0. 簡介
操作系統是一組管理計算機硬件資源的軟件集合，它向計算機程序提供共性的服務。即是使用者，也是資源管理者。
馮·諾依曼體系結構：輸入、輸出、存儲器、控制器、運算器
哈佛結構：指令存儲與數據儲存分離，防止互相干擾。
流水線結構：加快速度。
計算機儲存結構：
寄存器
L1高速緩存（SRAM）
L2高速緩存（SRAM）
L3高速緩存（SRAM）
=================以上爲處理器芯片內部，以下爲處理器芯片外部
主存（DRAM）（內存）
本地二級存儲（本地磁盤）（外存）
遠程二級存儲（分佈式文件系統、web服務器）（外存）
1946年，電子管 第一臺計算機ENIAC
1955年，晶體管 & 監控系統
1965年，集成電路 & 多道程序設計
1980年，PC機 & 微機操作系統
1990年，分佈式與嵌入式系統
1954年，第一個高級語言FORTRAN誕生，實現軟件和硬件的分離。
批處理技術：同時輸入多個作業，作業調度程序自動選擇作業運行。
聯機批處理系統：作業的輸入輸出和運行都由CPU完成
脫機批處理系統：作業的輸入輸出由輸入機、輸出機完成，運行由CPU完成，加入磁帶做中間傳遞物
多道程序系統：同一時間內存中可以有多個程序，同一時間（交替）CPU可以處理多個程序。一道程序因I/O請求而暫停運行時，CPU遍立即轉去運行另一道程序。
多道批處理系統：結合批處理技術和多道程序系統
分時系統：多個用戶分時。
分時技術：把處理機的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理及分配給各聯機作業使用。
嵌入式系統和實時系統：及時響應，高可靠性和安全性，整體性強
操作系統的特徵：
併發：指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。通過分時得以實現。
並行：多個CPU同時運行，處理多個程序。
共享：系統中的資源（硬件資源和信息資源）可被多個併發執行的程序共同 使用。兩種方式：互斥訪問和同步訪問。
虛擬：虛擬性是一種管理技術，把物理上的一個實體變成邏輯上的多個對應 物，或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應物。
虛擬處理機技術：利用多道程序技術，爲每道程序建立一個進程。
虛擬設備技術：將一臺物理I/O設備虛擬爲邏輯上多臺I/O設備。
不確定（異步）：由於執行不是一貫到底，所以速度和完成時間不確定。
1. 啓動過程boot
x86啓動過程：
跳轉到BIOS（固件）地址
運行POST（BIOS自檢）
讀取啓動順序
讀取、裝入MBR
MBR限制只能有4個主分區
硬盤分區三種：主磁盤分區、擴展磁盤分區、邏輯分區。
一個硬盤主分區1-4個，擴展分區0-1個。主分區+擴展分區1-4個。邏輯分區若干個。
主分區只有一個是激活的（active），其餘是inactive
X86下Linux系統引導過程：
Boot Loader：初始化硬件設備、建立內存空間映射圖（LILO、GRUB）
加載內核：讀取內存映像（壓縮文件），將解壓後的內核放在內存中，運行初始化函數（bootsect.S setup.S video.S）
用戶層init依據initatb文件設定運行等級
執行rc.sysinit
啓動內核模塊
執行不同運行級別的腳本程序
執行rc.local
執行login程序，進入登錄狀態
2. 存儲管理1-2
基石（目的）：地址獨立，地址保護
解決的問題：分配和回收
編譯（.c -> .o）：由編譯程序將用戶源程序編譯成若干個目標模塊
鏈接（.o -> .exe / .sh等）：由鏈接程序將目標模塊和相應的庫函數鏈接成可轉載模塊（可執行文件）
裝入：由裝載程序將可轉載模塊裝入內存
