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进程管理
（1）应用程序如何运行与OS上的
（2）什么是进程
（3）进程控制
1）为什么要进行进程控制
2）控制做些啥事情
3）多进程并发运行
4）进程控制信息（PCB）
5）进程的运行状态
6）有关进程调度
8）进程通信
9）进程间的关系
10）轻量级的进程 — 线程
内存管理
1）虚拟内存
1）虚拟内存的基本原理
2）虚拟内存机制的具体实现
3）动态库的实现原理
4）共享内存
2）虚拟内存总结
设备管理
（1）回顾计算机结构
（2）常见的外部设备
（3）设备驱动程序
1）为什么叫要驱动程序
2）驱动程序到底是如何驱动外部设备
（4）驱动程序的种类
文件管理
（1）文件在磁盘上存储形态
（2）文件系统
1）作用：文件管理软件，计算机文件的管理者
2）文件大致分类
3）文件系统的管理结构：树形管理结构
4）文件系统与OS，与磁盘关系
5）以ext文件系统的管理格式为例
3）访问文件的过程
4）文件系统 与 磁盘驱动
5）文件系统简单总结
进程管理
（1）应用程序如何运行与OS上的
·Os代码和应用程序代码都在内存中
·运行应用程序的代码时，PC取应用程序的指令，CPU运行应用程序代码
·应用程序调用OS提供的函数接口，让OS帮忙提供支持时，这是PC取OS得指令并运行，并去控制外设（硬件）工作，这样就是取得OS支持，总之OS充当了应用程序控制硬件设备的中间人。
（2）什么是进程
进程是由程序变换而来，介绍进程时，需要先从程序说起。
1）当程序没有运行时
当程序没有被运行时，该程序（可执行文件）只是存放在硬盘上的静态数据，与你写的word文件中的数据没有本质区别
2）进程就是运行中的程序
当程序运行起来后，进程是所有与“程序运行”有关的代码和数据的集合体，简单的理解就是“进程”就是行进中的程序。
3）进程也有生有死
（a）开始运行为生，运行结束即为死。
（b）程序好比人，进程好比人生，人活着时的一切就是人生，程序活着时所涉及的一切就是进程。
4）进程应包含三部分内容
（a）应用程序本身的代码和数据，这一部分称为应用代码部分，习惯称为应用空间（b）应用程序调用OS函数时，所涉及的OS中的代码和数据，这一部分称为内核代码部分，习惯称为内核空间
（c）OS记录的进程在运行时的各种管理信息 专门进行进程管理的叫PCB进程控制块
（3）进程控制
1）为什么要进行进程控制
在有OS的计算机上，应用程序必须在OS的支持下才能运行，换句话说，必须在OS的控制之下才能运行。
2）控制做些啥事情
（a）分配内存空间，然后将程序调入内存并启动运行，运行起来后就变成了一个进程。
（b）OS调度器对其进行调度
（c）OS进行进程控制时，会负责记录进程各个方面的管理信息，这些控制（管理）信息都记录在了PCB中。
（d）意外事件处理
（e）当进程运行结束之后，回收内存空间、记录有各方面进程信息的PCB，
3）多进程并发运行
在计算机上运行的绝不是只有一个进程，而是很多进程同时并发运行，进程在并发运行时
1）所有进程都是交替运行的，每个进程只运行一个ms级的时间片。
2）调度器会根据调度优先级算法，决定下一个时间片运行哪一个进程
3）从宏观上看，所有进程是同时并发运行的，但在微观上，在每个时刻，CPU只运行一个进程。
4）进程控制信息（PCB）
我们说进程是在OS控制下运行的，OS会使用PCB管理各种进程信息，以Linux系统为例，PCB就是一个C结构体，该结构体名叫 task_struct，该结构体非常大，成员项达300个左右，用于记录该进程被OS控制运行时的各种管理信息。
1）Linux系统的tasck_struct结构体
2）task_struct中的各种进程管理信息
（a）进程信息
· 进程ID：用于唯一标识进程的编号，好比人的身份证号
· 程序名称：就是可执行文件的名字
· 可执行文件的格式：
· 进程时间：进程什么时候开始运行的
（b）进程调度信息
· 进程运行状态：就绪态，执行态，等待态等
· 优先级：进程被调度的优先级，优先级高的会被优先被调度
· 调度标志：标记该进程是否被调度
· 时间片：运行时间片大小
（c）文件信息：记录正在被进程操作文件的各种信息
（d）内存信息：进程运行时所需内存的管理信息
（e）休眠时间：比如当进程调用sleep函数，进程就会进入休眠。
5）进程的运行状态
1）进程运行状态有哪些
（a）就绪态：表示进程准备就绪，随时等待被调度运行
（b）执行态：被调度运行，运行时占有CPU，运行的时间片到后让出CPU
