目錄
? ? 1 概述
? ? 2 系統(tǒng)調(diào)用
? ??3 進(jìn)程
? ? 4 內(nèi)存管理
? ? 5 文件系統(tǒng)
? ? 6 I/O
1 概述
1.1 操作系統(tǒng)概念
? ? 程序員不會(huì)直接和硬件打交道，故在硬件的基礎(chǔ)之上，計(jì)算機(jī)安裝了一層軟件，這層軟件能夠通過(guò)響應(yīng)用戶輸入的指令達(dá)到控制硬件的效果，從而滿足用戶需求，這種軟件稱之為操作系統(tǒng) Operating System（OS）。
? ? 常見(jiàn)的操作系統(tǒng)有Windows、Linux、FreeBSD或OS X，這種帶有圖形界面的操作系統(tǒng)統(tǒng)稱為圖形用戶界面（Graphical User Interface, GUI）；而基于文本、命令行的通常稱為Shell。兩者統(tǒng)稱為用戶接口程序。
1.2 系統(tǒng)中進(jìn)程的分類
（1）內(nèi)核態(tài)：軟件中最基礎(chǔ)的部分是操作系統(tǒng)，運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。
（2）用戶態(tài)：運(yùn)行用戶接口程序，可以直接讀取用戶程序的數(shù)據(jù)。
? ? 為了獲取操作系統(tǒng)的服務(wù)，用戶程序必須使用系統(tǒng)調(diào)用（System Call），系統(tǒng)調(diào)用會(huì)轉(zhuǎn)換為內(nèi)核態(tài)并且調(diào)用操作系統(tǒng)。
1.3 內(nèi)核
（1）內(nèi)核（Kernel）是操作系統(tǒng)的核心部分。它負(fù)責(zé)系統(tǒng)的內(nèi)存管理，硬件設(shè)備管理，文件系統(tǒng)管理以及應(yīng)用程序管理。
（2）對(duì)比CPU
· CPU（Central Processing Unit）中央處理器
? ? · 組成：控制器+運(yùn)算器
? ? · 根本任務(wù)：執(zhí)行命令
· Kernel內(nèi)核
? ? · 連接應(yīng)用程序和硬件的橋梁
? ? · 決定者操作系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性
1.4 計(jì)算機(jī)硬件
（1）計(jì)算機(jī)組件
（2）存儲(chǔ)器
? ? ? ? 存儲(chǔ)器系統(tǒng)采用一種分層次的結(jié)構(gòu)。頂層的存儲(chǔ)器速度最快，但容量小，成本高。層級(jí)機(jī)構(gòu)越向下，其訪問(wèn)效率越低，容量越大，造價(jià)越便宜。
· 主存通常是RAM，是內(nèi)存系統(tǒng)的主力軍。
· 還有一些ROM（不可重復(fù)寫(xiě)）用于啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的引導(dǎo)加載模塊（bootstrap）。
· 需要注意，固態(tài)硬盤（SSD）不是磁盤，固態(tài)硬盤并沒(méi)有可以移動(dòng)的部分，外形也不像唱片，并且數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器（閃存，一種可重復(fù)擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器，速度介于RAM和磁盤之間）中，與磁盤唯一的相似之處就是它也存儲(chǔ)了大量即使在電源關(guān)閉也不會(huì)丟失的數(shù)據(jù)。
· 一些地址的轉(zhuǎn)換和管理，由CPU中的存儲(chǔ)器管理單元MMU部件完成
· 從一個(gè)程序切換到另一個(gè)程序的機(jī)制稱為上下文切換。
（3）計(jì)算機(jī)啟動(dòng)過(guò)程
· BIOS開(kāi)啟?；据斎胼敵鱿到y(tǒng)（Basic Input Output System, BIOS），有底層IO軟件，包括讀鍵盤、寫(xiě)屏幕、磁盤IO以及其他過(guò)程，被保存在閃存中，非易失性。它會(huì)檢測(cè)所安裝的RAM的數(shù)量，鍵盤和其他基礎(chǔ)設(shè)備是否已安裝并且正常響應(yīng)。
· BIOS掃描PCIe和PCI總線并找出連在上面的所有設(shè)備。
· BIOS通過(guò)嘗試存儲(chǔ)在CMOS存儲(chǔ)器中的設(shè)備清單嘗試啟動(dòng)設(shè)備。用戶可以在系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入BIOS配置程序，對(duì)設(shè)備清單進(jìn)行修改。
· 判斷是否能夠從外部CD-ROM和USB驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)，如果沒(méi)有外部驅(qū)動(dòng)，則從硬盤啟動(dòng)。