靜態鏈接：將共享庫的函數代碼直接鏈接入程序代碼中。
動態鏈接：當程序運行中需要某些目標模塊時，纔將共享庫的函數代碼鏈接入程序代碼中。高效且節省內存空間，但運行時慢。
-c 編譯不鏈接
-o 編譯+鏈接（默認）
裝入一般採用動態運行時裝入：程序在內存中的位置經常會變，所以在裝入內存時，保留程序內的所有相對地址，運行時改爲絕對地址。這種方式需要一個重定位寄存器，進行地址轉換。
ELF（可執行文件格式）（.o / .obj）
e-_ident： 頭部爲魔數，頭四個字節：‘0x7f‘，‘E’，’L‘，’F‘
ELF3_Rel： 內含Pelocation entry（重定位節）
PS：內含Type爲Load的segment，是需要被加載到內存中的部分，如果文件中的大小小於在內存中的大小，那麼在內存中補零
objdump 指令可以反彙編ELF文件，readelf可以查看ELF文件
shell調用fork()系統調用，創建出一個子進程，子進程調用execve()加載program
跟蹤內存的使用：位圖表示法（空間開銷固定，時間開銷低、容錯性差）、鏈表表示法（空間開銷隨程序數量變化、時間開銷大、容錯性高）
- 單道程序存儲管理：可以用靜態地址翻譯（用戶程序的地址在運行之前就可以計算）
- 多道程序的存儲管理：固定（靜態）式分區分配（分 單一隊列的分配方式 和 多隊列的分配方式 ）、可變（動態）式分區分配
分配內存：當剩餘分區大小《size時，不再進一步分割。即：當申請空間加上size後大於分區大小，則整個分區分配出去。
算法：
First Fit（首次適應算法）、Next Fit（下次適應算法）、Best Fit（最佳適應算法）、Worst Fit（最壞適應算法）、快速適應算法（把空閒分區按大小分類、建立多個空閒鏈表）
回收分區要合併 - （linux系統在用）夥伴系統：所有分區大小均爲2的整數次冪。系統初啓時，只有一個最大的內存塊。分配時，總是分配出去最小的內存塊，若大內存塊則分成兩份（一對夥伴），直到不能再分。
回收時，夥伴能合併則合併。
消除外部碎片：緊湊技術（可重定位分區分配）
多重分區分配：將程序分爲子程序、主程序、數據組，不需要連續片段了。
保護方法：界限寄存器方法、儲存保護鍵方法。
解決大作業在小內存中運行的問題：覆蓋技術和交換技術
3. 儲存管理3-5
程序是靜止的，進程是動態的（系統進程和用戶進程）。一個程序可以有多個進程，一個進程也可以運行多個程序。
一個作業包括程序、數據和操作說明書，一個進程由進程控制塊（PCB）、程序和數據集合組成。
分頁式儲存管理：
頁（頁面）：大小相等的作業（虛擬）地址空間
儲存塊（頁框）：大小相等的主存（物理）地址空間
頁表：每個進程有一個頁表，每一個頁表項存儲了每個頁面及其對應的儲存塊。
地址轉換機構
一級頁表、二級頁表、多級頁表、哈希頁表、反置頁表
快表（TLB）
有效內存訪問時間（EAT）：
TLB查詢時間 = s
單次內存訪問時間 = t
TLB命中率：a
EAT =（t + s）* a + （2 * t + s）*（1 - a）
= 2 t + s - t * a
段式儲存管理：
按邏輯將作業分段（每段大小由用戶程序決定），方便編程和管理，動態鏈接，動態增長，信息保護方便。
段表寄存器：段表始址、段表長度
段頁式存儲管理（x86）：
用分段方法來分配和管理虛擬存儲器；用分頁方法來分配和管理實（物理）存儲器。
虛擬存儲：
程序裝入時，只要將當前需要執行的部分頁或段讀入到內存中，就可以開始執行程序。
程序執行時，如果需要的指令或數據不在內存中（缺頁或缺段），則將相應的頁或段從輔存中調入內存（請求調入功能），若內存已滿則替換某個頁或段（置換功能）。
交換分區：大小與物理內存大小保持線性比例關係（交換分區更大）
