1.考频

1.中断、异常、系统调用

2.进程、调度、进程的状态转换、PCB

3.虚拟页式存储管理、页面置换算法

4.文件的逻辑结构、物理结构，文件的目录、FCB、文件操作

5.磁盘、I/O方式

2.文件物理/逻辑结构

1.文件系统格式与文件的逻辑结构（用户视角看到的样子）无关，逻辑结构只和文件的格式有关（可以理解为文件的后缀），即不同的文件系统下（UFS、APFS、NTFS等等）同一文件的逻辑结构相同：文件的格式规定了文件的逻辑结构，比如某种文件的某些固定部分一定会用来存储特定信息

2.文件系统格式与文件的物理结构有关，同一文件在不同的文件系统下的保存方式不一样（文件的最终存储都是要被拆分为若干个块，以块为存储单位，而不同的文件系统规定的块大小可能不同），可能是块大小不一样，也可能是索引方式不一样，例如FAT文件系统下，文件的索引方式为文件分配表（类似静态链表）；UFS文件系统下，文件的索引方式为混合索引（inode结点，包括直接索引、一级间接索引、二级间接索引等等）

3.文件在磁盘中的存放方式取决于文件系统的格式，而文件系统的格式决定文件在磁盘中的物理结构，用户视角看是连续存放，但实际上可能是离散存放

3.打开文件的过程

1.双击文件（exe）：操作系统为被双击打开的文件创建一个进程，同时创建一个与之对应的PCB

2.从虚拟内存视角看好像是为该文件分配了一块连续的存储空间，而实际上在物理内存中它一定会被分页，即离散存放

3.文件在运行过程中它的视角看到的是虚拟内存，而不是物理内存；当物理内存不够用时，就采用页面置换算法进行页面置换，将不用的页面暂时淘汰，需要使用的页面替换进来

（1）exe文件打开一个文件时，先使用open系统调用，需要指明该文件的存储路径

（2）open系统调用根据该文件的存储路径逐级查询文件目录（目录由若干的目录项组成，即FCB，保存了文件物理结构的相关信息），在该文件的目录项中存放该文件的索引结点编号（UFS文件系统下）

（3）索引结点在系统中的某个固定的位置开始（所有索引结点的起始位置相同），采用连续存储的存储方式（每个索引结点的大小相同，类似数组），且操作系统知道这些索引结点的起始位置，即操作系统可以根据索引结点的编号找到该文件的索引结点，并根据该索引结点将该文件相对应的数据读入内存

（4）操作系统根据读入的该文件的索引结点（inode，采用混合索引方式）就可以找到其的数据部分（所有）分别存放在哪些物理块中（操作系统可以找到该文件的所有数据，但是通常情况下不需要一次将其全部读入，按需要读入）

（5）操作系统使用read调用读入需要的数据

4.系统调用的执行过程 / 异常的处理过程

4.1.系统调用的执行过程

1.用户发出某个系统调用请求

2.CPU执行Trap指令

3.改变指令执行流 → 跳转到特定的系统调用入口程序的物理地址（Trap指令执行后，固定会跳转到此区域执行内核代码）：进程发出系统调用请求后，操作系统需要判断执行具体哪一段内核程序（不同系统调用所需执行的内核程序不同）

4.根据系统调用入口的执行结果再次改变指令执行流 → 跳转到对应的系统调用代码区

5.执行完系统调用后 → 返回

4.2.异常的处理过程

1.当CPU执行过程中发生异常时（缺页异常、除数0等等），将会导致某些寄存器的值发生改变（PSW或者专门记录异常的寄存器）

2.CPU检测到异常后，将会跳转到异常处理的入口程序，通过一系列指令判断当前发生何种异常（本质上和系统调用入口程序相同），根据结果跳转到相对应的异常处理程序处执行

