操作系統(tǒng)面試題

1、什么是進程(Process)和線程(Thread)?有何區(qū)別?

進程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。線程是進程的一個實體，是CPU調(diào)度和分派的基本單位，它是比進程更小的能獨立運行的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數(shù)器，一組寄存器和棧)，但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。

進程與應(yīng)用程序的區(qū)別在于應(yīng)用程序作為一個靜態(tài)文件存儲在計算機系統(tǒng)的硬盤等存儲空間中，而進程則是處于動態(tài)條件下由操作系統(tǒng)維護的系統(tǒng)資源管理實體。

2、Windows下的內(nèi)存是如何管理的?

Windows提供了3種方法來進行內(nèi)存管理：虛擬內(nèi)存，最適合用來管理大型對象或者結(jié)構(gòu)數(shù)組;內(nèi)存映射文件，最適合用來管理大型數(shù)據(jù)流(通常來自文件)以及在單個計算機上運行多個進程之間共享數(shù)據(jù);內(nèi)存堆棧，最適合用來管理大量的小對象。

Windows操縱內(nèi)存可以分兩個層面：物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存。

其中物理內(nèi)存由系統(tǒng)管理，不允許應(yīng)用程序直接訪問，應(yīng)用程序可見的只有一個2G地址空間，而內(nèi)存分配是通過堆進行的。對于每個進程都有自己的默認堆，當一個堆創(chuàng)建后，就通過虛擬內(nèi)存操作保留了相應(yīng)大小的地址塊(不占有實際的內(nèi)存，系統(tǒng)消耗很小)。當在堆上分配一塊內(nèi)存時，系統(tǒng)在堆的地址表里找到一個空閑塊(如果找不到，且堆創(chuàng)建屬性是可擴充的，則擴充堆大小)，為這個空閑塊所包含的所有內(nèi)存頁提交物理對象(在物理內(nèi)存上或硬盤的交換文件上)，這時就可以訪問這部分地址。提交時，系統(tǒng)將對所有進程的內(nèi)存統(tǒng)一調(diào)配，如果物理內(nèi)存不夠，系統(tǒng)試圖把一部分進程暫時不訪問的頁放入交換文件，以騰出部分物理內(nèi)存。釋放內(nèi)存時，只在堆中將所在的頁解除提交(相應(yīng)的物理對象被解除)，繼續(xù)保留地址空間。

如果要知道某個地址是否被占用/可不可以訪問，只要查詢此地址的虛擬內(nèi)存狀態(tài)即可。如果是提交，則可以訪問。如果僅僅保留，或沒保留，則產(chǎn)生一個軟件異常。此外，有些內(nèi)存頁可以設(shè)置各種屬性。如果是只讀，向內(nèi)存寫也會產(chǎn)生軟件異常。

3、Windows消息調(diào)度機制是?

A)指令隊列;B)指令堆棧;C)消息隊列;D)消息堆棧

答案：C

處理消息隊列的順序。首先Windows絕對不是按隊列先進先出的次序來處理的，而是有一定優(yōu)先級的。優(yōu)先級通過消息隊列的狀態(tài)標志來實現(xiàn)的。首先，最高優(yōu)先級的是別的線程發(fā)過來的消息(通過sendmessage);其次，處理登記消息隊列消息;再次處理QS_QUIT標志，處理虛擬輸入隊列，處理wm_paint;最后是wm_timer。

4、描述實時系統(tǒng)的基本特性

在特定時間內(nèi)完成特定的任務(wù)，實時性與可靠性。

所謂“實時操作系統(tǒng)”，實際上是指操作系統(tǒng)工作時，其各種資源可以根據(jù)需要隨時進行動態(tài)分配。由于各種資源可以進行動態(tài)分配，因此，其處理事務(wù)的能力較強、速度較快。

5、中斷和輪詢的特點

對I/O設(shè)備的程序輪詢的方式，是早期的計算機系統(tǒng)對I/O設(shè)備的一種管理方式。它定時對各種設(shè)備輪流詢問一遍有無處理要求。輪流詢問之后，有要求的，則加以處理。在處理I/O設(shè)備的要求之后，處理機返回繼續(xù)工作。盡管輪詢需要時間，但輪詢要比I/O設(shè)備的速度要快得多，所以一般不會發(fā)生不能及時處理的問題。當然，再快的處理機，能處理的輸入輸出設(shè)備的數(shù)量也是有一定限度的。而且，程序輪詢畢竟占據(jù)了CPU相當一部分處理時間，因此，程序輪詢是一種效率較低的方式，在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中已很少應(yīng)用。

程序中斷通常簡稱中斷，是指CPU在正常運行程序的過程中，由于預先安排或發(fā)生了各種隨機的內(nèi)部或外部事件，使CPU中斷正在運行的程序，而轉(zhuǎn)到為響應(yīng)的服務(wù)程序去處理。

輪詢——效率低，等待時間很長，CPU利用率不高。

中斷——容易遺漏一些問題，CPU利用率高。

6、什么是臨界區(qū)?如何解決沖突?

