计算机操作存储，文件，设备管理

Posted on 2024-01-20 Edited on 2024-06-03 In 系统架构设计 Word count in article: 2.2k Reading time ≈ 2 mins.

计算机操作存储，文件，设备管理

存储管理

页式存储

页式存储是操作系统的一种存储管理方式。通过页表来进行映射程序中的页在内存中的块的存储

进程(程序)中的地址，我们称之为逻辑地址(虚地址),而内存中的地址我们称之为物理地址(实地址)；

每个页分为页号和页内地址，页号用来和块号对应，代表存储的位置，大小可以代表页的数量，页内地址代表的是存储的数据内容，大小可以代表数据大小

优点：利用率高、碎片小（只在最后一个页中有）、分配及管理简单。缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象。

默认页面大小是4K，逻辑地址十六进制1D16H，H代表是十六进制，所以数据是1D16，通常来说1是页码，D16是数据，所以物理地址就是1对应的块号，数据不变还是D16

页面置换算法

缺页表示需要执行的页不在内存物理块中，需要从外部调入内存，会增加执行时间，因此，缺页数越多，系统效率越低。

最优算法： OPT，理论上的算法，无法实现，是在进程执行完后进行的最佳效率计算，用来让其他算法比较差距。原理是选择未来最长时间内不被访问的页面置换，这样可以保证未来执行的都是马上要访问的。
先进先出算法： FIFO，先调入内存的页先被置换淘汰，会产生抖动现象，即分配的页数越多，缺页率可能越多（即效率越低）
最近最少使用： LRU，在最近的过去，进程执行过程中，过去最少使用的页面被置换淘汰，根据局部性原理，这种方式效率高，且不会产生抖动现象。

最少访问过的先淘汰掉

快表（TLB）

快表是一块小容量的相联存储器，由快速存储器组成，按内容访问，速度快，并且可以从硬件上保证按内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号(可以看成是页表的频繁访问数据的副本)。

快表是将页表存于Cache中
慢表是将页表存于内存上

因此慢表需要访问两次内存才能取出数据，而快表是访问一次Cache和一次内存，因此更快

第一次去拿页号，第二次去拿物理地址

段式存储

将进程空间分为一个个段，每段也有段号和段内地址，与页式存储不同的是，每段物理大小不同，分段是根据逻辑整体分段的

地址表示：（段号，段内偏移）：其中段内偏移不能超过该段号对应的段长，否则越界错误，而此地址对应的真正内存地址应该是：段号对应的基地址（所存储的位置）+段内偏移。

优点：程序逻辑完整，修改互不影响
缺点：内存碎片浪费大，导致内存利用率低。

段表，段号，基地址，段长，看是否越界，是看的段长，不是基地址（0，1597）。0是段号，1597是段内偏移，就是段长

段页存储

对进程空间先分段，后分页，段表每个段号再对应一个页表，优缺点如下：
优点：空间浪费小、存储共享容易、能动态连接。
缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也增加，执行速度下降

文件管理

文件结构

计算机系统中采用的索引文件结构如下图所示：

系统中有13个索引节点， 0-9为直接索引，即每个索引节点存放的是内容，假设每个物理
盘大小为4KB，共可存4KB*10=40KB数据；
10号索引节点为一级间接索引节点，大小为4KB，存放的并非直接数据，而是链接到直
接物理盘块的地址，假设每个地址占4B，则共有1024个地址，对应1024个物理盘，可
存1024x4KB=4096KB数据。
二级索引节点类似，直接盘存放一级地址，一级地址再存放物理盘快地址，而后链接到存放数据的物理盘块，容量又扩大了一个数量级，为1024x1024x4KB数据。

8个地址项0，1，2，3，4，5，6，7，每个地址项大小4字节，5个地址为直接索引0，1，2，3，4，2个是一级索引5，6，一个是二级索引7，，磁盘索引块和磁盘数据块大小为1KB，访问文件的逻辑块号为5和518，块号为5是第6个，块号518是第519个，地址是4字节，1kb大小，则一级索引就可以存256个，两个1级索引就是512，，加上前面5个直接索引就是5个数据，就是517

单个文件最大长度就是直接索引加一级索引加二级索引的总和

树形文件

相对路径：是从当前路径开始的路径，不包括当前的工作目录。
绝对路径：是从根目录开始的路径。

空间存储

空闲区表法：将所有空闲空间整合成一张表，即空闲文件目录。
空闲链表法：将所有空闲空间链接成一个链表，根据需要分配。
成组链接法：既分组，每组内又链接成链表，是上述两种方法的综合。
位示图法：对每个物理空间用一位标识，为1则使用，为0则空闲，形成一张位示图。

32位，0到31每个对应一个物理块，一排就是一个字，字长就是32，第几个字就是第几排

4195号就是第4196个数据，4196除以32得131余4，131存满，第132个字，也就是第132排

余4就是第4个位置，0，1，2，3， 3号位是1，已经存储了

微内核操作系统

微内核，顾名思义，就是尽可能的将内核做的很小，只将最为核心必要的东西放入内核中，其
他能独立的东西都放入用户进程中，这样，系统就被分为了用户态和内核态

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统特点：微型化、代码质量高、专业化、实时性强、可裁剪可配置。
实时嵌入式操作系统的内核服务：异常和中断、计时器、I/O管理。
常见的嵌入式RTOS（实时操作系统）：VxWorks、RT-Linux、QNX、pSOS。
嵌入式系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：
芯片级初始化->板卡级初始化->系统级初始化。
芯片级是微处理器的初始化，板卡级是其他硬件设备初始化，系统级初始化就是软件及操作系统初始化。