😀前端入门操做系统知识，这一篇就够啦！

此文针对非科班同窗来补充程序猿必备的基础知识。前端

好了，开撸操做系统！linux

弱弱的问一问: 要操做系统干吗？

这里先不讲操做系统的概念了，由于文字太生硬了，咱们只须要看一个简单的例子：算法

在咱们的JS代码里，只须要输入 console.log(1+1); 就能够在浏览器面板中看到2，这其中发生了什么事情呢?(简单扫一眼)
首先键盘输入代码1+1到显示器输出2, 须要CPU控制键盘（输入设备），将获取的1+1指令放入内存
而后CPU的控制器从内存中取出指令，并分析出指令是让计算机作一个1+1的加法运算
此时CPU的控制将控制CPU的运算器作1+1的加法运算，并得出结果2
最后CPU控制器控制运算器将结果返给内存，内存也在CPU控制器的控制下，将结果2返回给屏幕（输出设备）

好了，这里问题是，若是没有操做系统，一个简单的1+1运算，你的js代码还须要考虑这些硬件的协调工做，好比你的代码要协调CPU资源何时读取你的代码，何时把进程切换到别的进程。。。这些脏活累活都是操做系统帮你屏蔽了，要不这代码可咋写啊。。。sql

弱弱的问一问: 前端学这个干吗？

很早之前看朴零大神的《深刻浅出NodeJS》的时候，讲到进程间通讯，有一句大概说，windows平台进程间通讯用的是管道，linux平台用的是domain socket，我一看就傻眼了，啥是进程间通讯？啥是管道？啥是domain socket？😭 看不懂啊.... 这些都是跟操做系统进程的知识相关）。数据库

啥也了不说了，兄弟，学习的小车已经粗发了！编程

二、操做系统运行机制和体系结构

预备知识：什么是指令（更详细内容请看个人计算机组成原理文章）windows

好比说，以下图（简单扫一下便可）：浏览器

a+b是一段程序代码，a+b在CPU看来并不能一步完成，能够翻译成以下：

// 意思是将内存的16号单元数据，放到A寄存器，
LOAD A, 16
// 意思是将内存的16号单元数据，放到B寄存器
LOAD B, 17
// 存器里的A,B数据相加，获得C
ADD C, A, B
复制代码

这里就能够看得出来，指令是CPU能识别和执行的最基本命令。

2.1 两种指令、两种处理器状态、两种程序

假如说一个用户能够随意把服务器上的全部文件删光，这是很危险的。因此有些指令普通用户是不能使用的，只能是权限较高的用户能使用。此时指令就分为了两种，以下图：

这就引出一个问题：CPU如何判断当前是否能够执行特权指令？以下图: CPU一般有两种工做模式即：内核态和用户态，而在PSW（这个不用管，就知道有一个寄存器的标志位0表示用户态，1表示核心态）中有一个二进制位控制这两种模式。

对于应用程序而言，有的程序能执行特权指令，有的程序只能执行非特权指令。因此操做系统里的程序又分为两种：

2.2 操做系统内核简单介绍

从下图，咱们先看看操做系统内核包含哪些

操做系统内核中跟硬件紧密相关的部分有：

时钟管理。操做系统的时钟管理是依靠硬件定时器的（具体硬件怎么实现我也不太清楚，好像是靠硬件周期性的产生一个脉冲信号实现的）。时钟管理至关重要，好比咱们获取时间信息，进程切换等等都是要依靠时钟管理。
中断处理（下一小节会详细介绍）。
原语（后面会有案例提到）。如今能够简单理解为用来实现某个特定功能，在执行过程当中不可被中断的指令集合。原语有一个很是重要的特性，就是原子性（其运行一鼓作气，不可中断）。