每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)，每次只準許一個進程進入臨界區(qū)，進入后不允許其他進程進入。

(1)如果有若干進程要求進入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個進程進入;

(2)任何時候，處于臨界區(qū)內(nèi)的進程不可多于一個。如已有進程進入自己的臨界區(qū)，則其它所有試圖進入臨界區(qū)的進程必須等待;

(3)進入臨界區(qū)的進程要在有限時間內(nèi)退出，以便其它進程能及時進入自己的臨界區(qū);

(4)如果進程不能進入自己的臨界區(qū)，則應(yīng)讓出CPU，避免進程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象。

7、說說分段和分頁

頁是信息的物理單位，分頁是為實現(xiàn)離散分配方式，以消減內(nèi)存的外零頭，提高內(nèi)存的利用率;或者說，分頁僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要，而不是用戶的需要。

段是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對完整的信息。分段的目的是為了能更好的滿足用戶的需要。

頁的大小固定且由系統(tǒng)確定，把邏輯地址劃分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，是由機器硬件實現(xiàn)的，因而一個系統(tǒng)只能有一種大小的頁面。段的長度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序，通常由編輯程序在對源程序進行編輯時，根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。

分頁的作業(yè)地址空間是一維的，即單一的線性空間，程序員只須利用一個記憶符，即可表示一地址。分段的作業(yè)地址空間是二維的，程序員在標識一個地址時，既需給出段名，又需給出段內(nèi)地址。

8、說出你所知道的保持進程同步的方法?

進程間同步的主要方法有原子操作、信號量機制、自旋鎖、管程、會合、分布式系統(tǒng)等。

9、Linux中常用到的命令

顯示文件目錄命令ls 如ls

改變當前目錄命令cd 如cd /home

建立子目錄mkdir 如mkdir xiong

刪除子目錄命令rmdir 如rmdir /mnt/cdrom

刪除文件命令rm 如rm /ucdos.bat

文件復制命令cp 如cp /ucdos /fox

獲取幫助信息命令man 如man ls

顯示文件的內(nèi)容less 如less mwm.lx

重定向與管道type 如type readme>>direct，將文件readme的內(nèi)容追加到文direct中

10、Linux文件屬性有哪些?(共十位)

-rw-r--r--那個是權(quán)限符號，總共是- --- --- ---這幾個位。

第一個短橫處是文件類型識別符：-表示普通文件;c表示字符設(shè)備(character);b表示塊設(shè)備(block);d表示目錄(directory);l表示鏈接文件(link);后面第一個三個連續(xù)的短橫是用戶權(quán)限位(User)，第二個三個連續(xù)短橫是組權(quán)限位(Group)，第三個三個連續(xù)短橫是其他權(quán)限位(Other)。每個權(quán)限位有三個權(quán)限，r(讀權(quán)限)，w(寫權(quán)限)，x(執(zhí)行權(quán)限)。如果每個權(quán)限位都有權(quán)限存在，那么滿權(quán)限的情況就是：-rwxrwxrwx;權(quán)限為空的情況就是- --- --- ---。

權(quán)限的設(shè)定可以用chmod命令，其格式位：chmod ugoa+/-/=rwx filename/directory。例如：

一個文件aaa具有完全空的權(quán)限- --- --- ---。

chmod u+rw aaa(給用戶權(quán)限位設(shè)置讀寫權(quán)限，其權(quán)限表示為：- rw- --- ---)

chmod g+r aaa(給組設(shè)置權(quán)限為可讀，其權(quán)限表示為：- --- r-- ---)

chmod ugo+rw aaa(給用戶，組，其它用戶或組設(shè)置權(quán)限為讀寫，權(quán)限表示為：- rw- rw- rw-)

如果aaa具有滿權(quán)限- rwx rwx rwx。

chmod u-x aaa(去掉用戶可執(zhí)行權(quán)限，權(quán)限表示為：- rw- rwx rwx)

如果要給aaa賦予制定權(quán)限- rwx r-x r-x，命令為：

chmod u=rwx，go=rx aaa

11、makefile文件的作用是什么?

一個工程中的源文件不計其數(shù)，其按類型、功能、模塊分別放在若干個目錄中。makefile定義了一系列的規(guī)則來指定哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進行更復雜的功能操作。因為makefile就像一個Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。makefile帶來的好處就是——“自動化編譯”。一旦寫好，只需要一個make命令，整個工程完全自動編譯，極大地提高了軟件開發(fā)的效率。make是一個命令工具，是一個解釋makefile中指令的命令工具。一般來說，大多數(shù)的IDE都有這個命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make�？梢�，makefile都成為了一種在工程方面的編譯方法。

12、簡術(shù)OSI的物理層Layer1，鏈路層Layer2，網(wǎng)絡(luò)層Layer3的任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層：通過路由選擇算法，為報文或分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂健?/p>

鏈路層：通過各種控制協(xié)議，將有差錯的物理信道變?yōu)闊o差錯的、能可靠傳輸數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)鏈路。

物理層：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸。

13、什么是中斷?中斷時CPU做什么工作?