（c）阻塞态：因为进程运行需要的某些条件的不满足，进程阻塞处于休眠状态
（d）终止态：进程结束，也就是程序运行结束，回收进程占用的内存资源
2）进程状态间的切换
6）有关进程调度
1）进程调度由调度器实现
2）所有进程运行时，都包含就绪态、执行态、阻塞态、终止态这些状态，都会在这些状态之间来回切换
3）只有当进程进入执行态时，进程才会获得CPU的占有权
4）进程运行的时间片到后就会调度其它进程运行，每个时间片平均在10ms~20ms左右。
8）进程通信
本机进程间通信
– 本机进程间通信的第三方 OS，
夸机进程间通信
其实就是网络通信，实现两台计算机上的程序之间的通信。
9）进程间的关系
1）父子关系
2）进程组关系
3）会话期
10）轻量级的进程 — 线程
1）进程存在的问题：进程切换很耗费时间
2）进程问题的解决：线程
3）线程由谁提供
线程有两种提供方式，第一种则由操作系统提供，第二种以线程库方式提供，独立于OS之外。
a）Linux：两种方式都有，不过常见的都是以独立于OS之外的线程库来提供。
b）Win32：由OS提供
4）与进程一样，线程也会参与调度
5）线程能够替代进程吗
a）不能 因为线程是基于进程而存在，没有进程也无法无法实现
6）进程与线程关系
线程基于进程资源工作
资源（cpu和内存）以进程为单位进程分配的，因此进程被称为资源分配的最小单位
线程的切换
进程内的线程切换时，不涉及进程间的切换
进程与线程各自的作用
– 程序运行起来后就变成了进程，OS以进程为单位分配cpu、内存等计算机资源。
– 线程实现进程内部的多线任务
7）进程和线程关系类比
内存管理
1）虚拟内存
1）虚拟内存的基本原理
a）原理图
（c）为什么称为虚拟内存
CPU被欺骗了，它认为使用这个虚拟地址访问了某个内存，但是这个虚拟地址只是一个编号，这个虚拟地址对应的只是 一个虚拟的内存，实际上程序被分成两部分放在了内存上和外存上。
（d）虚拟内存机制为什么节省了内存
因为只加载了你要运行的那部分，其他的都在外存上，外存帮忙存了其他代码，相当于使用外存扩展了内存空间。
（e）虚拟内存机制为什么能够防止修改别人的程序空间
自己的虚拟地址只映射了自己的物理内存空间和外存空爱，就算是程序员把地址写错了，但是错的也只是虚拟地址，由于 虚拟地址只映射了自己的空间，顶多也就把自己的空间给改了，不可能把别人的空间给改了。
2）虚拟内存机制的具体实现
（a）将内存和程序分页
（b）加载程序，建立映射页表
所有运行的进程都有一张自己页表 OS的虚拟内存机制就是使用每个进程的页表来管理这些虚拟页的。
- 1 加载肯定是有OS负责加载的
- 2 OS加载程序时候 需要一个辅助进程（该进程父进程）
- 3 程序被加载后成为进程 OS就会为该进程 开辟页表 （从父进程的页表复制过来 修改后得倒一张新页表）
（c）CPU通过“虚拟地址”取指并执行进程
虚拟地址/页大小（4K ） = 所在页号
（d）缺页异常处理
缺页中断： CPU取址运行 （内存没有在外存上 把所缺页导入内存 ：（1 找空页导入 2替换掉以前的页））
CPU重新取址运行
3）动态库的实现原理
1）静态库和动态库
静态库是在编译程序时就决定好了的，库代码已经被复制到了程序中，
但是动态库不一样，程序使用这个动态库时，并没有将动态库代码复制到程序中，只是在程序中留下了一片空的虚拟地址作为接口，这些虚拟地址并不对应真实的指令。当我们的程序被加载到内存中运行时，才会动态的去加载动态库，因为动态库时共享的，因此动态库也被称为共享库。
2）动态库的实现
动态库也叫共享库，核心是共享，因为动态库的实现需要虚拟内存机制的支持，
如果是裸机的话，是没有OS，没有OS就没有虚拟内存机制，在裸机上只能使用静态库
3）程序中的动态库接口
程序中使用了动态库的话，编译程序时，会预留一片虚拟地址。
当程序运行起来后，这片虚拟地址会被映射到物理内存上的动态库，建立虚拟地址和动态库物理地址的对应关系。
4）共享内存
不同进程共享了同一片空间后，一个往里方数据，另一个从里面取数据，就实现了通信。
与共享动态库的区别仅仅是，共享动态库时，共享空间里面放的是动态库的指令，供不同进程共享执行。
而共享内存仅仅只是一片空的共享空间，只是是用来通信用的。
2）虚拟内存总结
如下这张图是如何得到的
多进程是如何共享一个OS的：
应用空间对应的虚拟地址：用于访问应用代码。
内核空间对应的虚拟地址：用于映射到OS上，当应用代码调用OS的系统函数时，就会使用内核空间虚拟地址访问OS
使用虚拟地址，不管是访问应用代码，还是访问OS，虚拟地址都需要被转成物理地址，到实际的物理内存中去访问
