0. 简介
操作系统是一组管理计算机硬件资源的软件集合，它向计算机程序提供共性的服务。即是使用者，也是资源管理者。
冯·诺依曼体系结构：输入、输出、存储器、控制器、运算器
哈佛结构：指令存储与数据储存分离，防止互相干扰。
流水线结构：加快速度。
计算机储存结构：
寄存器
L1高速缓存（SRAM）
L2高速缓存（SRAM）
L3高速缓存（SRAM）
=================以上为处理器芯片内部，以下为处理器芯片外部
主存（DRAM）（内存）
本地二级存储（本地磁盘）（外存）
远程二级存储（分布式文件系统、web服务器）（外存）
1946年，电子管 第一台计算机ENIAC
1955年，晶体管 & 监控系统
1965年，集成电路 & 多道程序设计
1980年，PC机 & 微机操作系统
1990年，分布式与嵌入式系统
1954年，第一个高级语言FORTRAN诞生，实现软件和硬件的分离。
批处理技术：同时输入多个作业，作业调度程序自动选择作业运行。
联机批处理系统：作业的输入输出和运行都由CPU完成
脱机批处理系统：作业的输入输出由输入机、输出机完成，运行由CPU完成，加入磁带做中间传递物
多道程序系统：同一时间内存中可以有多个程序，同一时间（交替）CPU可以处理多个程序。一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU遍立即转去运行另一道程序。
多道批处理系统：结合批处理技术和多道程序系统
分时系统：多个用户分时。
分时技术：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理及分配给各联机作业使用。
嵌入式系统和实时系统：及时响应，高可靠性和安全性，整体性强
操作系统的特征：
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。通过分时得以实现。
并行：多个CPU同时运行，处理多个程序。
共享：系统中的资源（硬件资源和信息资源）可被多个并发执行的程序共同 使用。两种方式：互斥访问和同步访问。
虚拟：虚拟性是一种管理技术，把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应 物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物。
虚拟处理机技术：利用多道程序技术，为每道程序建立一个进程。
虚拟设备技术：将一台物理I/O设备虚拟为逻辑上多台I/O设备。
不确定（异步）：由于执行不是一贯到底，所以速度和完成时间不确定。
1. 启动过程boot
x86启动过程：
跳转到BIOS（固件）地址
运行POST（BIOS自检）
读取启动顺序
读取、装入MBR
MBR限制只能有4个主分区
硬盘分区三种：主磁盘分区、扩展磁盘分区、逻辑分区。
一个硬盘主分区1-4个，扩展分区0-1个。主分区+扩展分区1-4个。逻辑分区若干个。
主分区只有一个是激活的（active），其余是inactive
X86下Linux系统引导过程：
Boot Loader：初始化硬件设备、建立内存空间映射图（LILO、GRUB）
加载内核：读取内存映像（压缩文件），将解压后的内核放在内存中，运行初始化函数（bootsect.S setup.S video.S）
用户层init依据initatb文件设定运行等级
执行rc.sysinit
启动内核模块
执行不同运行级别的脚本程序
执行rc.local
执行login程序，进入登录状态
2. 存储管理1-2
基石（目的）：地址独立，地址保护
解决的问题：分配和回收
编译（.c -> .o）：由编译程序将用户源程序编译成若干个目标模块
链接（.o -> .exe / .sh等）：由链接程序将目标模块和相应的库函数链接成可转载模块（可执行文件）
装入：由装载程序将可转载模块装入内存