· 將boots設(shè)備中的第一個(gè)扇區(qū)讀入內(nèi)存并執(zhí)行。該扇區(qū)包含一個(gè)程序，程序通常在引導(dǎo)扇區(qū)末尾檢查分區(qū)表以確定哪個(gè)分區(qū)處于活動(dòng)狀態(tài)。
· 從分區(qū)讀入第二個(gè)啟動(dòng)加載程序，該加載器從活動(dòng)分區(qū)中讀取操作系統(tǒng)并啟動(dòng)它。
· 操作系統(tǒng)詢問(wèn)BIOS獲取配置信息。對(duì)每個(gè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，會(huì)檢查是否有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如果沒(méi)有，則會(huì)向用戶詢問(wèn)是否需要插入CD-ROM驅(qū)動(dòng)或者從Internet上下載。
· 有了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)把它們加載到內(nèi)核中，然后初始化表，創(chuàng)建所需的后臺(tái)進(jìn)程，并啟動(dòng)登錄程序或GUI。
1.5 操作系統(tǒng)擴(kuò)展
? ? 除了在計(jì)算機(jī)初啟動(dòng)時(shí)所裝載的核心操作系統(tǒng)外，許多操作系統(tǒng)還支持額外的擴(kuò)展。比如IO設(shè)備驅(qū)動(dòng)和文件系統(tǒng)，這些部件可以按需裝載。
? ? 在UNIX中叫做共享庫(kù)（shared library）；Windows中叫動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Dynamic Link Library? ）DLL，擴(kuò)展名為.dll，在C:\Windows\system32目錄下存在1000多個(gè)DLL文件。
2 系統(tǒng)調(diào)用
2.1 概念
? ? 運(yùn)行用戶程序時(shí)，凡是與內(nèi)核態(tài)級(jí)別的資源有關(guān)的操作（若文件管理、進(jìn)程控制、內(nèi)存管理等），都必須通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用方式向操作系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求，并由操作系統(tǒng)代為完成。
? ? 只有通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用才能進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。
2.2 示例
count = read(fd,buffer,nbytes);
2.3 分類
????可移植操作系統(tǒng)接口(POSIX)常用系統(tǒng)調(diào)用（UNIX）如下。 pid是系統(tǒng)進(jìn)程id，fd是文件描述符，n是字節(jié)數(shù)，position是在文件中的偏移量，seconds是流逝時(shí)間。
2.3.1 進(jìn)程管理
2.3.2 文件管理
2.3.3 目錄和文件系統(tǒng)管理
2.3.4 其他
2.4 Windows系統(tǒng)調(diào)用
? ? Windows中，函數(shù)庫(kù)的調(diào)用和實(shí)際的系統(tǒng)調(diào)用幾乎是不對(duì)應(yīng)的。微軟定義了一系列過(guò)程，稱為Win32應(yīng)用編程接口（Application Programming Interface），即Win32 API。
3 進(jìn)程
3.1 進(jìn)程概念
（1）進(jìn)程的本質(zhì)就是操作系統(tǒng)執(zhí)行的一個(gè)程序。
（2）地址空間：進(jìn)程在其中可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作和記錄相關(guān)的資源級(jí)，包括程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針、打開(kāi)文件的清單等
（3）操作系統(tǒng)中存在一個(gè)進(jìn)程表，是數(shù)組或者鏈表結(jié)構(gòu)，當(dāng)前存在的每個(gè)進(jìn)程都要占據(jù)其中的一項(xiàng)。故一個(gè)掛起的進(jìn)程包括：進(jìn)程的地址空間和對(duì)應(yīng)的進(jìn)程表項(xiàng)。
3.2 對(duì)比線程
（1）線程是進(jìn)程的更小運(yùn)行單位，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程
（2）進(jìn)程基本上獨(dú)立，但線程會(huì)相互影響
（3）線程開(kāi)銷小，但不利于資源的管理和保護(hù)，但進(jìn)程相反。
