操作系統刷題(十三)

1.在段頁式存儲管理系統中,當訪問主存中的一條指令或數據時,至少訪問一次內存,至多訪問三次內存。在沒有緩存段表和頁表時,訪問段表,訪問頁表,訪問數據或者指令。緩存了段表或者頁表時,訪問次數可以減少。

2.Unix系統是著名的分時系統。

3.linux系統中:索引節點inode:

1 inode簡介
    理解inode,要從文件儲存說起。
    文件儲存在硬盤上,硬盤的最小存儲單位叫做"扇區"(Sector)。每個扇區儲存512字節(相當於0.5KB)。
     操作系統讀取硬盤的時候,不會一個個扇區地讀取,這樣效率太低,而是一次性連續讀取多個扇區,即一次性讀取一個"塊"(block)。這種由多個扇區組成的"塊",是文件存取的最小單位。"塊"的大小,最常見的是4KB,即連續八個 sector組成一個 block。
     文件數據都儲存在"塊"中,那麼很顯然,我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息,比如文件的創建者、文件的創建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區域就叫做inode,中文譯名爲"索引節點"。
2 inode的內容
    inode包含文件的元信息,具體來說有以下內容:
    * 文件的字節數
    * 文件擁有者的User ID
    * 文件的Group ID
    * 文件的讀、寫、執行權限
    * 文件的時間戳,共有三個:ctime指inode上一次變動的時間,mtime指文件內容上一次變動的時間,atime指文件上一次打開的時間。
    * 鏈接數,即有多少文件名指向這個inode
    * 文件數據block的位置
     可以用stat命令,查看某個文件的inode信息:

[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# stat example.txt  
    總之,除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中。至於爲什麼沒有文件名,下文會有詳細解釋。
3 inode的大小
    inode也會消耗硬盤空間,所以硬盤格式化的時候,操作系統自動將硬盤分成兩個區域。一個是數據區,存放文件數據;另一個是inode區(inode table),存放inode所包含的信息。
    每個inode節點的大小,一般是128字節或256字節。inode節點的總數,在格式化時就給定,一般是每1KB或每2KB就設置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中,每個inode節點的大小爲128字節,每1KB就設置一個inode,那麼inode table的大小就會達到128MB,佔整塊硬盤的12.8%。
     查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量,可以使用df命令。
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# df -i  

    查看每個inode節點的大小,可以用如下命令:
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "Inode size"  