請求式分頁管理的頁表：駐留位（是否在內存中）、保護爲、修改位、訪問（統計）位。
預調頁（提前調入小文件的所有頁）、按需調入。
缺頁錯誤處理機制：詳見（part5-19）
頁面置換策略：（局部置換策略：對於一個進程內的頁面而言）
最優置換（Optimal）：最長時間不需要訪問的頁面（前提：提前知道將來的頁面使用時間）
先進先出算法（FIFO）：（Belady現象：隨着物理頁面增多，缺頁率提高） 改進1（Second chance）：如果頁面被再次訪問過，則給該頁面第二 次保留的機會。
改進2（Clock和前一個幾乎一樣，除了環形隊列）：
若沒有缺頁錯誤，當前頁置1，指針不動。
若有缺頁錯誤，若當前頁爲1，則置0，指針前移，重複直至當前 頁爲0
若當前頁爲0，替換，置1，指針前移。
最近最少使用算法（LRU）
更新：
file backed 類型，且未被修改，則直接丟棄。
file backed 類型，但已被修改，直接寫回。
anonymous 類型，若是第一次換出且未被修改，則寫入swap區，若非第一次則丟棄。
anonymous 類型，且已被修改，則寫入swap區。
可變分配策略：
缺頁率高則增加進程的駐留集，缺頁率低則減少進程的駐留集。
內存初始分配方法：
等分法、比例法、優先權法
（全局置換策略：對於多個進程內的頁面而言）：工作集算法、缺頁率算法
工作集、駐留集
抖動問題：駐留集不斷減小，突然缺頁率急劇上升。
解決：工作集算法、預留部分頁面。
負載控制：進程太多或太少都會效率低
L= S 準則，發生兩次缺頁之間的平均時間L，處理一次缺頁需要的平均時間S。此時效率最大。
50％ 準則，當分頁單元的利用率保持在50％左右時，處理機的利用率最大。
頁面清除策略：何時把被置換的頁面寫回外存。
頁緩衝：先保存在緩衝區，當時機合適再寫回外存。（類FIFO的頁面緩衝算法）
寫時複製技術：
兩個進程共享一塊物理內存，每個頁面都被標記成寫時複製。寫入時，會在內存中複製一個頁面，進行寫操作，其他進程不可見。
內存映射文件：
可以實現多個線程共享一個文件。
對換系統：
雙指針輪轉置換算法：
內核存儲分配器：
惰性動態分區算法（湊夠一定大小才合併）
頁目錄自映射機制
4. 進程與線程
並行和併發
併發性的確定——Bernstein條件：
含有寫的操作
原語（不可分割的指令序列，必須在內核態執行，（與系統調用的區別）不可中斷）
子進程中fork（）返回0，父進程中fork（）返回新創建的子進程ID，出現錯誤返回負值。getid（）返回當前進程的id。
進程三種基本狀態：就緒狀態、執行狀態、阻塞狀態（掛起狀態、掛起阻塞狀態）
linux 中的 task_struct 就是一個PCB
PCB組織方式：線性表、鏈接方式、索引方式。
上下文切換（Process Context Switch）的開銷大於陷入內核（mode switch）（只用保存一些寄存器）
資源擁有者是進程（Proess），可執行單元是線程（Thread）。
每個進程都有PCB，每個線程都有自己的棧。
創建一個線程比進程快10-100倍，在多核CPU/多CPU系統更有優勢
UNIX多進程，但單線程；JAVA單進程，但多線程；
用戶級線程（創建、撤銷、調度不需要內核支持）、內核級線程（內核感知）、混合式線程
在只有用戶級線程的系統內，CPU調度以進程爲單位；但在有內核級線程的系統內，CPU調度以線程爲單位。
在現代操作系統中，資源的分配單位是進程，而處理機的調度單位是線程。
基於前兩種線程，有不同的混合式線程模型：
多對一模型，多個用戶級線程對應一個內核級線程
一對一模型，一個用戶級線程對應一個內核級線程
多對多模型，多個用戶級線程對應多個內核級線程
fork() 創建普通進程，clone創建線程，kernel_thread創建新的內核進程