3.3 進(jìn)程生命周期
（1）創(chuàng)建狀態(tài)（new）
? ? · 進(jìn)程正在被創(chuàng)建，尚未到就緒狀態(tài)。
? ? · 創(chuàng)建進(jìn)程的方式：
? ? ? ? · 系統(tǒng)初始化
? ? ? ? · 正在運(yùn)行的程序執(zhí)行了創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用（fork）
? ? ? ? · 用戶請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程
? ? ? ? · 初始化一個(gè)批處理工作
（2）就緒狀態(tài)（ready）
? ? 獲得了除CPU時(shí)間片外的一切資源
（3）運(yùn)行（running）
? ? 進(jìn)程在處理器中運(yùn)行
（4）阻塞（waiting）
? ? 進(jìn)程正在等待某一事件而暫停運(yùn)行，如等待某資源為可用或等待IO操作完成。即使處理器空閑，進(jìn)程也不能運(yùn)行。
（5）終止（terminated）
? ? ·進(jìn)程從系統(tǒng)中消失。
? ? · 常見(jiàn)終止情況：
? ? ? ? · 正常退出（自愿）
? ? ? ? · 錯(cuò)誤退出（自愿）
? ? ? ? · 嚴(yán)重錯(cuò)誤（非自愿）
? ? ? ? · 被其他進(jìn)程殺死（非自愿）
3.4 進(jìn)程通信方式
（1）管道/匿名管道(Pipes)?：
? ? · 用于具有親緣關(guān)系的父子進(jìn)程間或者兄弟進(jìn)程之間的通信。
? ? · 半雙工通信：數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)
? ? · 數(shù)據(jù)從管道一端寫(xiě)入，從另一端寫(xiě)出
（2）有名管道(Names Pipes)?:?
? ? · 有名管道嚴(yán)格遵循**先進(jìn)先出(first in first out)**。
? ? · 名字存在內(nèi)存中，內(nèi)容以磁盤文件方式存儲(chǔ)。
? ? · 有名管道以磁盤文件的方式存在，可以實(shí)現(xiàn)本機(jī)任意兩個(gè)進(jìn)程通信。
（3）信號(hào)(Signal)?：
? ? · 信號(hào)是一種比較復(fù)雜的通信方式，用于通知接收進(jìn)程某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生。
? ? · 信號(hào)可以在任何時(shí)候發(fā)給某一進(jìn)程，無(wú)需知道該進(jìn)程的狀態(tài)
? ? · 進(jìn)程未處于執(zhí)行狀態(tài)，則信號(hào)由內(nèi)核保存，知道進(jìn)程回復(fù)
? ? · 信號(hào)是軟件層次上對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，是異步通信。
（4）消息隊(duì)列(Message Queuing)?：
? ? · 消息隊(duì)列是消息的鏈表,具有特定的格式,存放在內(nèi)存中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。
? ? · 管道和消息隊(duì)列的通信數(shù)據(jù)都是先進(jìn)先出的原則。
? ? · 消息隊(duì)列存放在內(nèi)核中，只有在內(nèi)核重啟(即，操作系統(tǒng)重啟)或者顯示地刪除一個(gè)消息隊(duì)列時(shí)，該消息隊(duì)列才會(huì)被真正的刪除。
? ? · 消息隊(duì)列可以實(shí)現(xiàn)消息的隨機(jī)查詢,消息不一定要以先進(jìn)先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取.比 FIFO 更有優(yōu)勢(shì)。
（5）信號(hào)量(Semaphores)?：信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于多進(jìn)程對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，信號(hào)量的意圖在于進(jìn)程間同步。這種通信方式主要用于解決與同步相關(guān)的問(wèn)題并避免競(jìng)爭(zhēng)條件。
（6）共享內(nèi)存(Shared memory)?：
? ? · 使得多個(gè)進(jìn)程可以訪問(wèn)同一塊內(nèi)存空間，不同進(jìn)程可以及時(shí)看到對(duì)方進(jìn)程中對(duì)共享內(nèi)存中數(shù)據(jù)的更新。
? ? · 內(nèi)核中專門有一塊內(nèi)存區(qū)，由需要訪問(wèn)的進(jìn)程將其映射到自己的私有空間。
（7）套接字(Sockets)?:?
