操作系統

作業管理之進程調度

就緒隊列
排隊機制
選擇運行進程的委派機制
新老進程的上下文委派機制
老進程如果沒處理完就要保存退出

非搶佔式調度：

處理器一旦分配給某個進程，就讓進程一直使用下去
調度程序不以任何原因搶佔正在被使用的處理器
只有進程走完了或IO阻塞纔會讓出處理器

搶佔式調度：

允許調度程序以一定的策略暫停當前運行的進程
保存好舊進程的上下文信息，分配處理器給新進程

搶佔式調度：頻繁切換，開銷大，不公平，通用系統
非搶佔式調度：切換次數小，開銷小，公平，專用系統

進程調度算法

先來先服務：字面意思
短進程優先調度算法：選擇優先就緒隊列中估計運行時間最短的進程
高優先權優先調度算法：自帶權重，優先選擇權重高的先執行
時間片輪轉調度算法：先按先來先服務的原則排列就緒進程
每次從隊列頭部取出待執行進程，分配一個時間片執行
是相對公平的調度算法，但是不能及時響應用戶

死鎖

核心：永遠在相互等待

產生：

競爭資源：
等待請求的資源被釋放
自身佔用的資源不釋放
進程調度不當

死鎖的四個必要條件：

互斥條件：
進程對資源的使用是排他性的使用
某個資源只能由一個進程使用，其他進程需要使用只能等待
請求保持條件
進程至少保持一個資源，又提出新的資源請求
新的資源被佔用，請求被阻塞
被阻塞的進程不釋放自己保持的資源
不可剝奪條件
進程獲得的資源在未完成使用前不能被剝奪
獲取的資源只能由進程自身釋放
環路等待條件
存在進程-資源環形鏈

作業管理之死鎖預防

摒棄請求保持條件
- 進程運行之前，一次性申請所有需要的資源
- 進程在運行期間不會提出資源請求，從而摒棄請求保持條件
摒棄不可剝奪條件
- 當一個進程請求新的資源得不到滿足時，必須釋放佔有的資源
- 進程運行時佔有的資源可以被釋放，意味着可以被剝奪
摒棄環路等待條件
- 可用資源線性排序，申請必須按照需要遞增申請
- 線性申請不再形成環路，從而擯棄了環路等待條件

存儲管理之內存分配與回收

內存分配的過程：

單一連續分配：最簡單，只能在單用戶，單進程的操作系統中使用
固定分區分配：內存空間被分爲若干個固定大小的區域，每個分區只給胡一個程序使用，互不干擾
動態分區分配：根據進程實際需要，動態分配內存空間
數據結構：
- 動態分區空閒表數據結構：維護一個表，分區號下面有1 or 0，1代表已經使用了，0代表沒有使用
- 動態分區空閒鏈數據結構：
  動態內存分配算法：
首次適應算法：從開始順序查找適合內存區，導致頭部地址不斷被劃分，不好
最佳適應算法：要求空閒區鏈表按照容量大小排序，遍歷得到最佳的空閒區。
快速適應算法：多個空閒區鏈表，每個空閒區鏈表存儲一種容量的空閒區

內存回收的過程：

空閒區位於回收區的前面（緊挨着）
- 不需要新建空閒鏈表節點，只需要把空閒區的容量增大
回收區位於空閒區的前面（緊挨着）
- 將回收區和空閒區合併，並且用回收區的地址爲新的空閒區的地址
回收區位於兩空閒區的中間
- 將空閒區1、空閒區2和回收區合併，新的空閒區用空閒區1的地址
只有回收區前後空
- 爲回收區創建新的空閒節點

存儲管理之段頁式存儲管理

針對進程存儲管理的

頁式存儲管理
- 將進程邏輯空間等分成若干大小的頁面
- 相應的把物理內存空間分成與頁面大小的物理塊
- 頁面大小應該適中，過大難以分配，過小內存碎片過多
- 頁表：記錄進程邏輯空間與物理空間的映射。頁號，頁內偏移
段式存儲管理
- 將進程邏輯空間劃分成若干段（非等分）
- 段的長度由連續邏輯的長度決定、
- 段表：段號、基址、段長。
- 段地址：段號、段內偏移。

段是邏輯單位，頁是物理單位

分頁是爲了合理利空間，分段是滿足用戶要求

段頁式存儲管理
- 先將邏輯空間按段頁式管理分成若干段
- 再把段內空間按頁式管理分成若干頁

虛擬內存

把暫時不用的數據從主存中放到磁盤中去，空出來的地方可以放其他重要數據

程序的局部性原理

程序運行時，無須全部裝入內存，裝載部分即可
如果訪問頁不在內存，則發出缺頁中斷，發生頁面置換
虛擬內存實際是對物理內存的補充，速度接近於內存，成本接近於輔存

虛擬內存的置換算法

先進先出算法（FIFO）
最不經常使用算法（LFU）
最近最少使用算法（LRU ）

Linux的存儲管理

Buddy內存管理算法：

Buddy算法是經典的內存管理算法、解決內存外碎片

頁內碎片：

已經被分配出去（能明確指出屬於哪個進程）的內存空間大於請求所需的內存空間，不能被利用的內存空間就是內部碎片。

頁外碎片：

還沒分配出去，但是由於大小而無法分配給申請內存空間的新進程的內存空閒快。

Buddy內存管理算法：努力讓內存分配與相鄰內存合併能快速進行

向上取整爲2的冪大小
夥伴系統：指的是內存的夥伴，一片連續的內存的夥伴指的是相鄰的另一片大小一樣的連續內存

Linux交換空間

交換空間是磁盤的一個分區
Linux物理內存滿手時，會把一些內存交換至Swap空間
Swap空間是初始化系統時配置的
冷啓動內存依賴
系統睡眠依賴
大進程空間依賴

操作系統的文件管理

文件的目錄結構：

邏輯結構的文件類型
有結構文件
- 定長記錄存儲文件格式、文件描述等結構化數據項
- 可變長記錄存儲文件具體內容
  無結構文件
- 流式文件
- 文件內容長度以字節爲單位
順序文件
- 只能存儲順序文件（磁帶）
- 增刪改比價費力
索引文件
- 索引表

輔存的存儲空間分配

輔存的分配方式
- 連續分配
- 鏈接分配
  - 隱式鏈接
  - 顯示鏈接
    
    維護一個FAT表
- 索引分配
  - 每個文件擁有一個索引塊，記錄所有盤快信息
  - 加載到內存只需要加載索引

輔存的存儲空間分配

空閒表
空閒鏈表
- 把所有的空閒盤區組成一個空閒鏈表
- 每個鏈表節點存儲空閒盤塊和空閒的數目
位示圖
- 維護成本低
- 非常快的找到空閒盤塊
- 0/1比特位，佔用空間小、

目錄管理：

Linux 目錄：

Linux文件類型：

Linux的文件系統

FAT：使用一張表來保存盤塊的信息
NTFS ： FAT的改進
EXT2/3/4：擴展文件系統

EXT文件系統

INodeTable
- 存放文件INode的地方
- 每個文件（目錄）都有一個Inode
  - 文件名不是存放在Inode節點上的，而是目錄的Inode上
  - 列出目錄文件的時候無須加載文件的Inode
- 是每個文件目錄的索引節點
Inode bitmap
Data Block
- Block bitmap
- Superblock
Linux下查看掛載的Block的命令： df -T
Linux下查看Inode信息：sudo dumpe2fs “block name”