静态链接：将共享库的函数代码直接链接入程序代码中。
动态链接：当程序运行中需要某些目标模块时，才将共享库的函数代码链接入程序代码中。高效且节省内存空间，但运行时慢。
-c 编译不链接
-o 编译+链接（默认）
装入一般采用动态运行时装入：程序在内存中的位置经常会变，所以在装入内存时，保留程序内的所有相对地址，运行时改为绝对地址。这种方式需要一个重定位寄存器，进行地址转换。
ELF（可执行文件格式）（.o / .obj）
e-_ident： 头部为魔数，头四个字节：‘0x7f‘，‘E’，’L‘，’F‘
ELF3_Rel： 内含Pelocation entry（重定位节）
PS：内含Type为Load的segment，是需要被加载到内存中的部分，如果文件中的大小小于在内存中的大小，那么在内存中补零
objdump 指令可以反汇编ELF文件，readelf可以查看ELF文件
shell调用fork()系统调用，创建出一个子进程，子进程调用execve()加载program
跟踪内存的使用：位图表示法（空间开销固定，时间开销低、容错性差）、链表表示法（空间开销随程序数量变化、时间开销大、容错性高）
- 单道程序存储管理：可以用静态地址翻译（用户程序的地址在运行之前就可以计算）
- 多道程序的存储管理：固定（静态）式分区分配（分 单一队列的分配方式 和 多队列的分配方式 ）、可变（动态）式分区分配
分配内存：当剩余分区大小《size时，不再进一步分割。即：当申请空间加上size后大于分区大小，则整个分区分配出去。
算法：
First Fit（首次适应算法）、Next Fit（下次适应算法）、Best Fit（最佳适应算法）、Worst Fit（最坏适应算法）、快速适应算法（把空闲分区按大小分类、建立多个空闲链表）
回收分区要合并 - （linux系统在用）伙伴系统：所有分区大小均为2的整数次幂。系统初启时，只有一个最大的内存块。分配时，总是分配出去最小的内存块，若大内存块则分成两份（一对伙伴），直到不能再分。
回收时，伙伴能合并则合并。
消除外部碎片：紧凑技术（可重定位分区分配）
多重分区分配：将程序分为子程序、主程序、数据组，不需要连续片段了。
保护方法：界限寄存器方法、储存保护键方法。
解决大作业在小内存中运行的问题：覆盖技术和交换技术
3. 储存管理3-5
程序是静止的，进程是动态的（系统进程和用户进程）。一个程序可以有多个进程，一个进程也可以运行多个程序。
一个作业包括程序、数据和操作说明书，一个进程由进程控制块（PCB）、程序和数据集合组成。
分页式储存管理：
页（页面）：大小相等的作业（虚拟）地址空间
储存块（页框）：大小相等的主存（物理）地址空间
页表：每个进程有一个页表，每一个页表项存储了每个页面及其对应的储存块。
地址转换机构
一级页表、二级页表、多级页表、哈希页表、反置页表
快表（TLB）
有效内存访问时间（EAT）：
TLB查询时间 = s
单次内存访问时间 = t
TLB命中率：a
EAT =（t + s）* a + （2 * t + s）*（1 - a）
= 2 t + s - t * a
段式储存管理：
按逻辑将作业分段（每段大小由用户程序决定），方便编程和管理，动态链接，动态增长，信息保护方便。
段表寄存器：段表始址、段表长度
段页式存储管理（x86）：
用分段方法来分配和管理虚拟存储器；用分页方法来分配和管理实（物理）存储器。
虚拟存储：
程序装入时，只要将当前需要执行的部分页或段读入到内存中，就可以开始执行程序。
程序执行时，如果需要的指令或数据不在内存中（缺页或缺段），则将相应的页或段从辅存中调入内存（请求调入功能），若内存已满则替换某个页或段（置换功能）。
交换分区：大小与物理内存大小保持线性比例关系（交换分区更大）
请求式分页管理的页表：驻留位（是否在内存中）、保护为、修改位、访问（统计）位。