2.3 中断

在程序运行过程当中，系统出现了一个必须由CPU当即处理的状况，此时，CPU暂时停止程序的执行转而处理这个新的状况的过程就叫作中断。

下面举一个例子：

第一个应用程序在用户态执行了一段时间后接着操做系统切换到核心态，处理中断信号

操做系统发现中断的信号是第一个程序的时间片（每一个程序不能一直执行，CPU会给每一个程序必定的执行时间，这段时间就是时间片）用完了，应该换第二个应用程序执行了
切换到第2个进程后，操做系统会将CPU的使用权交换给第二个应用程序，接着第二个应用程序就在用户态下开始执行。
进程2须要调用打印机资源，这时会执行一个系统调用（后面会讲系统调用，这里简单理解为须要操做系统进入核心态处理的函数），让操做系统进入核心态，去调用打印机资源
打印机开始工做，此时进程2由于要等待打印机启动，操做系统就不等待了（等到打印机准备好了，再回来执行程序2），直接切换到第三个应用程序执行
等到打印机准备好了，此时打印机经过I/O控制器会给操做系统发出一个中断信号，操做系统又进入到核心态，发现这个中断是由于程序2等待打印机资源，如今打印机准备好了，就切换到程序2，切换到用户态，把CPU给程序2继续执行。

好了，如今能够给出一个结论，就是用户态、核心态之间的切换是怎么实现的?

"用户态 ---> 核心态"是经过中断实现的。而且中断时惟一途径。
"核心态 ---> 用户态"的切换时经过执行一个特权指令，将程序状态的标志位设为用户态。

2.4 中断的分类

举一个例子，什么是内中断和外中断：

接着说以前的范桶同窗，小时候不爱学习，每次学习着学习着忽然异想天开，回过神来已通过好好长一段时间，这是内部中断。想着想着老师走过来，给了范捅一嘴巴，这是外部中断。

官方解释以下：

内中断常见的状况如程序非法操做(好比你要拿的的数据的内存地址不是内存地址，是系统没法识别的地址)，地址越界(好比系统给你的程序分配了一些内存，可是你访问的时候超出了你应该访问的内存范围)、浮点溢出(好比系统只能表示1.1到5.1的范围，你输入一个100, 超出了计算机能处理的范围)，或者异常，陷入trap（是指应用程序请求系统调用形成的，什么是系统调用，后面小节会举例讲）。
外中断常见的状况如I/O中断（由I/O控制器产生，用于发送信号通知操做完成等信号，好比进程须要请求打印机资源，打印机有一个启动准备的过程，准备好了就会给CPU一个I/O中断，告诉它已经准备好了）、时钟中断（由处理器内部的计时器产生，容许操做系统以必定规程执行函数，操做系统每过大约15ms会进行一次线程调度，就是利用时钟中断来实现的）。

2.5 系统调用

为何须要系统调用？

好比你的程序须要读取文件信息，可读取文件属于读取硬盘里的数据，这个操做应该时CPU在内核态去完成的，咱们的应用程序怎么让CPU去帮助咱们切换到内核态完成这个工做呢，这里就须要系统调用了。
这里就引出系统调用的概念和做用。
应用程序经过系统调用请求操做系统的服务。系统中的各类共享资源都由操做系通通一管理，所以在用户程序中，凡是与资源有关的操做（如存储分配、I/O操做、文件管理等），都必须经过系统调用的方式向操做系统提出服务请求，由操做系统代为完成。

如下内容简单看一下便可，系统调用的分类：

须要注意的是，库函数和系统调用容易混淆。

库是可重用的模块 处于用户态
进程经过系统调用从用户态进入内核态，库函数中有很大部分是对系统调用的封装

举个例子：好比windows和linux中，建立进程的系统调用方法是不同的。但在node中的只须要调用相同函数方法就能够建立一个进程。例如

// 引入建立子进程的模块
const childProcess = require('child_process')
// 获取cpu的数量
const cpuNum = require('os').cpus().length

// 建立与cpu数量同样的子进程
for (let i = 0; i < cpuNum; ++i) {
  childProcess.fork('./worker.js')
}
复制代码

2.6 进程的定义、组成、组织方式、状态与转换

2.6.1 为何要引入进程的概念呢？

早期的计算机只支持单道程序（是指全部进程一个一个排队执行，A进程执行时，CPU、内存、I/O设备全是A进程控制的，等A进程执行完了，才换B进程，而后对应的资源好比CPU、内存这些才能换B用）。