中斷是指在計算機執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非尋常的或非預期的急需處理事件，使得CPU暫時中斷當前正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序。待處理完畢后又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行或調(diào)度新的進程執(zhí)行的過程。

14、你知道操作系統(tǒng)的內(nèi)容分為幾塊嗎?什么叫做虛擬內(nèi)存?他和主存的關(guān)系如何?內(nèi)存管理屬于操作系統(tǒng)的內(nèi)容嗎?

操作系統(tǒng)的主要組成部分：進程和線程的管理，存儲管理，設(shè)備管理，文件管理。虛擬內(nèi)存是一些系統(tǒng)頁文件，存放在磁盤上，每個系統(tǒng)頁文件大小為4K，物理內(nèi)存也被分頁，每個頁大小也為4K，這樣虛擬頁文件和物理內(nèi)存頁就可以對應(yīng)，實際上虛擬內(nèi)存就是用于物理內(nèi)存的臨時存放的磁盤空間。頁文件就是內(nèi)存頁，物理內(nèi)存中每頁叫物理頁，磁盤上的頁文件叫虛擬頁，物理頁+虛擬頁就是系統(tǒng)所有使用的頁文件的總和。

15、線程是否具有相同的堆棧?dll是否有獨立的堆棧?

每個線程有自己的堆棧。

dll是否有獨立的堆棧?這個問題不好回答，或者說這個問題本身是否有問題。因為dll中的代碼是被某些線程所執(zhí)行，只有線程擁有堆棧。如果dll中的代碼是exe中的線程所調(diào)用，那么這個時候是不是說這個dll沒有獨立的堆棧?如果dll中的代碼是由dll自己創(chuàng)建的線程所執(zhí)行，那么是不是說dll有獨立的堆棧?

以上講的是堆棧，如果對于堆來說，每個dll有自己的堆，所以如果是從dll中動態(tài)分配的內(nèi)存，最好是從dll中刪除;如果你從dll中分配內(nèi)存，然后在exe中，或者另外一個dll中刪除，很有可能導致程序崩潰。

16、什么是緩沖區(qū)溢出?有什么危害?其原因是什么?

緩沖區(qū)溢出是指當計算機向緩沖區(qū)內(nèi)填充數(shù)據(jù)時超過了緩沖區(qū)本身的容量，溢出的數(shù)據(jù)覆蓋在合法數(shù)據(jù)上。

危害：在當前網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)安全中，被廣泛利用的50%以上都是緩沖區(qū)溢出，其中最著名的例子是1988年利用fingerd漏洞的蠕蟲。而緩沖區(qū)溢出中，最為危險的是堆棧溢出，因為入侵者可以利用堆棧溢出，在函數(shù)返回時改變返回程序的地址，讓其跳轉(zhuǎn)到任意地址，帶來的危害一種是程序崩潰導致拒絕服務(wù)，另外一種就是跳轉(zhuǎn)并且執(zhí)行一段惡意代碼，比如得到shell，然后為所欲為。通過往程序的緩沖區(qū)寫超出其長度的內(nèi)容，造成緩沖區(qū)的溢出，從而破壞程序的堆棧，使程序轉(zhuǎn)而執(zhí)行其它指令，以達到攻擊的目的。

造成緩沖區(qū)溢出的主原因是程序中沒有仔細檢查用戶輸入的參數(shù)。

17、什么是死鎖?其條件是什么?怎樣避免死鎖?

死鎖的概念：在兩個或多個并發(fā)進程中，如果每個進程持有某種資源而又都等待別的進程釋放它或它們現(xiàn)在保持著的資源，在未改變這種狀態(tài)之前都不能向前推進，稱這一組進程產(chǎn)生了死鎖。通俗地講，就是兩個或多個進程被無限期地阻塞、相互等待的一種狀態(tài)。

死鎖產(chǎn)生的原因主要是：? 系統(tǒng)資源不足;? 進程推進順序非法。

產(chǎn)生死鎖的必要條件：

(1)互斥(mutualexclusion)，一個資源每次只能被一個進程使用;

(2)不可搶占(nopreemption)，進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能強行剝奪;

(3)占有并等待(hold andwait)，一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放;

(4)環(huán)形等待(circularwait)，若干進程之間形成一種首尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

這四個條件是死鎖的必要條件，只要系統(tǒng)發(fā)生死鎖，這些條件必然成立，而只要上述條件之一不滿足，就不會發(fā)生死鎖。

死鎖的解除與預防：理解了死鎖的原因，尤其是產(chǎn)生死鎖的四個必要條件，就可以最大可能地避免、預防和解除死鎖。所以，在系統(tǒng)設(shè)計、進程調(diào)度等方面注意如何不讓這四個必要條件成立，如何確定資源的合理分配算法，避免進程永久占據(jù)系統(tǒng)資源。此外，也要防止進程在處于等待狀態(tài)的情況下占用資源。因此，對資源的分配要給予合理的規(guī)劃。