预调页（提前调入小文件的所有页）、按需调入。
缺页错误处理机制：详见（part5-19）
页面置换策略：（局部置换策略：对于一个进程内的页面而言）
最优置换（Optimal）：最长时间不需要访问的页面（前提：提前知道将来的页面使用时间）
先进先出算法（FIFO）：（Belady现象：随着物理页面增多，缺页率提高） 改进1（Second chance）：如果页面被再次访问过，则给该页面第二 次保留的机会。
改进2（Clock和前一个几乎一样，除了环形队列）：
若没有缺页错误，当前页置1，指针不动。
若有缺页错误，若当前页为1，则置0，指针前移，重复直至当前 页为0
若当前页为0，替换，置1，指针前移。
最近最少使用算法（LRU）
更新：
file backed 类型，且未被修改，则直接丢弃。
file backed 类型，但已被修改，直接写回。
anonymous 类型，若是第一次换出且未被修改，则写入swap区，若非第一次则丢弃。
anonymous 类型，且已被修改，则写入swap区。
可变分配策略：
缺页率高则增加进程的驻留集，缺页率低则减少进程的驻留集。
内存初始分配方法：
等分法、比例法、优先权法
（全局置换策略：对于多个进程内的页面而言）：工作集算法、缺页率算法
工作集、驻留集
抖动问题：驻留集不断减小，突然缺页率急剧上升。
解决：工作集算法、预留部分页面。
负载控制：进程太多或太少都会效率低
L= S 准则，发生两次缺页之间的平均时间L，处理一次缺页需要的平均时间S。此时效率最大。
50％ 准则，当分页单元的利用率保持在50％左右时，处理机的利用率最大。
页面清除策略：何时把被置换的页面写回外存。
页缓冲：先保存在缓冲区，当时机合适再写回外存。（类FIFO的页面缓冲算法）
写时复制技术：
两个进程共享一块物理内存，每个页面都被标记成写时复制。写入时，会在内存中复制一个页面，进行写操作，其他进程不可见。
内存映射文件：
可以实现多个线程共享一个文件。
对换系统：
双指针轮转置换算法：
内核存储分配器：
惰性动态分区算法（凑够一定大小才合并）
页目录自映射机制
4. 进程与线程
并行和并发
并发性的确定——Bernstein条件：
含有写的操作
原语（不可分割的指令序列，必须在内核态执行，（与系统调用的区别）不可中断）
子进程中fork（）返回0，父进程中fork（）返回新创建的子进程ID，出现错误返回负值。getid（）返回当前进程的id。
进程三种基本状态：就绪状态、执行状态、阻塞状态（挂起状态、挂起阻塞状态）
linux 中的 task_struct 就是一个PCB
PCB组织方式：线性表、链接方式、索引方式。
上下文切换（Process Context Switch）的开销大于陷入内核（mode switch）（只用保存一些寄存器）
资源拥有者是进程（Proess），可执行单元是线程（Thread）。
每个进程都有PCB，每个线程都有自己的栈。
创建一个线程比进程快10-100倍，在多核CPU/多CPU系统更有优势
UNIX多进程，但单线程；JAVA单进程，但多线程；
用户级线程（创建、撤销、调度不需要内核支持）、内核级线程（内核感知）、混合式线程
在只有用户级线程的系统内，CPU调度以进程为单位；但在有内核级线程的系统内，CPU调度以线程为单位。
在现代操作系统中，资源的分配单位是进程，而处理机的调度单位是线程。
基于前两种线程，有不同的混合式线程模型：
多对一模型，多个用户级线程对应一个内核级线程
一对一模型，一个用户级线程对应一个内核级线程
多对多模型，多个用户级线程对应多个内核级线程
fork() 创建普通进程，clone创建线程，kernel_thread创建新的内核进程
调度算法的评价准则：
周转时间：进程从提交到完成所经历的时间
平均周转时间 = All(周转时间) / 进程数
带权周转时间 = 周转时间/CPU执行时间
