力得悉页号对应的物理快好，再利用物理块号加上便宜地址能力得出真正运行时的物理地址
长处：利用率高，碎片小，调配及治理简略
毛病：减少了零碎开销，可能产生抖动景象。

页面置换算法

• 最优算法：实践算法，抉择将来最长工夫内不被拜访的页面置换，这样能够保障将来执行的都是马上要拜访的
• 先进先出：会产生抖动景象
• 最近起码应用：不会产生抖动景象
• 淘汰准则：优先淘汰最近未拜访的

块表

• 一块最小容量的相连的存储器，由疾速存储器组成，按内容拜访，速度快，并且能够从硬件上保障按内容并行查找，个别用来寄存以后拜访最频繁的多数流动页面的页号
• 块表存在 cache 中

分段存储管理

• 将过程空间分为一个个段，每段有段号和段内地址，与分页式存储不同的是，每段物理带下不同，分段是依据逻辑整体分段的，因而段表与页表的内容不同，页表中间接是逻辑页号对应物理块号，段表有段长和基址两个属性，能力去欸的那个一个逻辑段在物理段中的地位。

段页存储

对过程空间先分段在分页，
长处：空间节约小，存储共享容易，存储保护容易，能动静链接
毛病：简单，性能低。

设施治理

设施是计算机系统与外界交互的工具，具体负责计算机与内部的输入输入工作

分类

• 按数据组织分类：块设施，字符设施
• 性能：输出 输入 存储 网络 供电
• 资源分配角度：独占 共享 虚构
• 数据传输速率：低速设施 中速 高速

设施治理的工作：保障多到程序环境下，多个过程应用时，调配治理设施

IO

个别的硬件与零碎解决的交互逻辑 硬件 -> 中断 -> 驱动 -> 缓存 -> 用户

设施治理技术

spooling 技术（外围设备联机操作技术）就是在外设上建设两个数据缓冲区，别离称为输出井和输入井，这样无论多少过程都能够用这一台打印机都能够应用
说白了就是建设工作队列

文件治理

文件是具备符号名的、在逻辑上具备残缺意义的一组相干信息项的汇合

信息项：形成文件内容的根本单位，能够是一个字符，也能够是一个记录

文件管理系统：操作系统中实现对立治理的一组软件和相干数据的汇合，专本负责管理和存取文件信息的软件机构

文件的构造

• 逻辑构造

  • 有构造的记录式文件
  • 无构造的流式文件

• 物理构造

  • 间断构造：间断存储
  • 链接构造：不是软连贯之类的，是链表的模式存储
  • 索引构造：将多级上的间断文件信息
  • 多个物理块的索引表：由文件创建时由零碎创立

索引文件构造

索引中有间接索引 间接指向物理盘块
间接地址索引：多级，一级间接地址索引能够指向 1024 个间接索引
二级间接地址索引能够指向一级间接地址索引

文件目录

文件管制块中蕴含三六信息：

• 根本信息类、存取控制信息类、存取控制信息、应用信息类
• 文件管制块的有序联合称为文件目录
• 相对路径
• 绝对路径
• 全文件名 = 绝对路径 + 文件名

文件存储空间治理

文件存储办法指的是 读写文件存储器上的一个物理块的办法，有程序 随机存储

治理办法

1. 闲暇区表
2. 位示图，外存上建设一张位示图，记录文件存储器的应用状况，每一位对应文件存储器上的一个物理块，取 0 /1 标识闲暇 / 占用
3. 闲暇块链
4. 成组链接法