死鎖的處理策略：鴕鳥策略、預防策略、避免策略、檢測與恢復策略。

1、程序和進程

進程由兩個部分組成：1)操作系統(tǒng)用來管理進程的內(nèi)核對象。內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放關(guān)于進程的統(tǒng)計信息的地方。2)地址空間。它包含所有可執(zhí)行模塊或DLL模塊的代碼和數(shù)據(jù)。它還包含動態(tài)內(nèi)存分配的空間。如線程堆棧和堆分配空間。

2、進程與線程

如果說操作系統(tǒng)引入進程的目的是為了提高程序并發(fā)執(zhí)行，以提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。那么操作系統(tǒng)中引入線程的目的，則是為了減少進程并發(fā)執(zhí)行過程中所付出的時空開銷，使操作系統(tǒng)能很好的并發(fā)執(zhí)行。

進程process定義了一個執(zhí)行環(huán)境，包括它自己私有的地址空間、一個句柄表，以及一個安全環(huán)境;線程則是一個控制流，有他自己的調(diào)用棧call stack，記錄了它的執(zhí)行歷史。

線程由兩個部分組成：1)線程的內(nèi)核對象，操作系統(tǒng)用它來對線程實施管理。內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放線程統(tǒng)計信息的地方。2)線程堆棧，它用于維護線程在執(zhí)行代碼時需要的所有參數(shù)和局部變量。當創(chuàng)建線程時，系統(tǒng)創(chuàng)建一個線程內(nèi)核對象。該線程內(nèi)核對象不是線程本身，而是操作系統(tǒng)用來管理線程的較小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)�？梢詫⒕�程內(nèi)核對象視為由關(guān)于線程的統(tǒng)計信息組成的一個小型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

進程與線程的比較如下：

3、進程同步

進程同步的主要任務(wù)：是對多個相關(guān)進程在執(zhí)行次序上進行協(xié)調(diào)，以使并發(fā)執(zhí)行的諸進程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。

同步機制遵循的原則：

(1)空閑讓進;

(2)忙則等待(保證對臨界區(qū)的互斥訪問);

(3)有限等待(有限代表有限的時間，避免死等);

(4)讓權(quán)等待，(當進程不能進入自己的臨界區(qū)時，應(yīng)該釋放處理機，以免陷入忙等狀態(tài))。

4、進程間的通信是如何實現(xiàn)的?

進程通信，是指進程之間的信息交換(信息量少則一個狀態(tài)或數(shù)值，多者則是成千上萬個字節(jié))。因此，對于用信號量進行的進程間的互斥和同步，由于其所交換的信息量少而被歸結(jié)為低級通信。

所謂高級進程通信指：用戶可以利用操作系統(tǒng)所提供的一組通信命令傳送大量數(shù)據(jù)的一種通信方式。操作系統(tǒng)隱藏了進程通信的實現(xiàn)細節(jié)�；蛘哒f，通信過程對用戶是透明的。

高級通信機制可歸結(jié)為三大類：

(1)共享存儲器系統(tǒng)(存儲器中劃分的共享存儲區(qū));實際操作中對應(yīng)的是“剪貼板”(剪貼板實際上是系統(tǒng)維護管理的一塊內(nèi)存區(qū)域)的通信方式，比如舉例如下：word進程按下ctrl+c，在ppt進程按下ctrl+v，即完成了word進程和ppt進程之間的通信，復制時將數(shù)據(jù)放入到剪貼板，粘貼時從剪貼板中取出數(shù)據(jù)，然后顯示在ppt窗口上。

(2)消息傳遞系統(tǒng)(進程間的數(shù)據(jù)交換以消息(message)為單位，當今最流行的微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，微內(nèi)核與服務(wù)器之間的通信，無一例外地都采用了消息傳遞機制。應(yīng)用舉例：郵槽(MailSlot)是基于廣播通信體系設(shè)計出來的，它采用無連接的不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。郵槽是一種單向通信機制，創(chuàng)建郵槽的服務(wù)器進程讀取數(shù)據(jù)，打開郵槽的客戶機進程寫入數(shù)據(jù)。

(3)管道通信系統(tǒng)(管道即：連接讀寫進程以實現(xiàn)他們之間通信的共享文件(pipe文件，類似先進先出的隊列，由一個進程寫，另一進程讀))。實際操作中，管道分為：匿名管道、命名管道。匿名管道是一個未命名的、單向管道，通過父進程和一個子進程之間傳輸數(shù)據(jù)。匿名管道只能實現(xiàn)本地機器上兩個進程之間的通信，而不能實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的通信。命名管道不僅可以在本機上實現(xiàn)兩個進程間的通信，還可以跨網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)兩個進程間的通信。