    由於每個文件都必須有一個inode,因此有可能發生inode已經用光,但是硬盤還未存滿的情況。這時,就無法在硬盤上創建新文件。
4 inode號碼
    每個inode都有一個號碼,操作系統用inode號碼來識別不同的文件。
    這裏值得重複一遍,Unix/Linux系統內部不使用文件名,而使用inode號碼來識別文件。對於系統來說,文件名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。表面上,用戶通過文件名,打開文件。實際上,系統內部這個過程分成三步:首先,系統找到這個文件名對應的inode號碼;其次,通過inode號碼,獲取inode信息;最後,根據inode信息,找到文件數據所在的block,讀出數據。
     使用ls -i命令,可以看到文件名對應的inode號碼:
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ls -i test.txt   
  2. 6970 test.txt  
5 目錄文件
    Unix/Linux系統中,目錄(directory)也是一種文件。打開目錄,實際上就是打開目錄文件。
    目錄文件的結構非常簡單,就是一系列目錄項(dirent)的列表。每個目錄項,由兩部分組成:所包含文件的文件名,以及該文件名對應的inode號碼。
     ls命令只列出目錄文件中的所有文件名:
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ls /  
  2. backup  boot  etc   lib    lost+found  misc  net  proc  sbin     srv  tmp  var  
  3. bin     dev   home  lib64  media       mnt   opt  root  selinux  sys  usr  
    ls -i命令列出整個目錄文件,即文件名和inode號碼:
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ls -i /  
  2. 2359297 backup        2 home          14372 misc   131073 root      262145 tmp  
  3.  393217 bin     2621441 lib         1703937 mnt   1835009 sbin     3014657 usr  
  4.       2 boot    2490369 lib64         14376 net         1 selinux  1048577 var  
  5.       4 dev          11 lost+found        2 opt    917505 srv  
  6. 2097153 etc      524289 media             1 proc        1 sys  
    如果要查看文件的詳細信息,就必須根據inode號碼,訪問inode節點,讀取信息。ls -l命令列出文件的詳細信息。
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ls -l /  
6 硬鏈接
    一般情況下,文件名和inode號碼是"一一對應"關係,每個inode號碼對應一個文件名。但是,Unix/Linux系統,允許多個文件名指向同一個inode號碼。這意味着,可以用不同的文件名訪問同樣的內容;對文件內容進行修改,會影響到所有文件名;但是,刪除一個文件名,不影響另一個文件名的訪問。這種情況就被稱爲"硬鏈接"(hard link)。
    ln命令可以創建硬鏈接:
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ln 源文件 目標文件  
    運行上面這條命令以後,源文件與目標文件的inode號碼相同,都指向同一個inode。inode信息中有一項叫做"鏈接數",記錄指向該inode的文件名總數,這時就會增加1。反過來,刪除一個文件名,就會使得inode節點中的"鏈接數"減1。當這個值減到0,表明沒有文件名指向這個inode,系統就會回收這個inode號碼,以及其所對應block區域。
     這裏順便說一下目錄文件的"鏈接數"。創建目錄時,默認會生成兩個目錄項:"."和".."。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼,等同於當前目錄的"硬鏈接";後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼,等同於父目錄的"硬鏈接"。所以,任何一個目錄的"硬鏈接"總數,總是等於2加上它的子目錄總數(含隱藏目錄),這裏的2是父目錄對其的“硬鏈接”和當前目錄下的".硬鏈接“。
7 軟鏈接
    除了硬鏈接以外,還有一種特殊情況。文件A和文件B的inode號碼雖然不一樣,但是文件A的內容是文件B的路徑。讀取文件A時,系統會自動將訪問者導向文件B。因此,無論打開哪一個文件,最終讀取的都是文件B。這時,文件A就稱爲文件B的"軟鏈接"(soft link)或者"符號鏈接(symbolic link)。
    這意味着,文件A依賴於文件B而存在,如果刪除了文件B,打開文件A就會報錯:"No such file or directory"。這是軟鏈接與硬鏈接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode號碼,文件B的inode"鏈接數"不會因此發生變化。
    ln -s命令可以創建軟鏈接。
[plain] view plain copy
  1. [root@localhost /]# ln -s 源文文件或目錄 目標文件或目錄  
8 inode的特殊作用
    由於inode號碼與文件名分離,這種機制導致了一些Unix/Linux系統特有的現象。
    1. 有時,文件名包含特殊字符,無法正常刪除。這時,直接刪除inode節點,就能起到刪除文件的作用。
    2. 移動文件或重命名文件,只是改變文件名,不影響inode號碼。
    3. 打開一個文件以後,系統就以inode號碼來識別這個文件,不再考慮文件名。因此,通常來說,系統無法從inode號碼得知文件名。
    第3點使得軟件更新變得簡單,可以在不關閉軟件的情況下進行更新,不需要重啓。因爲系統通過inode號碼,識別運行中的文件,不通過文件名。更新的時候,新版文件以同樣的文件名,生成一個新的inode,不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候,文件名就自動指向新版文件,舊版文件的inode則被回收。
9 實際問題
    在一臺配置較低的Linux服務器(內存、硬盤比較小)的/data分區內創建文件時,系統提示磁盤空間不足,用df -h命令查看了一下磁盤使用情況,發現/data分區只使用了66%,還有12G的剩餘空間,按理說不會出現這種問題。 後來用df -i查看了一下/data分區的索引節點(inode),發現已經用滿(IUsed=100%),導致系統無法創建新目錄和文件。 
     查找原因:
  /data/cache目錄中存在數量非常多的小字節緩存文件,佔用的Block不多,但是佔用了大量的inode。 
    解決方案:
  1.刪除/data/cache目錄中的部分文件,釋放出/data分區的一部分inode。
  2.用軟連接將空閒分區/opt中的newcache目錄連接到/data/cache,使用/opt分區的inode來緩解/data分區inode不足的問題:
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  1. [root@localhost /]# ln -s /opt/newcache /data/cache   
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    原文地址:http://blog.csdn.net/jesseyoung/article/details/42524813
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4.分頁和分段

分頁:
分頁存儲管理器把進程的邏輯地址分成若干頁,併爲各頁加上編號。相應的,內存也會被分成若干個物理塊。爲了正確的找到頁對應的物理塊,系統爲每個進程添加了一份頁表,頁表需要的內存空間是連續的(使用多級頁表可以緩解這個問題)。頁表中存放了對應的物理塊號,因此頁表是一維的。
分段:
爲了方便用戶編程,作業的空間可以被分成若干個段,每個段的起始地址都是從0開始的,也就是說,每一段的地址是不連續的。但是段內的地址是連續的。在分段系統中,每個進程也會擁有一個段表,系統爲每個段分配連續的內存空間。段表中存放着段長度和段的起始地址。因此,段表是二維的。

因此:
頁式的邏輯地址是連續的,段式的邏輯地址可以不連續
頁式的地址是一維的,段式的地址是二維的
分頁是操作系統進行,分段是用戶確定
各頁可以分散存放在主存,每段必須佔用連續的主存空間


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