平均带权周转时间 = All(带权周转时间) / 进程数
响应时间：从进程提交到首次被响应的时间
等待时间：进程在就绪队列中等待的时间总和
吞吐量：单位时间内所完成的进程数
CPU利用率
5. 同步和互斥2-4
竞争：多个进程对同一共享对象同时访问。
竞争条件：多个进程并发访问同一数据的执行结果与访问的特定顺序有关。
临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源。
临界区：每个进程中访问临界资源的代码。
进程互斥（间接制约关系）：
多个进程不能同时进入同一个共享资源的临界区。
进程同步（直接制约关系）：
多个进程有效地共享资源和相互合作（有序访问）。
空闲让进
忙则等待
有限等待
让权等待（长时间不能进入临界区，则应释放处理机）
实现互斥的软件方案：
Dekker算法：不需要严格轮换的互斥算法。
Peterson算法：不需要轮换的互斥算法。
Bakery算法：支持任意数量进程。
实现互斥的硬件方案：
中断屏蔽（危险）
TestAndSet 指令（只能一个进程执行）（不会被中断的原子指令）
自旋锁Spinlocks（利用TestAndSet 指令）
swap指令（不会被中断的原子指令）（换个）
上述方案共性问题：
忙等待：浪费CPU时间
优先级反转：先拿到锁的进程优先级低。
实现同步的方案：
忙等–>阻塞（sleep，wakeup）
信号量：
一个二元组（s，q），s是一个非负初值的整型变量，q是初始状态为空的队列。
s为正，则s值等于发出P操作后可立即执行的进程数量；s为0，则发出P操作后，该进程被继续执行完；s为负，则发出P操作后，该进程被阻塞，-s是被阻塞的进程数。
q是队列，当有进程被阻塞时，进入此队列。
二元信号量（0或1）、一般信号量
强信号量（进程从p释放时用FIFO）、弱信号量（没规定顺序）
P(S)、V(S)操作（也叫semWait、semSignal操作）S是信号变量
P(S) : while (S <= 0) do skip
S = S - 1
v(S) : S = S + 1
互斥应用：
通常使用二元信号量实现互斥
先P进临界区，后V出临界区。应靠近临界区，且临界区内不能有死循环。
互斥信号量（s）的初值一般为1
有限并发应用：
n（n < c）个进程并发执行一个资源。
互斥信号量（s）的初值一般为c。
进程同步应用：
进程Pi想执行ai操作时，只在Pj执行完aj后，才会执行aj。
互斥信号量（s）的初值一般为0。
Pi执行ai操作前，P（s），Pj执行aj操作后，V（s）
先P进临界区，后V出临界区。应靠近临界区，且临界区内不能有死循环。
互斥信号量（s）的初值一般为1
前驱关系
一种低级通信原语：屏障Barries
用于进程组的同步
用PV操作实现
维护一个count
- 那些是并发的
- 其中那些是互斥的、同步的
- 按互斥、同步规则设置信号量，说明含义和初值
- 用P、V操作写出程序
AND型信号量集：多个共享资源
管程：
条件变量（不变）
一个进入管程的进程执行等待操作时，释放管理的使用权。
当进入管程的进程执行唤醒操作时：
Hoare管程：
入口等待队列，紧急等待队列（唤醒进程的进程）
多个条件变量，即多个队列x.wait()：x是条件变量
MESA管程：
被唤醒的进程等待
进程间通信（IPC）：
管道：无名管道（父子进程或兄弟进程）、有名管道（无限制）
消息队列
安全状态：系统存在一个进程执行序列<P1, P2, …, Pn>可顺利完成。
不安全状态：系统不存在上述的序列。（满足任意个发生死锁的必要条件（共四个），但不一定死锁）
死锁状态：包含在不安全状态内。
银行家算法：
Max，Allocation，Need，Available
试图找出一个上述序列
死锁的四个必要条件：
互斥条件：资源排它性使用
请求和保持条件：进程保持已有的资源，请求更多的资源
不可剥夺条件：已有的资源使用完前，不得释放