5、線程同步

根據(jù)用戶模式及內(nèi)核模式下的同步方式的不同，分類及對比如下：

由于進程同步產(chǎn)生了一系列經(jīng)典的同步問題“生產(chǎn)者-消費者”問題，“哲學家進餐”問題，“讀者-寫者”問題。

常見的操作系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)整理

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);即在磁盤上組織文件的方法。也指用于存儲文件的磁盤或分區(qū)，或文件系統(tǒng)種類。操作系統(tǒng)中負責管理和存儲文件信息的軟件機構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由三部分組成：與文件管理有關(guān)軟件、被管理文件以及實施文件管理所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)角度來看，文件系統(tǒng)是對文件存儲器空間進行組織和分配，負責文件存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統(tǒng)。具體地說，它負責為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉(zhuǎn)儲文件，控制文件的存取，當用戶不再使用時撤銷文件等。

【FAT】：

常PC機使用的文件系統(tǒng)是FAT16。像基于MS-DOS，Win 95等系統(tǒng)都采用了FAT16文件系統(tǒng)。在Win 9X下，F(xiàn)AT16支持的分區(qū)最大為2GB。我們知道計算機將信息保存在硬盤上稱為“簇”的區(qū)域內(nèi)。使用的簇越小，保存信息的效率就越高。在FAT16的情況下，分區(qū)越大簇就相應(yīng)的要大，存儲效率就越低，勢必造成存儲空間的浪費。并且隨著計算機硬件和應(yīng)用的不斷提高，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)已不能很好地適應(yīng)系統(tǒng)的要求。在這種情況下，推出了增強的文件系統(tǒng)FAT32。同F(xiàn)AT16相比，F(xiàn)AT32主要具有以下特點：

1、同F(xiàn)AT16相比FAT32最大的優(yōu)點是可以支持的磁盤大小達到32G，但是不能支持小于512MB的分區(qū)。

*基于FAT32的Win 2000可以支持分區(qū)最大為32GB;而基于 FAT16的Win 2000支持的分區(qū)最大為4GB。

2、由于采用了更小的簇，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)可以更有效率地保存信息。如兩個分區(qū)大小都為2GB，一個分區(qū)采用了FAT16文件系統(tǒng)，另一個分區(qū)采用了FAT32文件系統(tǒng)。采用FAT16的分區(qū)的簇大小為32KB，而FAT32分區(qū)的簇只有4KB的大小。這樣FAT32就比FAT16的存儲效率要高很多，通常情況下可以提高15%。

3、FAT32文件系統(tǒng)可以重新定位根目錄和使用FAT的備份副本。另外FAT32分區(qū)的啟動記錄被包含在一個含有關(guān)鍵數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)中，減少了計算機系統(tǒng)崩潰的可能性。

【NTFS】：

NTFS文件系統(tǒng)是一個基于安全性的文件系統(tǒng)，是Windows NT所采用的獨特的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它是建立在保護文件和目錄數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，同時照顧節(jié)省存儲資源、減少磁盤占用量的一種先進的文件系統(tǒng)。使用非常廣泛的Windows NT 4.0采用的就是NTFS 4.0文件系統(tǒng)，相信它所帶來的強大的系統(tǒng)安全性一定給廣大用戶留下了深刻的印象。Win 2000采用了更新版本的NTFS文件系統(tǒng)??NTFS 5.0，它的推出使得用戶不但可以像Win 9X那樣方便快捷地操作和管理計算機，同時也可享受到NTFS所帶來的系統(tǒng)安全性。

NTFS 5.0的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、NTFS可以支持的分區(qū)(如果采用動態(tài)磁盤則稱為卷)大小可以達到2TB。而Win 2000中的FAT32支持分區(qū)的大小最大為32GB。

2、NTFS是一個可恢復的文件系統(tǒng)。在NTFS分區(qū)上用戶很少需要運行磁盤修復程序。NTFS通過使用標準的事物處理日志和恢復技術(shù)來保證分區(qū)的一致性。發(fā)生系統(tǒng)失敗事件時，NTFS使用日志文件和檢查點信息自動恢復文件系統(tǒng)的一致性。

3、NTFS支持對分區(qū)、文件夾和文件的壓縮。任何基于Windows的應(yīng)用程序?qū)�NTFS分區(qū)上的壓縮文件進行讀寫時不需要事先由其他程序進行解壓縮，當對文件進行讀取時，文件將自動進行解壓縮;文件關(guān)閉或保存時會自動對文件進行壓縮。

4、NTFS采用了更小的簇，可以更有效率地管理磁盤空間。在Win 2000的FAT32文件系統(tǒng)的情況下，分區(qū)大小在2GB～8GB時簇的大小為4KB;分區(qū)大小在8GB～16GB時簇的大小為8KB;分區(qū)大小在16GB～32GB時，簇的大小則達到了16KB。而Win 2000的NTFS文件系統(tǒng)，當分區(qū)的大小在2GB以下時，簇的大小都比相應(yīng)的FAT32簇小;當分區(qū)的大小在2GB以上時(2GB～2TB)，簇的大小都為4KB。相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盤空間，最大限度地避免了磁盤空間的浪費。