现代计算机是多道程序执行，就是同时看起来有多个程序在一块儿执行，那每一个程序执行都须要系统分配给它资源来执行，好比CPU、内存。
拿内存来讲，操做系统要知道给A程序分配的内存有哪些，给B程序分配的内存有哪些，这些都要有小本本记录下来，这个小本本就是进程的一部分，进程的一大职责就是记录目前程序运行的状态。
系统为每一个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各类信息（好比代码段放在哪）。

2.6.2 进程的定义？

简要的说，进程就是具备独立功能的程序在数据集合上运行的过程。(强调动态性)

2.6.3 PCB有哪些组成

以下图，分别说明一下

进程标识符PID至关于身份证。是在进程被建立时，操做系统会为该进程分配一个惟一的、不重复的ID，用于区分不一样的进程。
用户标识符UID用来表示这个进程所属的用户是谁。
进程当前状态和优先级下一小节会详细介绍
程序段指针是指当前进程的程序在内存的什么地方。
数据段指针是指当前进程的数据在内存的什么地方。
键盘和鼠标是指进程被分配获得的I/O设备。
各类寄存器值是指好比把程序计数器的值，好比有些计算的结果算到一半，进程切换时须要把这些值保存下来。

2.6.4 进程的组织

在一个系统中，一般由数10、数百乃至数千个PCB。为了对他们加以有效的管理，应该用适当的方式把这些PCB组织起来。这里介绍一种组织方式，相似数据结构里的链表。

2.6.5 进程的状态

进程是程序的一次执行。在这个执行过程当中，有时进程正在被CPU处理，有时又须要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各类变化。为了方便对各个进程的管理，操做系统须要将进程合理地划分为几种状态。

进程的三种基本状态：

进程的另外两种状态：

2.6.6 进程状态的转换

进程的状态并非一成不变的，在必定状况下会动态转换。

以上的这些进程状态的转换是如何实现的呢，这就要引出下一个角色了，叫`原语。

原语是不可被中断的原子操做。咱们举一个例子看看原语是怎么保证不可中断的。

原语采用关中断指令和开中断指令实现。

首先执行关中断指令
而后外部来了中断信号，不予以处理
等到开中断指令执行后，其余中断信号才有机会处理。

2.6 进程的通讯

为何须要进程间通讯呢？

由于进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），所以各进程拥有的内存地址空间相互独立。

2.6.1 进程通讯方法---共享存储

由于两个进程的存储空间不能相互访问，因此操做系统就提供的一个内存空间让彼此都能访问，这就是共享存储的原理。

其中，介绍一下基于存储区的共享。

在内存中画出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都是由进程控制，而不是操做系统。

2.6.2 进程通讯方法---管道

管道数据是以字符流（注意不是字节流）的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走。当读进程将数据所有取走后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将被阻塞。
若是没写满就不容许读。若是都没空就不容许写。
数据一旦被读出，就从管道中被丢弃，这就意味着读进程最多只能有一个。

2.6.3 进程通讯方法---消息传递

进程间的数据交换以格式化的消息为单位。进程经过操做系统提供的"发送消息/接收消息"两个原语进行数据交换。

其中消息是什么意思呢？就好像你发QQ消息，消息头的来源是你，消息体是你发的内容。以下图：

接下来咱们介绍一种间接通讯的方式（很像中介者模式或者发布订阅模式）, 以下图：中介者是信箱，进程经过它来收发消息。

2.7 线程

为何要引入线程呢？

好比你在玩QQ的时候，QQ是一个进程，若是QQ的进程里没有多线程并发，那么QQ进程就只能同一时间作一件事情（好比QQ打字聊天）
可是咱们真实的场景是QQ聊天的同时，还能够发文件，还能够视频聊天，这说明若是QQ没有多线程并发能力，QQ可以的实用性就大大下降了。因此咱们须要线程，也就是须要进程拥有可以并发多个事件的能力。