5.缺页处理的过程

1.访问某个页面，在进行逻辑地址到物理地址的转化时，查页表发现缺页，引发缺页异常

2.CPU检测到异常后，将会跳转到异常处理入口程序处运行，得到异常号（异常类型）

3.CPU知道是缺页异常后，再跳转到缺页异常的处理程序处运行

4.在进行缺页处理异常时，发现给进程分配的驻留集已满，缺页异常处理程序调用页面置换算法（保存在操作系统内核区的一段代码）

5.页面置换算法根据操作系统的页面置换规则（FIFO、CLOCK等等）选择某一个页面置换出去，并且需要判断该被置换的页是否被修改（即是否需要写回外存），然后再将目标页面放进页框中

6.内存映射文件

6.1.传统打开文件的方式

每次都需要发出系统调用指令，并且指明将要进行的操作、地址等参数

1.整个系统范围内会有一张系统打开文件表：可以将新读入文件的文件名、INODE和一个记录当前有几个进程打开的变量设置成打开文件表的表项，其中的INODE并不是编号，而是具体的INODE信息，即该INODE已经读入内存

2.①当使用OPEN系统调用打开一个并不在系统打开文件表的新文件时，在系统打开文件表中增加一个对应该文件的表项

②当OPEN系统调用打开的是已经在系统打开文件表中的文件时，只会增加当前打开进程数这个变量的值，而不是进行OPEN系统调用

3.①每个进程的有自己独立的进程打开文件表（存放在PCB中），进程的打开文件表的本质是一个指针，指向的是系统打开文件表中与该文件对应的表项

②进程的打开文件表中还包含进程的对该文件的打开方式（读/写/执行等）：不同进程对同一文件的权限不一致，当进程想要对某一文件进行某种操作时（进程发出OPEN系统调用时指明），操作系统要判断该进程是否有对此文件进行这种操作的权限，当进程拥有此权限时，才将指向系统打开文件表中该文件的指针写入进程的打开文件表

③OPEN系统调用向进程返回的FD本质上就是指向进程打开文件表中对应该文件的表项的指针，该指针再指向系统打开文件表中该文件的表项：FD→进程打开文件表的该文件表项（该表项是指针）→系统打开文件表的该文件的表项（该表项是已经调入内存的INODE结点，记录该文件完整的信息）

④进程对某个文件进行操作时，就是通过OPEN系统调用返回的这个FD（指针）进行具体操作

6.2.内存映射文件打开文件方式

建立起进程的虚拟地址空间和目标文件的映射关系，用户直接对该虚拟空间进行操作，操作系统对目标文件进行同步操作

1.进程使用OPEN系统调用方式，指明打开的文件，将要对该文件进行的操作

2.当OPEN系统调用执行完毕后，返回指向该文件的FD（1、2与传统打开文件方式相同）

3.进程使用mmap系统调用，参数为指向该文件的FD和映射地址（指向进程内部的某个虚拟地址，从该地址开始建立起和目标文件的映射关系，即映射的起始地址）

4.操作系统建立起进程的这片虚拟地址和目标文件的映射关系

5.用户使用该进程对该文件进行操作时就可以使用指针的方式，指针指向该虚拟地址，通过偏移量访问对该文件的特定区域进行修改，用户通过指针对该虚拟地址进行操作时，操作系统将会把这些操作同步施加到外存的文件中

7.I/O操作处理过程

1.用户层I/O软件：进程发出系统调用，并指明将要操作的逻辑地址，然后将进入阻塞态，等待I/O操作结束被唤醒

2.设备独立性软件：处理进程发出的系统调用，并将逻辑地址转换为物理地址 → 查询INODE、FAT等转换为物理块 → 调用相应I/O设备的设备驱动程序，并向其指明物理地址完成具体操作

操作系统只知道要读取哪个物理块，但是不知道该物理块最终是在磁盘的具体哪个位置（扇区号、盘面号、柱面号等等

3.设备驱动程序：将物理地址转换为具体的磁盘的扇区号、盘面号、柱面号等物理设备信息，根据磁盘调度算法响应不同的请求，并给硬件控制器发出命令

4.中断处理程序：CPU检测到中断信号后，执行相应的中断处理程序，而中断处理程序只能知道是哪个设备发来的，具体的操作需要调用相应的设备驱动程序完成处理操作，并逐层往上返回

5.硬件：硬件收到设备驱动程序的命令后开始工作，当完成时给CPU发出中断信号