5、在NTFS分區(qū)上，可以為共享資源、文件夾以及文件設(shè)置訪問許可權(quán)限。許可的設(shè)置包括兩方面的內(nèi)容：一是允許哪些組或用戶對文件夾、文件和共享資源進行訪問;二是獲得訪問許可的組或用戶可以進行什么級別的訪問。訪問許可權(quán)限的設(shè)置不但適用于本地計算機的用戶，同樣也應(yīng)用于通過網(wǎng)絡(luò)的共享文件夾對文件進行訪問的網(wǎng)絡(luò)用戶。與FAT32文件系統(tǒng)下對文件夾或文件進行訪問相比，安全性要高得多。另外，在采用NTFS格式的Win 2000中，應(yīng)用審核策略可以對文件夾、文件以及活動目錄對象進行審核，審核結(jié)果記錄在安全日志中，通過安全日志就可以查看哪些組或用戶對文件夾、文件或活動目錄對象進行了什么級別的操作，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能面臨的非法訪問，通過采取相應(yīng)的措施，將這種安全隱患減到最低。這些在FAT32文件系統(tǒng)下，是不能實現(xiàn)的。

6、在Win 2000的NTFS文件系統(tǒng)下可以進行磁盤配額管理。磁盤配額就是管理員可以為用戶所能使用的磁盤空間進行配額限制，每一用戶只能使用最大配額范圍內(nèi)的磁盤空間。設(shè)置磁盤配額后，可以對每一個用戶的磁盤使用情況進行跟蹤和控制，通過監(jiān)測可以標識出超過配額報警閾值和配額限制的用戶，從而采取相應(yīng)的措施。磁盤配額管理功能的提供，使得管理員可以方便合理地為用戶分配存儲資源，避免由于磁盤空間使用的失控可能造成的系統(tǒng)崩潰，提高了系統(tǒng)的安全性。

7、NTFS使用一個“變更”日志來跟蹤記錄文件所發(fā)生的變更。

【Ext2】：

Ext2是 GNU/Linux 系統(tǒng)中標準的文件系統(tǒng)，其特點為存取文件的性能極好，對于中小型的文件更顯示出優(yōu)勢，這主要得利于其簇快取層的優(yōu)良設(shè)計。

其單一文件大小與文件系統(tǒng)本身的容量上限與文件系統(tǒng)本身的簇大小有關(guān)，在一般常見的 x86 電腦系統(tǒng)中，簇最大為 4KB，則單一文件大小上限為 2048GB，而文件系統(tǒng)的容量上限為 16384GB。

但由于目前核心 2.4 所能使用的單一分割區(qū)最大只有 2048GB，實際上能使用的文件系統(tǒng)容量最多也只有 2048GB。

至于Ext3文件系統(tǒng)，它屬于一種日志文件系統(tǒng)，是對ext2系統(tǒng)的擴展。它兼容ext2，并且從ext2轉(zhuǎn)換成ext3并不復雜。

【Ext3】：

Ext3是一種日志式文件系統(tǒng)，是對ext2系統(tǒng)的擴展，它兼容ext2。日志式文件系統(tǒng)的優(yōu)越性在于：由于文件系統(tǒng)都有快取層參與運作，如不使用時必須將文件系統(tǒng)卸下，以便將快取層的資料寫回磁盤中。因此每當系統(tǒng)要關(guān)機時，必須將其所有的文件系統(tǒng)全部shutdown后才能進行關(guān)機。

如果在文件系統(tǒng)尚未shutdown前就關(guān)機 (如停電) 時，下次重開機后會造成文件系統(tǒng)的資料不一致，故這時必須做文件系統(tǒng)的重整工作，將不一致與錯誤的地方修復。然而，此一重整的工作是相當耗時的，特別是容量大的文件系統(tǒng)，而且也不能百分之百保證所有的資料都不會流失。

為了克服此問題，使用所謂‘日志式文件系統(tǒng) (Journal File System) ’。此類文件系統(tǒng)最大的特色是，它會將整個磁盤的寫入動作完整記錄在磁盤的某個區(qū)域上，以便有需要時可以回溯追蹤。

由于資料的寫入動作包含許多的細節(jié)，像是改變文件標頭資料、搜尋磁盤可寫入空間、一個個寫入資料區(qū)段等等，每一個細節(jié)進行到一半若被中斷，就會造成文件系統(tǒng)的不一致，因而需要重整。

然而，在日志式文件系統(tǒng)中，由于詳細紀錄了每個細節(jié)，故當在某個過程中被中斷時，系統(tǒng)可以根據(jù)這些記錄直接回溯并重整被中斷的部分，而不必花時間去檢查其他的部分，故重整的工作速度相當快，幾乎不需要花時間。

【Ext4】：

Linux kernel 自 2.6.28 開始正式支持新的文件系統(tǒng) Ext4。Ext4 是 Ext3 的改進版，修改了 Ext3 中部分重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不僅僅像 Ext3 對 Ext2 那樣，只是增加了一個日志功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，還有更為豐富的功能：

1、與 Ext3 兼容。執(zhí)行若干條命令，就能從 Ext3 在線遷移到 Ext4，而無須重新格式化磁盤或重新安裝系統(tǒng)。原有 Ext3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)照樣保留，Ext4 作用于新數(shù)據(jù)，當然，整個文件系統(tǒng)因此也就獲得了 Ext4 所支持的更大容量。