CPU使用虚拟的地址运行每一个进程，CPU被虚拟地址欺骗后，CPU人为每一个进程都有一个自己的内存，这个欺骗CPU假内存，就称为虚拟内存。
CPU认为整个程序（进程）运行在独立的虚拟内存上，因此虚拟内存空间，也被称为进程空间。
虚拟内存就是通过虚拟内存机制，在物理内存和硬盘上，营造出来的一种假象
设备管理
（1）回顾计算机结构
（2）常见的外部设备
只要挂接在外设IO接口上的都是外部设备
按照用途分的话，大致分为三大类。
（a）数据的传输：比如网卡，负责数据的发送和接收，即是输入也是输出设备
（b）数据的存储：比如像磁盘，SSD（固态硬盘），既能读数据也能里写数据，所以即是输入也是输出设备。
（c）数据的翻译：比如输入设备MIC，将输入的声音翻译为电信号的二进制数据。
（3）设备驱动程序
1）为什么叫要驱动程序
外部设备绝对不是连上就能用的，必须要有专门的程序来驱动才能工作，能够驱动外部设备工作的程序就是驱动程序。
2）驱动程序到底是如何驱动外部设备
为了能够驱动外部设备工作，驱动程序关键要要两件事情
第一件：配置外设的工作模式
第二件：通过外设输入输出数据
（a）第一件：配置外部设备的工作模式
为什么要配置
因为大多数外部设备都有很多种工作模式，驱动程序需要通过相应的配置，选择让设备工作在那种工作模式下
如果不做配置的话，外部设备不知道该工作在什么模式下，是混乱的。
驱动程序是如何配置外部设备的呢
通过相应的配置开关进行配置，这个配置开关就是“设备的配置寄存器”。
设备的配置寄存器
就是外设工作模式的配置开关，是外设专用寄存器，与CPU内部的寄存器、cache、内存（DDR）一样，
只是这些寄存器被做在了外部设备的内部，是专属于外设的专用小容量内存
驱动程序向设备的配置寄存器中写入相应的配置数据，就可以配置好外部设备的工作模式。
·为什么向配置寄存器写入配置数据，就能配置好外设的工作模式
计算机中数据已电信号存在，向设备配置寄存器写入配置数据，其实就是将电信号导入配置寄存器，配置寄存器中
就把这个电信号锁存起来，这个电信号承载的是一个二进制数，所以就将电信号的二进制数据写入了配置寄存器中。
（b）第二件：输入/输出数据
配置好工作模式后，驱动程序就可以驱动设备工作了，此时需要用外设的“数据寄存器”。
为什么需要数据寄存器呢br> 因为输入输出数据时，数据需要暂时存放在数据寄存器中，存数据时，存储的其实就是电信号。
·输入设备
输入设备有两种情况，
第一种：直接得到就是二进制数据，比如像网卡和存储器，能够直接输入数据
第二种：需要经过传感器的翻译，比如像麦克风、摄像头，需要转为二进制电信号形式的数据。CPU执行输入设备驱动程序时，从输入设备的数据寄存器中取出数据，并将数据保存起来，专门进行数据处理的程序就可以处理这些输入的数据了。
本质就是数据的搬移（在指令的控制下 把电信号从一个地方捣鼓到另一个地方）
从设备数据寄存器搬移到—->驱动程序缓存里面搬移—->OS内核缓存—->C库缓存—–>应用缓存
·输出设备
输入设备有两种情况（同上）
CPU执行输出设备的驱动程序时，会将电信号形式的数据写到设备的数据寄存器中，输出设备的
（4）驱动程序的种类
分为两种，第一种是裸机驱动程序，第二种是基于OS的驱动程序。
（a）裸机驱动程序的特点
裸机程序大致分为两部分，第一部分为业务逻辑代码，第二部分为驱动代码
– 业务逻辑代码：专门负责数据的处理，比如计算1+2结果
– 驱动代码：专门负责驱动外设，实现数据的输入输出，比如控制键盘输入1和2，控制显示屏显示3
（b）基于OS的驱动程序
文件管理
（1）文件在磁盘上存储形态
文件存储在磁盘上时，分别要存储两部分的内容，第一部分是文件属性信息，第二部分是文件中存放的数据，属性信息和数据是分开存放的.
我们看见的图形化的文件，只是图形化给人看的一个文件符号而已，存储在磁盘上的文件信息才是真实的文件存在形态。
1）第一部分，文件属性信息
表现文件的独特性质，是区别文件用的身份信息，文件的属性信息有文件名、文件类型、文件输在位置等信息，任何计算机上的文件的属性，80%都是相同
文件属性都包含，文件名称、文件类型、文件大小、文件位置、创建/修改时间、文件读写权限、打开方式等。
2）第二部分，文件数据：就是存放在文件中的数据。
3）文件属性与文件数据
（a）并不是所有的文件都有数据
第一个：所有的文件一定都有属性信息
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来源：Try1024
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