調度算法的評價準則：
週轉時間：進程從提交到完成所經歷的時間
平均週轉時間 = All(週轉時間) / 進程數
帶權週轉時間 = 週轉時間/CPU執行時間
平均帶權週轉時間 = All(帶權週轉時間) / 進程數
響應時間：從進程提交到首次被響應的時間
等待時間：進程在就緒隊列中等待的時間總和
吞吐量：單位時間內所完成的進程數
CPU利用率
5. 同步和互斥2-4
競爭：多個進程對同一共享對象同時訪問。
競爭條件：多個進程併發訪問同一數據的執行結果與訪問的特定順序有關。
臨界資源：一次僅允許一個進程訪問的資源。
臨界區：每個進程中訪問臨界資源的代碼。
進程互斥（間接制約關係）：
多個進程不能同時進入同一個共享資源的臨界區。
進程同步（直接制約關係）：
多個進程有效地共享資源和相互合作（有序訪問）。
空閒讓進
忙則等待
有限等待
讓權等待（長時間不能進入臨界區，則應釋放處理機）
實現互斥的軟件方案：
Dekker算法：不需要嚴格輪換的互斥算法。
Peterson算法：不需要輪換的互斥算法。
Bakery算法：支持任意數量進程。
實現互斥的硬件方案：
中斷屏蔽（危險）
TestAndSet 指令（只能一個進程執行）（不會被中斷的原子指令）
自旋鎖Spinlocks（利用TestAndSet 指令）
swap指令（不會被中斷的原子指令）（換個）
上述方案共性問題：
忙等待：浪費CPU時間
優先級反轉：先拿到鎖的進程優先級低。
實現同步的方案：
忙等–>阻塞（sleep，wakeup）
信號量：
一個二元組（s，q），s是一個非負初值的整型變量，q是初始狀態爲空的隊列。
s爲正，則s值等於發出P操作後可立即執行的進程數量；s爲0，則發出P操作後，該進程被繼續執行完；s爲負，則發出P操作後，該進程被阻塞，-s是被阻塞的進程數。
q是隊列，當有進程被阻塞時，進入此隊列。
二元信號量（0或1）、一般信號量
強信號量（進程從p釋放時用FIFO）、弱信號量（沒規定順序）
P(S)、V(S)操作（也叫semWait、semSignal操作）S是信號變量
P(S) : while (S <= 0) do skip
S = S - 1
v(S) : S = S + 1
互斥應用：
通常使用二元信號量實現互斥
先P進臨界區，後V出臨界區。應靠近臨界區，且臨界區內不能有死循環。
互斥信號量（s）的初值一般爲1
有限併發應用：
n（n < c）個進程併發執行一個資源。
互斥信號量（s）的初值一般爲c。
進程同步應用：
進程Pi想執行ai操作時，只在Pj執行完aj後，纔會執行aj。
互斥信號量（s）的初值一般爲0。
Pi執行ai操作前，P（s），Pj執行aj操作後，V（s）
先P進臨界區，後V出臨界區。應靠近臨界區，且臨界區內不能有死循環。
互斥信號量（s）的初值一般爲1
前驅關係
一種低級通信原語：屏障Barries
用於進程組的同步
用PV操作實現
維護一個count
- 那些是併發的
- 其中那些是互斥的、同步的
- 按互斥、同步規則設置信號量，說明含義和初值
- 用P、V操作寫出程序
AND型信號量集：多個共享資源
管程：
條件變量（不變）
一個進入管程的進程執行等待操作時，釋放管理的使用權。
當進入管程的進程執行喚醒操作時：
Hoare管程：
入口等待隊列，緊急等待隊列（喚醒進程的進程）
多個條件變量，即多個隊列x.wait()：x是條件變量
MESA管程：
被喚醒的進程等待
進程間通信（IPC）：
管道：無名管道（父子進程或兄弟進程）、有名管道（無限制）
消息隊列
安全狀態：系統存在一個進程執行序列<P1, P2, …, Pn>可順利完成。
不安全狀態：系統不存在上述的序列。（滿足任意個發生死鎖的必要條件（共四個），但不一定死鎖）
死鎖狀態：包含在不安全狀態內。