? ? 此方法主要用于在客戶端和服務(wù)器之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
3.5 進(jìn)程調(diào)度算法
????為了確定首先執(zhí)行哪個(gè)進(jìn)程以及最后執(zhí)行哪個(gè)進(jìn)程以實(shí)現(xiàn)最大 CPU 利用率，計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)定義了一些算法，它們是：
（1）先到先服務(wù)(FCFS)調(diào)度算法?: 從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)最先進(jìn)入該隊(duì)列的進(jìn)程為之分配資源，使它立即執(zhí)行并一直執(zhí)行到完成或發(fā)生某事件而被阻塞放棄占用 CPU 時(shí)再重新調(diào)度。
（2）短作業(yè)優(yōu)先(SJF)的調(diào)度算法?: 從就緒隊(duì)列中選出一個(gè)估計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程為之分配資源，使它立即執(zhí)行并一直執(zhí)行到完成或發(fā)生某事件而被阻塞放棄占用 CPU 時(shí)再重新調(diào)度。
（3）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法?: 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度是一種最古老，最簡(jiǎn)單，最公平且使用最廣的算法，又稱 RR(Round robin)調(diào)度。每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱作它的時(shí)間片，即該進(jìn)程允許運(yùn)行的時(shí)間。
（4）多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法?：前面介紹的幾種進(jìn)程調(diào)度的算法都有一定的局限性。如短進(jìn)程優(yōu)先的調(diào)度算法，僅照顧了短進(jìn)程而忽略了長(zhǎng)進(jìn)程?。多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法既能使高優(yōu)先級(jí)的作業(yè)得到響應(yīng)又能使短作業(yè)（進(jìn)程）迅速完成。，因而它是目前被公認(rèn)的一種較好的進(jìn)程調(diào)度算法，UNIX 操作系統(tǒng)采取的便是這種調(diào)度算法。
（5）優(yōu)先級(jí)調(diào)度?： 為每個(gè)流程分配優(yōu)先級(jí)，首先執(zhí)行具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，依此類推。具有相同優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程以 FCFS 方式執(zhí)行。可以根據(jù)內(nèi)存要求，時(shí)間要求或任何其他資源要求來(lái)確定優(yōu)先級(jí)。
4 內(nèi)存管理
4.1 概念
????操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收（malloc 函數(shù)：申請(qǐng)內(nèi)存，free 函數(shù)：釋放內(nèi)存），另外地址轉(zhuǎn)換也就是將邏輯地址轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理地址等功能也是操作系統(tǒng)內(nèi)存管理做的事情。
4.2 內(nèi)存管理方式
（1）塊式管理?： 遠(yuǎn)古時(shí)代的計(jì)算機(jī)操系統(tǒng)的內(nèi)存管理方式。將內(nèi)存分為幾個(gè)固定大小的塊，每個(gè)塊中只包含一個(gè)進(jìn)程。如果程序運(yùn)行需要內(nèi)存的話，操作系統(tǒng)就分配給它一塊，如果程序運(yùn)行只需要很小的空間的話，分配的這塊內(nèi)存很大一部分幾乎被浪費(fèi)了。這些在每個(gè)塊中未被利用的空間，我們稱之為碎片。
（2）頁(yè)式管理?：把主存分為大小相等且固定的一頁(yè)一頁(yè)的形式，頁(yè)較小，相對(duì)相比于塊式管理的劃分力度更大，提高了內(nèi)存利用率，減少了碎片。頁(yè)式管理通過(guò)頁(yè)表對(duì)應(yīng)邏輯地址和物理地址。