引入线程后带来的变化

3 进程的同步和互斥

同步。是指多个进程中发生的事件存在某种前后顺序。即某些进程的执行必须先于另外一些进程。

好比说进程A须要从缓冲区读取进程B产生的信息，当缓冲区为空时，进程B由于读取不到信息而被阻塞。而当进程A产生信息放入缓冲区时，进程B才会被唤醒。概念如图1所示。

互斥。是指多个进程不容许同时使用同一资源。当某个进程使用某种资源的时候，其余进程必须等待。

好比进程B须要访问打印机，但此时进程A占有了打印机，进程B会被阻塞，直到进程A释放了打印机资源,进程B才能够继续执行。概念如图3所示。

3.1 信号量（了解概念便可）

信号量主要是来解决进程的同步和互斥的，咱们前端须要了解，若是涉及到同步和互斥的关系（咱们编程大多数关于流程的逻辑问题，本质不就是同步和互斥吗？）

在操做系统中，经常使用P、V信号量来实现进程间的同步和互斥，咱们简单了解一下一种经常使用的信号量，记录型信号量来简单了解一下信号量本质是怎样的。（c语言来表示，会有备注）

/*记录型信号量的定义*/
typedef struct {
    int value; // 剩余资源
    Struct process *L // 等待队列
} semaphore
复制代码

意思是信号量的结构有两部分组成，一部分是剩余资源value，好比目前有两台打印机空闲，那么剩余资源就是2，谁正在使用打印机，剩余资源就减1。

Struct process *L 意思是，好比2台打印机都有人在用，这时候你的要用打印机，此时会把这个打印机资源的请求放入阻塞队列，L就是阻塞队列的地址。

/*P 操做，也就是记录型信号量的请求资源操做*/
void wait (semaphore S) {
    S.value--;
    if (S.value < 0){
        block (S.L);
    }
}
复制代码

须要注意的是，若是剩余资源数不够，使用block原语使进程从运行态进入阻塞态，并把挂到信号量S的等待队列中。

/*V 操做，也就是记录型信号量的释放资源操做*/
void singal (semaphore S) {
    S.value++;
    if (S.value <= 0){
        wakeup (S.L);
    }
}
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释放资源后，若还有别的进程在等待这个资源，好比打印机资源，则使用wakeup原语唤醒等待队列中的一个进程，该进程从阻塞态变为继续态。

3.2 生产者消费者问题（了解概念便可）

为何要讲这个呢，主要是node的流的机制，本质就是生产者消费者问题，能够简单的看看这个问题如何解决。

如上图，生产者的主要做用是生成必定量的数据放到缓冲区中，而后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

这里咱们须要两个同步信号量和一个互斥信号量

// 互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphore mutex = 1;
// 同步信号量，表示目前还能够生产几个产品
semaphore empty = n;
// 同步信号量，表示目前能够消耗几个产品
semaphore full = 0;
复制代码

生产者代码以下

producer () {
    while(1) {
        // 生产一个产品
        P(empty);
        // 对缓冲区加锁
        P(mutex);
        这里的代码是生产一个产品
        // 解锁
        V(mutex);
        // 产出一个产品
        V(full);
    }
}

复制代码

消费者代码以下

producer () {
    while(1) {
        // 消费一个产品
        P(full);
        // 对缓冲区加锁
        P(mutex);
        这里的代码是消费一个产品
        // 解锁
        V(mutex);
        // 消费一个产品
        V(empty);
    }
}

复制代码

4 内存的基础知识和概念

为何须要内存

内存是计算机其它硬件设备与CPU沟通的桥梁、中转站。程序执行前须要先放到内存中才能被CPU处理。

4.1 cpu如何区分执行程序的数据在内存的什么地方

是经过给内存的存储单元编址实现的。（存储单元通常是以字节为单位）
以下图，内存的存储单元，就像一个酒店的房间，都有编号，好比程序一的数据都在1楼，1楼1号存储着程序里let a = 1这段代码。

4.2 内存管理-内存空间的分配与回收

内存分配分为连续分配和非连续分配，连续分配是指用户进程分配的必须是一个连续的内存空间。
这里咱们只讲连续分配中的动态分区分配。
什么是动态分区分配呢，这种分配方式不会预先划份内存分区，而是在进程装入内存时，根据进程的大小动态地创建分区，并使分区的大小正好适合进程的须要。（好比，某计算机内存大小64MB，系统区8MB，用户区56MB...，如今咱们有几个进程要装入内存，以下图）