銀行家算法：
Max，Allocation，Need，Available
試圖找出一個上述序列
死鎖的四個必要條件：
互斥條件：資源排它性使用
請求和保持條件：進程保持已有的資源，請求更多的資源
不可剝奪條件：已有的資源使用完前，不得釋放
環路等待條件：進程-資源的環形鏈（資源分配圖 / 進程-資源圖）
活鎖：任務或者執行者沒有被阻塞，由於某些條件沒有滿足，導致一直重複嘗試—失敗—嘗試—失敗的過程。處於活鎖的實體是在不斷的改變狀態，活鎖有可能自行解開。
飢餓：進程由於資源分配的不公平導致長時間的等待。
死鎖解除：剝奪資源 / 撤銷進程
6. IO系統
接入IO設備的主要方式：主線（Bus）（Control、Data、Address）
將硬件設備抽象爲控制器，其中包含控制寄存器、狀態寄存器，以及一些數據寄存器。
塊設備：以數據塊爲單位儲存、傳輸信息。速率高，可尋址（隨機尋址）
字符設備：以字符爲單位儲存、傳輸信息。速率低，不可尋址
網絡設備
獨佔設備：一段時間內只能由一個進程使用的設備。打印機、磁帶機
共享設備：在一段時間內允許多個進程共同使用的設備。硬盤
虛設備：在一類設備上模擬另一類設備。（用共享設備模擬獨佔設備，用高速設備模擬低速設備）
I/O端口地址：接口電路中每個寄存器有唯一的地址。共同組成I/O端口的地址空間（受OS保護）。I/O指令形式與I/O地址是互相關聯的，主要形式如下：
內存映像模式（內存映像I/O模式）：控制器內存作爲內存空間的一部分
I/O獨立編址（I/O專用指令）：Intel體系架構in/out指令
I/O控制方式：
程序控制I/O（輪詢或查詢方式I/O）：輪詢忙等。
中斷驅動：有一個設備狀態表，CPU向設備發出請求並記錄在設備狀態表後，執行其他工作，設備完成一個數據傳輸後向CPU發出中斷信號
直接儲存訪問方式（DMA）：程序設置DMA控制器中的寄存器（CR，MAR，DR，DC）值，發起I/O操作，DMA完成一批數據交換後發出中斷。可同時控制若干個同類設備。
I/O通道控制方式：I/O通道時專門處理輸入輸出的處理器，獨立於CPU，有自己的指令體系，一般放在內存裏。可同時控制若干個不同類設備。
一步步減少CPU的佔用率
設備獨立性：程序中使用邏輯設備，系統實際執行時用物理設備，通過設備映射表（LUT）映射（每個表目包含邏輯 設備名、物理設備名、設備驅動入口）（在整個系統設立一個LUT / 每個用戶設立一個LUT）。
每個設備驅動程序處理一種設備類型。組成：自動配置和初始化子程序、I/O操作子程序、中斷服務子程序。共性：核心代碼、核心接口、核心機制與服務、動態可加載、動態性
驅動程序和應用程序的不同：沒有main，不能用標準C庫，完成初始化不再運行，等待系統調用。
I/O緩衝管理：
專用緩衝：單緩衝、雙緩衝、環形緩衝。
緩衝池，其中有多個可供若干個進程共享的緩衝區
收容輸入：在輸入進程輸入時，調用Getbuf(emp)，從空緩衝隊列的隊首取出一個空緩衝區，作爲收容輸入工作緩衝hin，輸入數據，裝滿後調用 Putbuf（inq，hin），將該緩衝區掛在輸入隊列末尾。
提取輸入：在計算進程輸入時，調用Getbuf(inq)，從輸入隊列的隊首 出一個緩衝區，作爲提取輸入工作緩衝sin，提取數據，取空後調用 Putbuf（emp，sin），將該緩衝區掛在空緩衝隊列末尾。
收容輸出：在計算進程輸出時，調用Getbuf(emp)，從空緩衝隊列的隊首取出一個空緩衝區，作爲收容輸入工作緩衝hout，輸出數據，裝滿後調用 Putbuf（outq，hout），將該緩衝區掛在輸出隊列末尾。
提取輸出：在輸出進程輸出時，調用Getbuf(outq)，從輸出隊列的隊首 出一個緩衝區，作爲提取輸出工作緩衝sout，提取數據，取空後調用 Putbuf（emp，sout），將該緩衝區掛在空緩衝隊列末尾。