（3）段式管理?： 頁(yè)式管理雖然提高了內(nèi)存利用率，但是頁(yè)式管理其中的頁(yè)實(shí)際并無(wú)任何實(shí)際意義。 段式管理把主存分為一段段的，每一段的空間又要比一頁(yè)的空間小很多 。但是，最重要的是段是有實(shí)際意義的，每個(gè)段定義了一組邏輯信息，例如,有主程序段 MAIN、子程序段 X、數(shù)據(jù)段 D 及棧段 S 等。 段式管理通過(guò)段表對(duì)應(yīng)邏輯地址和物理地址。
（4）段頁(yè)式管理機(jī)制?。段頁(yè)式管理機(jī)制結(jié)合了段式管理和頁(yè)式管理的優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)段頁(yè)式管理機(jī)制就是把主存先分成若干段，每個(gè)段又分成若干頁(yè)，也就是說(shuō)?段頁(yè)式管理機(jī)制?中段與段之間以及段的內(nèi)部的都是離散的。
4.3 快表和多級(jí)頁(yè)表
????在分頁(yè)內(nèi)存管理中，很重要的兩點(diǎn)是：
· 虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換要快。
· 解決虛擬地址空間大，頁(yè)表也會(huì)很大的問(wèn)題。
4.3.1 快表
（1）目的
? ? 加快虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換速度。
（2）實(shí)現(xiàn)
? ??把快表理解為一種特殊的高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），其中的內(nèi)容是頁(yè)表的一部分或者全部?jī)?nèi)容。作為頁(yè)表的 Cache，它的作用與頁(yè)表相似，但是提高了訪問(wèn)速率。由于采用頁(yè)表做地址轉(zhuǎn)換，讀寫(xiě)內(nèi)存數(shù)據(jù)時(shí) CPU 要訪問(wèn)兩次主存。有了快表，有時(shí)只要訪問(wèn)一次高速緩沖存儲(chǔ)器，一次主存，這樣可加速查找并提高指令執(zhí)行速度。
4.3.2 多級(jí)頁(yè)表
（1）目的
? ??為了避免把全部頁(yè)表一直放在內(nèi)存中占用過(guò)多空間，特別是那些根本就不需要的頁(yè)表就不需要保留在內(nèi)存中。多級(jí)頁(yè)表屬于時(shí)間換空間的典型場(chǎng)景
（2）實(shí)現(xiàn)
? ? 頁(yè)表一定要覆蓋全部虛擬空間，使用多級(jí)可以減少第一級(jí)頁(yè)表大小。
（3）原理
? ? · 二級(jí)頁(yè)表可以不存在。很多一級(jí)頁(yè)表項(xiàng)沒(méi)有用，則不用創(chuàng)建二級(jí)頁(yè)表。
? ? · 二級(jí)頁(yè)表可以不在主存。某一時(shí)刻只有很少一部分二級(jí)頁(yè)表在使用，可以把二級(jí)頁(yè)表放在磁盤，在需要時(shí)調(diào)入到內(nèi)存。
4.4 虛擬地址空間
4.4.1 概念
? ??邏輯地址（虛擬地址）和物理地址
????我們編程一般只有可能和邏輯地址打交道，比如在 C 語(yǔ)言中，指針里面存儲(chǔ)的數(shù)值就可以理解成為內(nèi)存里的一個(gè)地址，這個(gè)地址也就是我們說(shuō)的邏輯地址，邏輯地址由操作系統(tǒng)決定。物理地址指的是真實(shí)物理內(nèi)存中地址，更具體一點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是內(nèi)存地址寄存器中的地址。物理地址是內(nèi)存單元真正的地址。
4.4.2 CPU尋址
????現(xiàn)代處理器使用的是一種稱為?虛擬尋址(Virtual Addressing)?的尋址方式。使用虛擬尋址，CPU 需要將虛擬地址翻譯成物理地址，這樣才能訪問(wèn)到真實(shí)的物理內(nèi)存。?實(shí)際上完成虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址轉(zhuǎn)換的硬件是 CPU 中含有一個(gè)被稱為?內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit, MMU）?的硬件。
4.4.3 目的
? ??如果直接把物理地址暴露出來(lái)的話會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題，比如可能對(duì)操作系統(tǒng)造成傷害以及給同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序造成困難。
4.4.4 優(yōu)勢(shì)
（1）程序可以使用一系列相鄰的虛擬地址來(lái)訪問(wèn)物理內(nèi)存中不相鄰的大內(nèi)存緩沖區(qū)。