随之而来的问题就是，若是此时进程1使用完了，相应在内存上的数据也被删除了，那么空闲的区域，后面该怎么分配（也就是说随着进程退出，会有不少空闲的内存区域出现）

咱们讲一种较为简单的处理方法叫空闲分区表法来解决这个问题。以下图，右侧的表格就是一个空闲分区表。

当不少个空闲分区都能知足需求时，应该选择哪一个分区进行分配呢，例以下图，分别有20MB，10MB，4MB三个空闲分区块，如今进程5须要4MB空闲分区，改怎么分配呢？

咱们须要按照必定的动态分区分配算法，好比有首次适应算法，指的是每次都从低地址开始查找，找到第一个能知足大小的空闲分区。还有好比最佳适应算法，指的是从空闲分区表中找到最小的适合分配的分区块来知足需求。

连续分配缺点很明显，大多数状况，须要分配的进程大小，不能跟空闲分区剩下的大小彻底同样，这样就产生不少很难利用的内存碎片。

这里咱们介绍一种更好的空闲分区的分配方法，基本分页存储。以下图

将内存空间分为一个个大小相等的分区（好比：每一个分区4KB）.每一个分区就是一个“页框”。页框号从0开始。

将用户进程的地址空间分为与页框大小相等的一个个区域，称为“页”。每一个页也是从0开始。

5 文件管理

文件是什么？

文件就是一组有意义的信息/数据集合。

计算机中存放了各类各样的文件，一个文件有哪些属性呢？文件内部的数据应该怎样组织起来？文件之间又该怎么组织起来？

5.1 文件的属性

文件名。即文件的名字，须要注意的是，同一目录下不容许有重名的文件。
标识符。操做系统用于区分各个文件的一种内部的名称。
类型。文件的类型。
位置。文件存放的路径，同时也是在硬盘里的位置（须要转换成物理硬盘上的地址）
建立时间、上次修改时间、文件全部者就是字面意思。
保护信息。好比对这个文件的执行权限，是否有删除文件权限，修改文件权限等等。

5.2 文件内部数据如何组织在一块儿

以下图，文件主要分为有结构文件和无结构文件。

5.3 文件之间如何组织起来

经过树状结构组织的。例如windows的文件间的组织关系以下：

接下来咱们详细的了解一下文件的逻辑结构

5.4 文件的逻辑结构

逻辑结构是指，在用户看来，文件内部的数据是如何组织起来的，而“物理结构”是在操做系统看来，文件是如何保存在外存，好比硬盘中的。

好比，“线性表”就是一种逻辑结构，在用户看来，线性表就是一组有前后关系的元素序列，如：a,b,c,d,e....

“线性表”这种逻辑结构能够用不一样的物理结构实现，好比：顺序表/链表。顺序表的各个元素在逻辑上相邻，在物理上也相邻：而链表的各个元素在物理上能够是不相邻的。
所以，顺序表能够实现“随机访问”，而“链表”没法实现随机访问。

接下来我了解一下有结构文件的三种逻辑结构

5.4.1 顺序文件

什么是顺序文件

指的是文件中的记录一个接一个地在逻辑上是顺序排列，记录能够是定长或变长，各个记录在物理上能够顺序存储或链式存储

顺序文件按结构来划分，能够分为串结构和顺序结构。
串结构是指记录之间的顺序与关键字无关，一般都是按照记录的时间决定记录的顺序。
顺序结构就必须保证记录之间的前后顺序按关键字排列。

这里须要注意的知识点是，顺序文件的存储方式和是否按关键字排列，会影响数据是否支持随机存取和是否能够快速按关键字找到对应记录的功能。

能够看到，顺序文件按顺序存放对于查找是很是有帮助的，咱们在记录文件的时候也能够注意利用这一点。

5.4.2 索引文件

对于可变长记录文件，要找到第i个记录，必须先顺序查找前i-1个记录（也就是须要遍历一遍），可是不少场景中又必须使用可变长记录，如何解决这个问题呢？这就引出来立刻讲的索引文件

给这些变长的记录都用一张索引表来记录，一个索引表项包括了索引号，长度和指针。
其中，能够将关键字做为索引号的内容，若是关键字自己的排列是有序的，那么还能够按照关键字进行折半查找。这里是关键，由于咱们平时用mysql数据库对某个字段假如索引，就是这个道理。
可是创建索引表的问题也很明显，首先若要删除/增长一个记录，同时也要对索引表操做，其次，若是增长一条记录才1KB，可是索引表增长i一条记录可能有8KB，以致于索引表的体积大大多于记录。存储空间的利用率就比较低。