2、更大的文件系統(tǒng)和更大的文件。較之 Ext3 目前所支持的最大 16TB 文件系統(tǒng)和最大 2TB 文件，Ext4 分別支持 1EB(1，048，576TB， 1EB=1024PB， 1PB=1024TB)的文件系統(tǒng)，以及 16TB 的文件。

3、無限數(shù)量的子目錄。Ext3 目前只支持 32，000 個子目錄，而 Ext4 支持無限數(shù)量的子目錄。

4、Extents。Ext3 采用間接塊映射，當操作大文件時，效率極其低下。比如一個 100MB 大小的文件，在 Ext3 中要建立 25，600 個數(shù)據(jù)塊(每個數(shù)據(jù)塊大小為 4KB)的映射表。而 Ext4 引入了現(xiàn)代文件系統(tǒng)中流行的 extents 概念，每個 extent 為一組連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，上述文件則表示為“該文件數(shù)據(jù)保存在接下來的 25，600 個數(shù)據(jù)塊中”，提高了不少效率。

5、多塊分配。當寫入數(shù)據(jù)到 Ext3 文件系統(tǒng)中時，Ext3 的數(shù)據(jù)塊分配器每次只能分配一個 4KB 的塊，寫一個 100MB 文件就要調(diào)用 25，600 次數(shù)據(jù)塊分配器，而 Ext4 的多塊分配器“multiblock allocator”(mballoc) 支持一次調(diào)用分配多個數(shù)據(jù)塊。

6、延遲分配。Ext3 的數(shù)據(jù)塊分配策略是盡快分配，而 Ext4 和其它現(xiàn)代文件操作系統(tǒng)的策略是盡可能地延遲分配，直到文件在 cache 中寫完才開始分配數(shù)據(jù)塊并寫入磁盤，這樣就能優(yōu)化整個文件的數(shù)據(jù)塊分配，與前兩種特性搭配起來可以顯著提升性能。

7、快速 fsck。以前執(zhí)行 fsck 第一步就會很慢，因為它要檢查所有的 inode，現(xiàn)在 Ext4 給每個組的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表，今后 fsck Ext4 文件系統(tǒng)就可以跳過它們而只去檢查那些在用的 inode 了。

8、日志校驗。日志是最常用的部分，也極易導致磁盤硬件故障，而從損壞的日志中恢復數(shù)據(jù)會導致更多的數(shù)據(jù)損壞。Ext4 的日志校驗功能可以很方便地判斷日志數(shù)據(jù)是否損壞，而且它將 Ext3 的兩階段日志機制合并成一個階段，在增加安全性的同時提高了性能。

9、“無日志”(No Journaling)模式。日志總歸有一些開銷，Ext4 允許關(guān)閉日志，以便某些有特殊需求的用戶可以借此提升性能。

10、在線碎片整理。盡管延遲分配、多塊分配和 extents 能有效減少文件系統(tǒng)碎片，但碎片還是不可避免會產(chǎn)生。Ext4 支持在線碎片整理，并將提供 e4defrag 工具進行個別文件或整個文件系統(tǒng)的碎片整理。

11、inode 相關(guān)特性。Ext4 支持更大的 inode，較之 Ext3 默認的 inode 大小 128 字節(jié)，Ext4 為了在 inode 中容納更多的擴展屬性(如納秒時間戳或 inode 版本)，默認 inode 大小為 256 字節(jié)。Ext4 還支持快速擴展屬性(fast extended attributes)和 inode 保留(inodes reservation)。

12、持久預分配(Persistent preallocation)。P2P 軟件為了保證下載文件有足夠的空間存放，常常會預先創(chuàng)建一個與所下載文件大小相同的空文件，以免未來的數(shù)小時或數(shù)天之內(nèi)磁盤空間不足導致下載失敗。Ext4 在文件系統(tǒng)層面實現(xiàn)了持久預分配并提供相應(yīng)的 API(libc 中的 posix_fallocate())，比應(yīng)用軟件自己實現(xiàn)更有效率。

13、默認啟用 barrier。磁盤上配有內(nèi)部緩存，以便重新調(diào)整批量數(shù)據(jù)的寫操作順序，優(yōu)化寫入性能，因此文件系統(tǒng)必須在日志數(shù)據(jù)寫入磁盤之后才能寫 commit 記錄，若 commit 記錄寫入在先，而日志有可能損壞，那么就會影響數(shù)據(jù)完整性。Ext4 默認啟用 barrier，只有當 barrier 之前的數(shù)據(jù)全部寫入磁盤，才能寫 barrier 之后的數(shù)據(jù)。(可通過 “mount -o barrier=0” 命令禁用該特性。)

【ZFS】：

ZFS源自于Sun Microsystems為Solaris操作系統(tǒng)開發(fā)的文件系統(tǒng)。ZFS是一個具有高存儲容量、文件系統(tǒng)與卷管理概念整合、嶄新的磁盤邏輯結(jié)構(gòu)的輕量級文件系統(tǒng)，同時也是一個便捷的存儲池管理系統(tǒng)。ZFS是一個使用CDDL協(xié)議條款授權(quán)的開源項目。