环路等待条件：进程-资源的环形链（资源分配图 / 进程-资源图）
活锁：任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试—失败—尝试—失败的过程。处于活锁的实体是在不断的改变状态，活锁有可能自行解开。
饥饿：进程由于资源分配的不公平导致长时间的等待。
死锁解除：剥夺资源 / 撤销进程
6. IO系统
接入IO设备的主要方式：主线（Bus）（Control、Data、Address）
将硬件设备抽象为控制器，其中包含控制寄存器、状态寄存器，以及一些数据寄存器。
块设备：以数据块为单位储存、传输信息。速率高，可寻址（随机寻址）
字符设备：以字符为单位储存、传输信息。速率低，不可寻址
网络设备
独占设备：一段时间内只能由一个进程使用的设备。打印机、磁带机
共享设备：在一段时间内允许多个进程共同使用的设备。硬盘
虚设备：在一类设备上模拟另一类设备。（用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备）
I/O端口地址：接口电路中每个寄存器有唯一的地址。共同组成I/O端口的地址空间（受OS保护）。I/O指令形式与I/O地址是互相关联的，主要形式如下：
内存映像模式（内存映像I/O模式）：控制器内存作为内存空间的一部分
I/O独立编址（I/O专用指令）：Intel体系架构in/out指令
I/O控制方式：
程序控制I/O（轮询或查询方式I/O）：轮询忙等。
中断驱动：有一个设备状态表，CPU向设备发出请求并记录在设备状态表后，执行其他工作，设备完成一个数据传输后向CPU发出中断信号
直接储存访问方式（DMA）：程序设置DMA控制器中的寄存器（CR，MAR，DR，DC）值，发起I/O操作，DMA完成一批数据交换后发出中断。可同时控制若干个同类设备。
I/O通道控制方式：I/O通道时专门处理输入输出的处理器，独立于CPU，有自己的指令体系，一般放在内存里。可同时控制若干个不同类设备。
一步步减少CPU的占用率
设备独立性：程序中使用逻辑设备，系统实际执行时用物理设备，通过设备映射表（LUT）映射（每个表目包含逻辑 设备名、物理设备名、设备驱动入口）（在整个系统设立一个LUT / 每个用户设立一个LUT）。
每个设备驱动程序处理一种设备类型。组成：自动配置和初始化子程序、I/O操作子程序、中断服务子程序。共性：核心代码、核心接口、核心机制与服务、动态可加载、动态性
驱动程序和应用程序的不同：没有main，不能用标准C库，完成初始化不再运行，等待系统调用。
I/O缓冲管理：
专用缓冲：单缓冲、双缓冲、环形缓冲。
缓冲池，其中有多个可供若干个进程共享的缓冲区
收容输入：在输入进程输入时，调用Getbuf(emp)，从空缓冲队列的队首取出一个空缓冲区，作为收容输入工作缓冲hin，输入数据，装满后调用 Putbuf（inq，hin），将该缓冲区挂在输入队列末尾。
提取输入：在计算进程输入时，调用Getbuf(inq)，从输入队列的队首 出一个缓冲区，作为提取输入工作缓冲sin，提取数据，取空后调用 Putbuf（emp，sin），将该缓冲区挂在空缓冲队列末尾。
收容输出：在计算进程输出时，调用Getbuf(emp)，从空缓冲队列的队首取出一个空缓冲区，作为收容输入工作缓冲hout，输出数据，装满后调用 Putbuf（outq，hout），将该缓冲区挂在输出队列末尾。
提取输出：在输出进程输出时，调用Getbuf(outq)，从输出队列的队首 出一个缓冲区，作为提取输出工作缓冲sout，提取数据，取空后调用 Putbuf（emp，sout），将该缓冲区挂在空缓冲队列末尾。
I/O缓冲管理：
设备控制表（DCT）：每个设备一张，描述设备特性和状态。
设备队列队首指针：指向设备请求队列的队首PCB（进程控制块）
设备状态：使用状态，置1