（2）程序可以使用一系列虛擬地址來(lái)訪問(wèn)大于可用物理內(nèi)存的內(nèi)存緩沖區(qū)。當(dāng)物理內(nèi)存的供應(yīng)量變小時(shí)，內(nèi)存管理器會(huì)將物理內(nèi)存頁(yè)（通常大小為 4 KB）保存到磁盤文件。數(shù)據(jù)或代碼頁(yè)會(huì)根據(jù)需要在物理內(nèi)存與磁盤之間移動(dòng)。
（3）不同進(jìn)程使用的虛擬地址彼此隔離。一個(gè)進(jìn)程中的代碼無(wú)法更改正在由另一進(jìn)程或操作系統(tǒng)使用的物理內(nèi)存。
4.5 虛擬內(nèi)存
4.5.1 概念
? ??虛擬內(nèi)存為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)一致的、私有的地址空間，它讓每個(gè)進(jìn)程產(chǎn)生了一種有一片連續(xù)完整的內(nèi)存空間的錯(cuò)覺(jué)。這樣會(huì)更加有效地管理內(nèi)存并減少出錯(cuò)。
? ??虛擬內(nèi)存的重要意義是它定義了一個(gè)連續(xù)的虛擬地址空間，并且?把內(nèi)存擴(kuò)展到硬盤空間。
4.5.2 局部性原理（2-8原則）
4.5.2.1 概述
? ??我們的程序在執(zhí)行的時(shí)候往往呈現(xiàn)局部性規(guī)律，也就是說(shuō)在某個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)，程序執(zhí)行局限于某一小部分，程序訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)區(qū)域。
4.5.2.2 表現(xiàn)
（1）時(shí)間局部性?：如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，不久以后該指令可能再次執(zhí)行；如果某數(shù)據(jù)被訪問(wèn)過(guò)，不久以后該數(shù)據(jù)可能再次被訪問(wèn)。產(chǎn)生時(shí)間局部性的典型原因，是由于在程序中存在著大量的循環(huán)操作。
（2）空間局部性?：一旦程序訪問(wèn)了某個(gè)存儲(chǔ)單元，在不久之后，其附近的存儲(chǔ)單元也將被訪問(wèn)，即程序在一段時(shí)間內(nèi)所訪問(wèn)的地址，可能集中在一定的范圍之內(nèi)，這是因?yàn)橹噶钔ǔＪ琼樞虼娣拧㈨樞驁?zhí)行的，數(shù)據(jù)也一般是以向量、數(shù)組、表等形式簇聚存儲(chǔ)的。
4.5.3 虛擬存儲(chǔ)器
（1）基于局部性原理，在程序裝入時(shí)，可以將程序的一部分裝入內(nèi)存，而將其他部分留在外存，就可以啟動(dòng)程序執(zhí)行。
（2）在程序執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)所訪問(wèn)的信息不在內(nèi)存時(shí)，由操作系統(tǒng)將所需要的部分調(diào)入內(nèi)存，然后繼續(xù)執(zhí)行程序。另一方面，操作系統(tǒng)將內(nèi)存中暫時(shí)不使用的內(nèi)容換到外存上，從而騰出空間存放將要調(diào)入內(nèi)存的信息。這樣，計(jì)算機(jī)好像為用戶提供了一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大的多的存儲(chǔ)器——虛擬存儲(chǔ)器。
4.5.4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)
? ??虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)需要建立在離散分配的內(nèi)存管理方式的基礎(chǔ)上。?虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)有以下三種方式：
（1）請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理?：建立在分頁(yè)管理之上，為了支持虛擬存儲(chǔ)器功能而增加了請(qǐng)求調(diào)頁(yè)功能和頁(yè)面置換功能。請(qǐng)求分頁(yè)是目前最常用的一種實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器的方法。請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，在作業(yè)開(kāi)始運(yùn)行之前，僅裝入當(dāng)前要執(zhí)行的部分段即可運(yùn)行。假如在作業(yè)運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)要訪問(wèn)的頁(yè)面不在內(nèi)存，則由處理器通知操作系統(tǒng)按照對(duì)應(yīng)的頁(yè)面置換算法將相應(yīng)的頁(yè)面調(diào)入到主存，同時(shí)操作系統(tǒng)也可以將暫時(shí)不用的頁(yè)面置換到外存中。