5.4.3 索引顺序文件

索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中，一样会为文件创建一张索引表，但不一样的是，并非每一个记录对应一个索引表项，而是一组记录对应一个索引表项。

如上图，学生记录按照学生姓名的开头字母进行分组。每一个分组就是一个顺序文件，分组内的记录不须要按关键字排序

5.5 文件目录

首先，咱们须要了解一下文件控制块是什么。咱们假设目前在windows的D盘，以下图

能够看到，目录自己就是一种有结构的文件，记录了目录里的文件和目录的信息，好比名称和类型。而这些一条条的记录就是一个个的“文件控制块”（FCB）。

文件目录的结构一般是树状的，例如linux里/是指根路径，/home是根路径下的二级目录

须要注意的是，树状目录不容易实现文件共享，因此在树形目录结构的基础上，增长了一些指向同一节点的有向边（能够简单理解为引用关系，就跟js里的对象同样）
也就是说须要为每一个共享节点设置一个共享计数器，用于记录此时有多少个地方在共享该结点。只有共享计数器减为0，才删除该节点。

文件分配方式（物理分配）

咱们这里介绍一种索引分配的方式：

索引分配容许文件离散地分配在各个磁盘块中，系统会为每一个文件创建一张索引表，索引表记录了文件各个逻辑块对应的物理块。索引表存放的磁盘块称为索引快。文件数据存放的磁盘块称为数据块。

如上图，假设某个新建立的文件'aaa'的数据依次存放磁盘块2->5->13>9。7号磁盘块做为’aaa‘的索引块，索引块保存了索引表的内容

文件的逻辑分配和物理分配

上面咱们讲到了文件的逻辑分配，是站在用户视角的分配，物理分配是站在操做系统的角度的分配，分配的是实际的物理磁盘里的空间。

举个例子，咱们用户看到的文件，意识里都是顺序排列的，好比说，excel表有100行数据，用户看来这100行数据就是连续的。

在操做系统的视角，它能够把这100行数据分为一个个的数据块，好比跟磁盘块（假设磁盘块是1kb大小）同样都是1kb，拆分后的数据可使用索引表的形式分配（也就是咱们上面才讲了的，索引分配的方式，打散分配在实际的物理磁盘里）

5.6 文件存储空间管理

首先，咱们了解一下磁盘分为目录区和文件区。

接着，咱们了解一下常见的两种文件存储空间的管理算法，以下图，假如硬盘上空闲的数据块是蓝色，非空闲的数据块是橙色。

对分配连续的存储空间，能够采用空闲表法（只讲这种较简单的方法）来分配和回收磁盘块。对于分配，能够采用首次适应，最佳适应等算法来决定要为文件分配哪一个区间。（空闲表表示以下）

首次适应是指当要插入数据的时候，空闲表会依次检查空闲表中的表项，而后找到第一个知足条件的空闲区间。
最佳适应算法是指当要插入数据的时候，空闲表会依次检查空闲表中的表项，而后找到知足条件并且空闲块最小的空闲区间。

再讲一种位示图法

以下图：

每个二进制位对应一个磁盘块，好比上面0表示空闲块，1表示已分配的块。并且咱们能够经过必定的公式，能够从示图表的横纵坐标推断出物理块的实际地址，也能够从物理块的实际地址推断出在表里的横纵坐标。

5.7 文件共享

文件共享分为两种

注意，多个用户共享同一个文件，意味着系统只有“一份”文件数据。而且只要某个用户修改了该文件的数据，其余用户也能够看到文件的变化。
软链接能够理解为windows里的快捷方式。
硬连接能够理解为js里的引用计数，只有引用为0的时候，才会真正删除这个文件。

5.8 文件保护

操做系统须要保护文件的安全，通常有以下3种方式：

口令保护。是指为文件设置一个“口令”（好比123），用户请求访问该文件时必须提供对应的口令。口令通常放在文件对应的FCB或者索引结点上。
加密保护。使用某个"密码"对文件进行加密，在访问文件时须要提供正确的“密码”才能对文件进行正确的解密。
访问控制。在每一个文件的FCB或者索引节点种增长一个访问控制列表，该表中记录了各个用户能够对该文件执行哪些操做。

