操作系统基本操作（操作系统基本操作作业）



操作系统的基础篇个人总结

操作系统：是最接近硬件的软件，用于管理软硬件资源，主要功能有进程管理、内存管理、设备管理、文件管理。
操作系统四大特性：并发(多个程序同时执行)，共享(系统资源被并发的程序共享)，虚拟(时分复用和空分复用技术把一个物理实体虚拟成多个)，异步(进程是走走停停的，以什么样的速度向前推进是不可预知的)
用户态和内核态：操作系统的2种运行状态，处于用户态：cpu受限的访问数据，且cpu是可以被抢占。处于内核态cpu访问任意数据，且不会被抢占。为什么要设置2种状态：限制程序的访问能力防止危险操作如访问其他程序的数据、清内存，必须在内核态下操作。
哪些情况会发生状态转换：系统调用：用户态程序调用系统调用向系统申请资源、异常：即内中断，有当前指令引起，要切换到内核态处理、外中断：由外部引起的，当发生中断，cpu暂停执行当前指令，转去指向中断处理程序。
什么是中断：cpu停下当前工作，去处理其他事情，处理完继续执行任务。中断的作用就是为了提高系统面对突发事件的处理能力。

局部性原理：时间局部性和空间局部性：若执行了某条指令，则不久后他可能被再次执行(循环)，若访问了某个存储单元，不久后它附近的存储单元可能被访问(连续存储)。如快表(存放最近被访问的页表项)。
计算机存储结构：快到慢：寄存器(位于cpu内部)-高速缓存(位于cpu和内存之间)-内存-磁盘。还有个磁盘高速缓存也叫内核缓冲区，逻辑上属于磁盘，物理上属于内存，存储最近访问过的数据。当要访问磁盘时，先访问磁盘高速缓存，若没有，先读入磁盘高速缓存，再拷贝需要的地方。

什么是文件：磁盘上一组数据的集合，他是数据最基本的存储单位。

磁盘调度算法：为了减少磁盘的寻道时间(磁盘臂移动到相应的磁盘块上的时间)。
先来先服务：按请求顺序进行，对寻道无优化。
最短寻道时间优先：每次从当前位置寻道最短的请求，但可能会出现饥饿，磁头可能在一小块区域来回动。
电梯算法：磁头只往一个方向移动，当处理完该方向所有请求，掉头。
循环扫描算法：与电梯算法类似，但它处理完一个方向请求后不是掉头，而是回到磁道起点
进程写文件时，进程发生了崩溃，已写入的数据会丢失吗：不会，因为进程执行write系统调用是写入了内核缓冲区，即使进程崩溃，内核数据也在。

DMA:进行数据传输时，数据拷贝的工作交给DMA控制器，cpu不参与搬运，处理别的事。
传统的文件传输：磁盘DMA拷贝到内核缓冲区，然后用户调用read切换到内核态cpu拷贝到用户缓冲区，再切换回用户态，再调用write切换到内核态cpu拷贝到socket,再切回用户态，socket通过DMA拷贝到网卡。4次状态切换和4次拷贝，这个过程可以优化：我们不过用户缓冲区：开始还是DMA拷贝内核缓冲区，然后调用sendfile系统调用，直接把数据拷贝到网卡，把文件描述符发给socket缓冲区。2次拷贝，2次状态切换，这就是零拷贝，全程没用cpu拷贝数据，都是通过DMA。

大文件传输应使用异步IO+直接IO：非阻塞、不用内核缓冲区，因为大文件占据内核缓冲区会导致小文件无法利用它。小文件直接用零拷贝。

大端：高位字节存在低地址；小端字节序：高字节存在高地址
判断自己主机是大端还是小端：

网络通信中会使用htons, inet_addr把主机字节序统一成大端的网络字节序。

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