【HFS】：

1、HFS文件系統(tǒng)概念

分層文件系統(tǒng)(Hierarchical File System，HFS)是一種由蘋果電腦開發(fā)，并使用在Mac OS上的文件系統(tǒng)。最初被設(shè)計用于軟盤和硬盤，同時也可以在在只讀媒體如CD-ROM上見到。

2、HFS文件系統(tǒng)開發(fā)過程

HFS首次出現(xiàn)在1985年9月17日，作為Macintosh電腦上新的文件系統(tǒng)。它取代只用于早期Mac型號所使用的平面文件系統(tǒng)Macintosh File System(MFS)。因為Macintosh電腦所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，比其它通常的文件系統(tǒng)，如DOS使用的FAT或原始Unix文件系統(tǒng)所允許存儲的數(shù)據(jù)更多。蘋果電腦開發(fā)了一種新式更適用的文件系統(tǒng)，而不是采用現(xiàn)有的規(guī)格。例如，HFS允許文件名最多有31個字符的長度，支持metadata和雙分支(每個文件的數(shù)據(jù)和資源支分開存儲)文件。

盡管HFS象其它大多數(shù)文件系統(tǒng)一樣被視為專有的格式，因為只有它為大多數(shù)最新的操作系統(tǒng)提供了很好的通用解決方法以存取HFS格式磁盤。

在1998年，蘋果電腦發(fā)布了HFS Plus，其改善了HFS對磁盤空間的地址定位效率低下，并加入了其它的改進。當前版本的Mac OS仍舊支持HFS，但從Mac OS X開始HFS卷不能作為啟動用。

3、構(gòu)成方式

分層文件系統(tǒng)把一個卷分為許多512字節(jié)的“邏輯塊”。這些邏輯塊被編組為“分配塊”，這些分配塊可以根據(jù)卷的尺寸包含一個或多個邏輯塊。HFS對地址分配塊使用16位數(shù)值，分配塊的最高限制數(shù)量是65536。

組成一個HFS卷需要下面的五個結(jié)構(gòu)：

1)卷的邏輯塊0和1是啟動塊，它包含了系統(tǒng)啟動信息。例如，啟動時載入的系統(tǒng)名稱和殼(通常是Finder)文件。

2)邏輯塊2包含主目錄塊(Master Directory Block，簡稱MDB)。

3)邏輯塊3是卷位圖(Volume Bitmap)的啟動塊，它追蹤分配塊使用狀態(tài)。

4)總目錄文件(Catalog File)是一個包含所有文件的記錄和儲存在卷中目錄的B*-tree。

5)擴展溢出文件(Extent Overflow File)是當最初總目錄文件中三個擴展占用后，另外一個包含額外擴展記錄的分配塊對應(yīng)信息的B*-tree。

內(nèi)核怎樣管理你的內(nèi)存

在分析了進程的虛擬地址布局，我們轉(zhuǎn)向內(nèi)核以及他管理用戶內(nèi)存的機制。下圖是gonzo的例子：

Linux進程在內(nèi)核中是由task_struct進程描述符實現(xiàn)的，task_struct的mm字段指向內(nèi)存描述符mm_struct，他是進程的一個內(nèi)存執(zhí)行摘要。如上圖所示，mm_struct存儲了內(nèi)存各個段的開始和結(jié)束地址、進程所使用的內(nèi)存頁面數(shù)(rss代表常駐集合大小)、使用的虛擬地址空間總數(shù)等等。在內(nèi)存描述符中我們也可以找到兩個用于管理進程內(nèi)層的字段：虛擬內(nèi)存集合和頁表。Gonzo的內(nèi)存區(qū)域如下圖：

每個虛擬內(nèi)存區(qū)域(VMA)是一個虛擬地址空間上連續(xù)的區(qū)域;這些區(qū)域不會彼此覆蓋。Vm_area_struct結(jié)構(gòu)描述了一個內(nèi)存區(qū)域，包括他的開始和技術(shù)地址、flags字段指定了他的行為和訪問權(quán)限，vm_file字段指定了該區(qū)域映射的實際文件。一個沒有映射文件的VMA成為匿名的。除了內(nèi)存映射段以外，上面的每個內(nèi)存段(堆、棧等等)相當于一個單獨的VMA。這不是必須的，盡管在x86機器上通常是這樣。VMA不會關(guān)心他在哪個段里面。

一個進程的所有VMA以兩種方式存儲在他的內(nèi)存描述符中，一種是以鏈表的方式存放在mmap字段，以開始虛擬地址進行了排序，另一種是以紅黑樹的方式存放，mm_rb字段為這顆紅黑樹的根。紅黑樹可以讓內(nèi)核根據(jù)給定的虛擬地址快速地找到內(nèi)存區(qū)域。當我們讀取文件/proc/pid_of_process/maps，內(nèi)核僅僅是通過進程VMA的鏈接同時打印出每一個。

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