操作系統(tǒng)核心概念第二彈來了！
1. 塊設(shè)備(block devices)：塊設(shè)備是一個(gè)能存儲(chǔ)固定大小塊信息的設(shè)備，它支持以固定大小的塊，扇區(qū)或群集讀取和(可選)寫入數(shù)據(jù)。每個(gè)塊都有自己的物理地址。通常塊的大小在 512 - 65536 之間。所有傳輸?shù)男畔⒍紩?huì)以連續(xù)的塊為單位。塊設(shè)備的基本特征是每個(gè)塊都較為對(duì)立，能夠獨(dú)立的進(jìn)行讀寫。常見的塊設(shè)備有 硬盤、藍(lán)光光盤、USB 盤
2. 字符設(shè)備(character devices)：另一類 I/O 設(shè)備是字符設(shè)備。字符設(shè)備以字符為單位發(fā)送或接收一個(gè)字符流，而不考慮任何塊結(jié)構(gòu)。字符設(shè)備是不可尋址的，也沒有任何尋道操作。常見的字符設(shè)備有 打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鼠標(biāo)、以及大多數(shù)與磁盤不同的設(shè)備。
3. 設(shè)備控制器(device controller)：設(shè)備控制器是處理 CPU 傳入信號(hào)和傳出信號(hào)的系統(tǒng)。設(shè)備通過插頭和插座連接到計(jì)算機(jī)，并且插座連接到設(shè)備控制器。
4. ECC(Error-Correcting Code)：指能夠?qū)崿F(xiàn)錯(cuò)誤檢查和糾正錯(cuò)誤技術(shù)的內(nèi)存。
5. I/O port: 也被稱為輸入/輸出端口，它是由軟件用來與計(jì)算機(jī)上的硬件進(jìn)行通信的內(nèi)存地址。
6. 內(nèi)存映射I/O(memory mapped I/O，MMIO): 內(nèi)存映射的 I/O 使用相同的地址空間來尋址內(nèi)存和 I/O 設(shè)備，也就是說，內(nèi)存映射I/O 設(shè)備共享同一內(nèi)存地址。
7. 端口映射I/O(Port-mapped I/O ,PMIO)：在 PMIO中，內(nèi)存和I/O設(shè)備有各自的地址空間。端口映射I/O通常使用一種特殊的CPU指令，專門執(zhí)行I/O操作。
8. DMA (Direct Memory Access)：直接內(nèi)存訪問，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一項(xiàng)功能，它允許某些硬件系統(tǒng)能夠獨(dú)立于 CPU 訪問內(nèi)存。如果沒有 DMA，當(dāng) CPU 執(zhí)行輸入/輸出指令時(shí)，它通常在讀取或?qū)懭氩僮鞯恼麄€(gè)過程中都被完全占用，因此無法執(zhí)行其他工作。使用 DMA 后，CPU 首先啟動(dòng)傳輸信號(hào)，然后在進(jìn)行傳輸時(shí)執(zhí)行其他操作，最后在完成操作后從 DMA 控制器(DMAC)接收中斷。完成執(zhí)行。
9. 周期竊取(cycle stealing)：許多總線能夠以兩種模式操作：每次一字模式和塊模式。一些 DMA 控制器也能夠使用這兩種方式進(jìn)行操作。在前一個(gè)模式中，DMA 控制器請(qǐng)求傳送一個(gè)字并得到這個(gè)字。如果 CPU 想要使用總線，它必須進(jìn)行等待。設(shè)備可能會(huì)偷偷進(jìn)入并且從 CPU 偷走一個(gè)總線周期，從而輕微的延遲 CPU。它類似于直接內(nèi)存訪問(DMA)，允許I / O控制器在無需 CPU 干預(yù)的情況下讀取或?qū)懭隦AM。
10. 突發(fā)模式(burst mode)：指的是設(shè)備在不進(jìn)行單獨(dú)事務(wù)中重復(fù)傳輸每個(gè)數(shù)據(jù)所需的所有步驟的情況下，重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)的情況。
11. 中斷向量表(interrupt vector table)：用來形成相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址或存放中斷服務(wù)程序的首地址稱為中斷向量。中斷向量表是中斷向量的集合，中斷向量是中斷處理程序的地址。