（2）請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理?：建立在分段存儲(chǔ)管理之上，增加了請(qǐng)求調(diào)段功能、分段置換功能。請(qǐng)求分段儲(chǔ)存管理方式就如同請(qǐng)求分頁(yè)儲(chǔ)存管理方式一樣，在作業(yè)開(kāi)始運(yùn)行之前，僅裝入當(dāng)前要執(zhí)行的部分段即可運(yùn)行；在執(zhí)行過(guò)程中，可使用請(qǐng)求調(diào)入中斷動(dòng)態(tài)裝入要訪問(wèn)但又不在內(nèi)存的程序段；當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而又需要裝入新的段時(shí)，根據(jù)置換功能適當(dāng)調(diào)出某個(gè)段，以便騰出空間而裝入新的段。
（3）請(qǐng)求段頁(yè)式存儲(chǔ)管理
4.5.6 頁(yè)面置換算法
? ??缺頁(yè)中斷：如果需執(zhí)行的指令或訪問(wèn)的數(shù)據(jù)尚未在內(nèi)存（稱為缺頁(yè)或缺段），則由處理器通知操作系統(tǒng)將相應(yīng)的頁(yè)面或段調(diào)入到內(nèi)存，然后繼續(xù)執(zhí)行程序。
????當(dāng)發(fā)生缺頁(yè)中斷時(shí)，如果當(dāng)前內(nèi)存中并沒(méi)有空閑的頁(yè)面，操作系統(tǒng)就必須在內(nèi)存選擇一個(gè)頁(yè)面將其移出內(nèi)存，以便為即將調(diào)入的頁(yè)面讓出空間。用來(lái)選擇淘汰哪一頁(yè)的規(guī)則叫做頁(yè)面置換算法，我們可以把頁(yè)面置換算法看成是淘汰頁(yè)面的規(guī)則。
（1）OPT 頁(yè)面置換算法（最佳頁(yè)面置換算法）?：最佳(Optimal, OPT)置換算法所選擇的被淘汰頁(yè)面將是以后永不使用的，或者是在最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不再被訪問(wèn)的頁(yè)面,這樣可以保證獲得最低的缺頁(yè)率。但由于人們目前無(wú)法預(yù)知進(jìn)程在內(nèi)存下的若千頁(yè)面中哪個(gè)是未來(lái)最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不再被訪問(wèn)的，因而該算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。一般作為衡量其他置換算法的方法。
（2）FIFO（First In First Out） 頁(yè)面置換算法（先進(jìn)先出頁(yè)面置換算法）?: 總是淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面，即選擇在內(nèi)存中駐留時(shí)間最久的頁(yè)面進(jìn)行淘汰。
（3）LRU （Least Currently Used）頁(yè)面置換算法（最近最久未使用頁(yè)面置換算法）?：LRU算法賦予每個(gè)頁(yè)面一個(gè)訪問(wèn)字段，用來(lái)記錄一個(gè)頁(yè)面自上次被訪問(wèn)以來(lái)所經(jīng)歷的時(shí)間 T，當(dāng)須淘汰一個(gè)頁(yè)面時(shí)，選擇現(xiàn)有頁(yè)面中其 T 值最大的，即最近最久未使用的頁(yè)面予以淘汰。
（4）LFU （Least Frequently Used）頁(yè)面置換算法（最少使用頁(yè)面置換算法）?: 該置換算法選擇在之前時(shí)期使用最少的頁(yè)面作為淘汰頁(yè)。
5 文件系統(tǒng)
5.1 文件命名
5.2 訪問(wèn)路徑
5.3 磁盤分區(qū)
6 I/O
6.1 分類
? ? IO設(shè)備分為塊設(shè)備和字符設(shè)備。
· 塊設(shè)備：固定大小塊信息。硬盤、光盤、USB等
· 字符設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)等
6.2 IO設(shè)備形式
6.3 尋址方式
（1）內(nèi)存映射IO
（2）直接內(nèi)存訪問(wèn)
? ? 不管DMA控制器的物理地址在哪，它都能獨(dú)立于CPU從而訪問(wèn)系統(tǒng)總線。
6.4 IO模型
[Linux] 操作系統(tǒng)五種IO模型_giturtle's blog-CSDN博客_操作系統(tǒng)io模型