控制器表指针：指向COCT
重复执行次数：发生错误时应重复执行的次数
控制器控制表（COCT）每个设备控制器一张，记录I/O控制器的状态，如DMA占用的终端号、CHCT等
通道控制表（CHCT）每个通道一张，描述通道工作状态
系统设备表（SDT），记录所有设备的状态及其DCT入口。表项含有DCT指针，设备使用进程标识，DCT信息。
单（多）通路I/O系统的设备分配：一个设备对若干个控制器，一个控制器对若干个通道。
分配设备：
在SDT中找到物理设备名对应的DCT，如果忙，进入等待队列， 否则，计算是否产生死锁，进行分配
分配设备控制器：
在DCT中找到COCT，如果忙，等待队列，否则分配
分配通道：
在COCT中找到CHCT，如果忙，等待队列，否则分配
SPOOLing技术（假脱机技术）：
独享设备转共享设备（虚设备），提高设备利用率。
应用程序I/O操作，与SPOOLing程序（虚拟I/O）交换数据。
组成：
输入井和输出井：分别暂存I/O设备输入数据 & 用户程序和输出数据
输入缓冲区和输出缓冲区
输入进程SPi和输出进程SPo：模拟脱机I/O时的外围控制机。
同步阻塞I/O，调用结果返回前，当前进程挂起。
同步非阻塞I/O，调用结果返回前，当前进程进行其他操作。
I/O复用，可以接受并管理多个I/O请求，阻塞在多个I/O上，效率较高
事件驱动I/O，内核记住那个进程调用的，完成后通知改进程。
异步I/O，只有数据全部复制完成时，才通知进程OK。
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7. 磁盘系统
1956年第一个磁盘
磁盘分软盘、硬盘，以前用软盘，现在都用硬盘。
扇区、磁道、柱面，每个磁盘有两个面，每面有一个磁头
磁盘分固件区、工作区（硬盘标定容量的扇区）、保留区
P表：永久缺陷列表
G表：增长缺陷列表（磁介质性能变弱）
Flash Disk（比硬盘快）的两种技术：NOR、NAND（读写以页为单位，写时先擦除整个块，写入特定页）
主引导扇区MBR、分区表DPT、分区引导扇区DBR
CHS模式：
磁头数NH（Heads / H）：也就是盘片数，最多256个（8位储存）
柱面数NC（Cylinders / C）：也就是磁道数，最多1024个（10位储存）
扇区数NS（Sectors / S）：由于0扇区放固件以及一些专用文件，所以最多63个（6位储存），用户可见扇区从1开始。
最大8.46 / 7.88 GB
LBA模式：（计算时，NH最大255）
LBA = (NH * NS * C) + (NS * H) + (S - 1)
C = LBA / (NS * NH)
H = (LBA / NS) mod NH
S = (LBA mod NS) + 1
寻道时间：启动磁盘时间s，磁头移动n条磁道， Ts = m * n + s
旋转延迟时间：旋转速度r，Tr = 1 / （2 * r）
传输时间：读/写的字节数b，磁道字节数N，旋转速度r，Tt = b / （r * N）
访问时间：Ta = Ts + Tr + Tt
磁盘调度算法：
先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先算法（SSTF）、扫描算法（SCAN）、循环扫描算法（CSCAN）（到达最后一个柱面，立即返回0号柱面，返回时不服务）
磁盘空间的管理：位图、空闲表法（表项：起始块号、块数）、空闲链表法、成组链接法
RAID：廉价冗余磁盘阵列
RAID0：条带化存储，有N个磁盘组成的RAID0是单个磁盘读写速度的N倍，但没 有数据冗余。连续以位或字节为单位分割数据。
RAID1：镜像存储，实现数据冗余，单位成本最高，但数据安全性和可用性很 高。
RAID2：海明码（多磁盘储存）校验+条带存储，条块单位为位或字节，使用海明 编码进行错误检测和纠正，是多磁盘易出错环境下的有效选择。