I/O緩衝管理：
設備控制表（DCT）：每個設備一張，描述設備特性和狀態。
設備隊列隊首指針：指向設備請求隊列的隊首PCB（進程控制塊）
設備狀態：使用狀態，置1
控制器表指針：指向COCT
重複執行次數：發生錯誤時應重複執行的次數
控制器控制表（COCT）每個設備控制器一張，記錄I/O控制器的狀態，如DMA佔用的終端號、CHCT等
通道控制表（CHCT）每個通道一張，描述通道工作狀態
系統設備表（SDT），記錄所有設備的狀態及其DCT入口。表項含有DCT指針，設備使用進程標識，DCT信息。
單（多）通路I/O系統的設備分配：一個設備對若干個控制器，一個控制器對若干個通道。
分配設備：
在SDT中找到物理設備名對應的DCT，如果忙，進入等待隊列， 否則，計算是否產生死鎖，進行分配
分配設備控制器：
在DCT中找到COCT，如果忙，等待隊列，否則分配
分配通道：
在COCT中找到CHCT，如果忙，等待隊列，否則分配
SPOOLing技術（假脫機技術）：
獨享設備轉共享設備（虛設備），提高設備利用率。
應用程序I/O操作，與SPOOLing程序（虛擬I/O）交換數據。
組成：
輸入井和輸出井：分別暫存I/O設備輸入數據 & 用戶程序和輸出數據
輸入緩衝區和輸出緩衝區
輸入進程SPi和輸出進程SPo：模擬脫機I/O時的外圍控制機。
同步阻塞I/O，調用結果返回前，當前進程掛起。
同步非阻塞I/O，調用結果返回前，當前進程進行其他操作。
I/O複用，可以接受並管理多個I/O請求，阻塞在多個I/O上，效率較高
事件驅動I/O，內核記住那個進程調用的，完成後通知改進程。
異步I/O，只有數據全部複製完成時，才通知進程OK。
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7. 磁盤系統
1956年第一個磁盤
磁盤分軟盤、硬盤，以前用軟盤，現在都用硬盤。
扇區、磁道、柱面，每個磁盤有兩個面，每面有一個磁頭
磁盤分固件區、工作區（硬盤標定容量的扇區）、保留區
P表：永久缺陷列表
G表：增長缺陷列表（磁介質性能變弱）
Flash Disk（比硬盤快）的兩種技術：NOR、NAND（讀寫以頁爲單位，寫時先擦除整個塊，寫入特定頁）
主引導扇區MBR、分區表DPT、分區引導扇區DBR
CHS模式：
磁頭數NH（Heads / H）：也就是盤片數，最多256個（8位儲存）
柱面數NC（Cylinders / C）：也就是磁道數，最多1024個（10位儲存）
扇區數NS（Sectors / S）：由於0扇區放固件以及一些專用文件，所以最多63個（6位儲存），用戶可見扇區從1開始。
最大8.46 / 7.88 GB
LBA模式：（計算時，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
尋道時間：啓動磁盤時間s，磁頭移動n條磁道， Ts = m * n + s
旋轉延遲時間：旋轉速度r，Tr = 1 / （2 * r）
傳輸時間：讀/寫的字節數b，磁道字節數N，旋轉速度r，Tt = b / （r * N）
訪問時間：Ta = Ts + Tr + Tt
磁盤調度算法：
先來先服務（FCFS）、最短尋道時間優先算法（SSTF）、掃描算法（SCAN）、循環掃描算法（CSCAN）（到達最後一個柱面，立即返回0號柱面，返回時不服務）
磁盤空間的管理：位圖、空閒表法（表項：起始塊號、塊數）、空閒鏈表法、成組鏈接法
RAID：廉價冗餘磁盤陣列
RAID0：條帶化存儲，有N個磁盤組成的RAID0是單個磁盤讀寫速度的N倍，但沒 有數據冗餘。連續以位或字節爲單位分割數據。
RAID1：鏡像存儲，實現數據冗餘，單位成本最高，但數據安全性和可用性很 高。