总结文件系统这块的内容

咱们举一个实际案例，把上面的内容总结一下。

假如咱们当前的操做系统采用以下的文件系统管理方式：

文件的物理结构 --- 索引分配（混合索引）
文件目录的实现 --- inode结点
空闲分区管理 --- 位示图法

那么咱们假设0号磁盘块就是装载位示图的磁盘块，用来管理哪些磁盘是空闲的哪些是正在使用的。

由于这里咱们已经使用了0号块，位示图的第一项就是1

接着咱们把磁盘块第二块用来放inode节点，也就是文件目录索引节点，意思是文件目录下存放的只有文件名和索引节点的位置，要知道文件的详细信息，就要靠着

假设2号磁盘块存放了咱们根目录信息，而自己目录其实也是一种特殊的文件，也在inode节点表里有本身的信息，1号磁盘块增长相似以下信息：

类型：目录
存放在：2号磁盘块
复制代码

2号磁盘块里面存放了一个你好.txt文件，那么2号磁盘块会增长一行信息，相似

文件名：你好.txt
inode结点：2
复制代码

这就意味着，2号inode节点存放了你好.txt文件的具体磁盘块在哪，因此在1号磁盘块的2号inode节点增长

类型：txt
存放在：三、4号磁盘块
复制代码

为何要放到三、4号磁盘块呢，由于咱们有位示图，知道哪些磁盘块是空闲的就分配给它，一扫描发现三、4正空闲并且知足存放这个文件的条件，就分配出去了。

咱们在细分一下这里的三、4号磁盘块是什么意思，由于咱们物理磁盘块分配的方法是混合索引，其实三、4号磁盘块表示的形式以下：

直接索引：3号磁盘块
直接索引：4号磁盘块
复制代码

上面只涉及到直接索引，咱们其实还能够有1级索引，2级索引，这些索引指向的是一个索引表，咱们这里就不详细叙述了（以前交过索引块和索引表）。

到这里咱们们就基本明白了一个文件系统的基本运行原理。

6 I/O设备

什么是I/O设备

I/O就是输入输出(Input/Output)的意思，I/O设备就是能够将数据输入到计算机，或者能够接收计算机输出数据的外部设备，属于计算机中的硬件部件。

6.1 I/O设备分类--按使用特性

人机交互类设备，这类设备传输数据的速度慢

存储设备，这类设备传输数据的速度较快

网络通讯设备，这类设备的传输速度介于人机交互设备和存储设备之间

6.2 I/O控制器

CPU没法直接控制I/O设备的机械部件，所以I/O设备还要有一个电子部件做为CPU和I/O设备机械部件之间的“中介”，用于实现CPU对设备的控制。这个电子部件就是I/O控制器。

接收和识别CPU发出的指令是指，好比CPU发来读取文件的命令，I/O控制器中会有相应的控制寄存器来存放命令和参数
向cpu报告设备的状态是指，I/O控制器会有相应的状态寄存器，用来记录I/O设备是否空闲或者忙碌
数据交换是指I/O控制器会设置相应的数据寄存器。输出时，数据寄存器用于暂存CPU发来的数据，以后再由控制器传送给设备。
地址识别是指，为了区分设备控制器中的各个寄存器中的各个寄存器，也须要给各个寄存器设置一个特性的“地址”。I/O控制器经过CPU提供的“地址”来判断CPU要读写的是哪一个寄存器

6.3 I/O控制方式

这里咱们指讲一下目前比较先进的方式，通道控制方式。
通道能够理解为一种“弱鸡版CPU”。通道能够识别并执行一系列通道指令。

通道最大的优势是极大的减小了CPU的干预频率，I/O设备完成任务，通道会向CPU发出中断，不须要轮询来问I/O设备是否完成CPU下达的任务。

本文完结。

预告：后面会有数据结构入门知识（经常使用的数据结构以及在内存的存储形式，并对比其增删改查的时间复杂度）

注：本文绝大多数资料来源于如下的学习视频资料