RAID3：奇偶校验（XOR）（单磁盘储存）校验+条带存储，条块单位为字节，在 大量连续数据环境下的可提供很好的传输率。随机数据时，写操作有瓶颈。
独写要访问组中所有的盘，每一组中有一个校验盘。
将一组磁盘中的数据加起来，放入冗余盘，若某盘出错，则，将冗余盘 数据减去其他盘数据，得到的是该盘的正确数据。
RAID4：奇偶校验（XOR）（单磁盘储存）校验+条带存储，条块单位为块，每次 写操作都要访问奇偶盘。写操作有瓶颈。
RAID5：奇偶校验（XOR）（单磁盘储存）校验+条带存储，条块单位为块，奇偶 盘与数据盘交叉放置。写操作有损失。适合小数据块和随机读写的数据。
双盘出错，则该RAID不能再使用。
RAID6：奇偶校验（XOR）（单磁盘储存）校验+条带存储，条块单位为块，奇偶 盘与数据盘交叉放置，有两个独立的奇偶校验盘。写操作有很大损失。适合 小数据块和随机读写的数据。
可容忍双盘出错。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-iuLSyq48-1593673174028)(C:\Users\dreamer\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1559922691897.png)]
缓存：LRU置换算法
8. 文件系统
文件作为数据储存和访问的单位，看作是对待用户数据的逻辑抽象。
文件可视为一个单独的连续的逻辑地址空间。
保存在磁盘、光盘等外部储存设备上。
实际上是一组字节序列。
包括两部分：文件体（内容）和文件说明（文件名、内部标识、储存地址、访问权限、访问时间）。
用户视角：逻辑文件；操作系统视角：物理文件。用户视角：逻辑文件；操作系统视角：物理文件。
文件系统模型的三个层次：
文件系统的接口：
命令行接口、程序接口
对象操作管理的软件集合：
核心部分，文件各类管理。
对象及其属性：
文件、目录、磁盘储存空间
文件名.扩展名
文件类型：有无结构、内容、用途、属性、文件组织（顺序、索引）
文件逻辑结构：以字节为单位流式结构、记录式文件、树形结构
目录：迅速定位文件、防止重名、允许别名、分组功能
单级文件目录（命名冲突、不利于实现共享）、二级文件目录（解决）、多级文件目录（更好、级别过多会增加路径检索时间）
数据项：
基本数据项：字段
组合数据项：由若干个数据项组成
磁盘：
主引导区、分区表、分区（引导区、超级数据块、空闲区管理、根目录区）
文件元信息：
基本信息：
文件名、物理位置、文件逻辑结构（无结构、记录、流式文件）、文件 物理结构（顺序、索引等）
访问控制信息：
文件所有者
使用信息：
创建时间、上一次修改时间、当前使用信息
文件物理结构：
连续（顺序）结构：
易出现磁盘碎片、适用于变化不大的顺序访问的文件
串联（链接）结构：
随机存取效率低、可靠性差（一个指针出错，后面文件都丢失）
索引结构：
每个文件有一个索引表、大小固定 / 不固定、在文件目录 / 开头，索引表占用更多的空间
链接模式、多级模式、综合模式
目录：
直接法：
目录项=文件名+文件元信息
间接法：
目录项=文件名+文件元信息的地址（索引号）
长文件名：
固定255字节（浪费）、目录项长度可变、目录项本身定长，长度可变的文件名放在末尾
查询技术：
顺序查询法、Hash方法
文件的共享：
硬链接：复制”指针“，源文件修改，该文件也修改，反之亦然。
软链接：复制内容，源文件修改，该文件不修改。可以对不存在的文件创建。
保护文件：
建立副本、定时转储、规定文件权限
文件性能：
块高速缓存（Block Cache）（文件缓存、磁盘高速缓存）
双向链表
基于日志结构的文件系统
LFS：新的数据块和元数据（inode、目录）先以segment为单位放在缓存中，填满后写入到硬盘。文件逻辑结构
文件逻辑结构
目录：迅速定位文件、防止重名、允许别名、分组功能