RAID2：海明碼（多磁盤儲存）校驗+條帶存儲，條塊單位爲位或字節，使用海明 編碼進行錯誤檢測和糾正，是多磁盤易出錯環境下的有效選擇。
RAID3：奇偶校驗（XOR）（單磁盤儲存）校驗+條帶存儲，條塊單位爲字節，在 大量連續數據環境下的可提供很好的傳輸率。隨機數據時，寫操作有瓶頸。
獨寫要訪問組中所有的盤，每一組中有一個校驗盤。
將一組磁盤中的數據加起來，放入冗餘盤，若某盤出錯，則，將冗餘盤 數據減去其他盤數據，得到的是該盤的正確數據。
RAID4：奇偶校驗（XOR）（單磁盤儲存）校驗+條帶存儲，條塊單位爲塊，每次 寫操作都要訪問奇偶盤。寫操作有瓶頸。
RAID5：奇偶校驗（XOR）（單磁盤儲存）校驗+條帶存儲，條塊單位爲塊，奇偶 盤與數據盤交叉放置。寫操作有損失。適合小數據塊和隨機讀寫的數據。
雙盤出錯，則該RAID不能再使用。
RAID6：奇偶校驗（XOR）（單磁盤儲存）校驗+條帶存儲，條塊單位爲塊，奇偶 盤與數據盤交叉放置，有兩個獨立的奇偶校驗盤。寫操作有很大損失。適合 小數據塊和隨機讀寫的數據。
可容忍雙盤出錯。
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緩存：LRU置換算法
8. 文件系統
文件作爲數據儲存和訪問的單位，看作是對待用戶數據的邏輯抽象。
文件可視爲一個單獨的連續的邏輯地址空間。
保存在磁盤、光盤等外部儲存設備上。
實際上是一組字節序列。
包括兩部分：文件體（內容）和文件說明（文件名、內部標識、儲存地址、訪問權限、訪問時間）。
用戶視角：邏輯文件；操作系統視角：物理文件。用戶視角：邏輯文件；操作系統視角：物理文件。
文件系統模型的三個層次：
文件系統的接口：
命令行接口、程序接口
對象操作管理的軟件集合：
核心部分，文件各類管理。
對象及其屬性：
文件、目錄、磁盤儲存空間
文件名.擴展名
文件類型：有無結構、內容、用途、屬性、文件組織（順序、索引）
文件邏輯結構：以字節爲單位流式結構、記錄式文件、樹形結構
目錄：迅速定位文件、防止重名、允許別名、分組功能
單級文件目錄（命名衝突、不利於實現共享）、二級文件目錄（解決）、多級文件目錄（更好、級別過多會增加路徑檢索時間）
數據項：
基本數據項：字段
組合數據項：由若干個數據項組成
磁盤：
主引導區、分區表、分區（引導區、超級數據塊、空閒區管理、根目錄區）
文件元信息：
基本信息：
文件名、物理位置、文件邏輯結構（無結構、記錄、流式文件）、文件 物理結構（順序、索引等）
訪問控制信息：
文件所有者
使用信息：
創建時間、上一次修改時間、當前使用信息
文件物理結構：
連續（順序）結構：
易出現磁盤碎片、適用於變化不大的順序訪問的文件
串聯（鏈接）結構：
隨機存取效率低、可靠性差（一個指針出錯，後面文件都丟失）
索引結構：
每個文件有一個索引表、大小固定 / 不固定、在文件目錄 / 開頭，索引表佔用更多的空間
鏈接模式、多級模式、綜合模式
目錄：
直接法：
目錄項=文件名+文件元信息
間接法：
目錄項=文件名+文件元信息的地址（索引號）
長文件名：
固定255字節（浪費）、目錄項長度可變、目錄項本身定長，長度可變的文件名放在末尾
查詢技術：
順序查詢法、Hash方法
文件的共享：
硬鏈接：複製”指針“，源文件修改，該文件也修改，反之亦然。
軟鏈接：複製內容，源文件修改，該文件不修改。可以對不存在的文件創建。
保護文件：
建立副本、定時轉儲、規定文件權限
文件性能：
塊高速緩存（Block Cache）（文件緩存、磁盤高速緩存）
雙向鏈表
基於日誌結構的文件系統
LFS：新的數據塊和元數據（inode、目錄）先以segment爲單位放在緩存中，填滿後寫入到硬盤。文件邏輯結構
文件邏輯結構
目錄：迅速定位文件、防止重名、允許別名、分組功能