12. 精確中斷(precise interrupt)：精確中斷是一種能夠使機(jī)器處于良好狀態(tài)下的中斷，它具有如下特征
- PC (程序計(jì)數(shù)器)保存在一個(gè)已知的地方
- PC 所指向的指令之前所有的指令已經(jīng)完全執(zhí)行
- PC 所指向的指令之后所有的指令都沒有執(zhí)行
- PC 所指向的指令的執(zhí)行狀態(tài)是已知的
13. 非精確中斷(imprecise interrupt)：不滿足以上要求的中斷，指令的執(zhí)行時(shí)序和完成度具有不確定性，而且恢復(fù)起來也非常麻煩。
14. 設(shè)備獨(dú)立性(device independence)：我們編寫訪問任何設(shè)備的應(yīng)用程序，不用事先指定特定的設(shè)備。比如你編寫了一個(gè)能夠從設(shè)備讀入文件的應(yīng)用程序，那么這個(gè)應(yīng)用程序可以從硬盤、DVD 或者 USB 進(jìn)行讀入，不必再為每個(gè)設(shè)備定制應(yīng)用程序。這其實(shí)就體現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的概念。
15. UNC(Uniform Naming Convention) ：UNC 是統(tǒng)一命名約定或統(tǒng)一命名約定的縮寫，是用于命名和訪問網(wǎng)絡(luò)資源(例如網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)或服務(wù)器)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在 MS-DOS 和 Microsoft Windows 中，用戶可以通過鍵入或映射到類似于以下示例的共享名來訪問共享資源。
- \\computer\path
然而，在 UNIX 和 Linux 中，你會(huì)像如下這么寫
- //computer/path
16. 掛載(mounting) ：掛載是指操作系統(tǒng)會(huì)讓存儲(chǔ)在硬盤、CD-ROM 等資源設(shè)備上的目錄和文件，通過文件系統(tǒng)能夠讓用戶訪問的過程。
17. 錯(cuò)誤處理(Error handling)：錯(cuò)誤處理是指對(duì)軟件應(yīng)用程序中存在的錯(cuò)誤情況的響應(yīng)和恢復(fù)過程。
18. 同步阻塞(synchronous)：同步是阻塞式的，CPU 必須等待同步的處理結(jié)果。
19. 異步響應(yīng)(asynchronous)：異步是由中斷驅(qū)動(dòng)的，CPU 不用等待每個(gè)操作的處理結(jié)果繼而執(zhí)行其他操作
20. 緩沖區(qū)(buffering)：緩沖區(qū)是內(nèi)存的臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域，它的出現(xiàn)是為了加快內(nèi)存的訪問速度而設(shè)計(jì)的。對(duì)于經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)和指令來說，CPU 應(yīng)該訪問的是緩沖區(qū)而非內(nèi)存
21. Programmed input–output,PIO：它指的是在 CPU 和外圍設(shè)備(例如網(wǎng)絡(luò)適配器或 ATA 存儲(chǔ)設(shè)備)之間傳輸數(shù)據(jù)的一種方法。
22. 輪詢(polling)：輪詢是指通過客戶端程序主動(dòng)通過對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行訪問來獲得同步狀態(tài)的過程。
23. 忙等(busy waiting)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正處在某臨界區(qū)內(nèi)，任何試圖進(jìn)入其臨界區(qū)的進(jìn)程都必須等待，陷入忙等狀態(tài)。連續(xù)測(cè)試一個(gè)變量直到某個(gè)值出現(xiàn)為止，稱為忙等。
24. 可重入(reentrant)：如果一段程序或者代碼在任意時(shí)刻被中斷后由操作系統(tǒng)調(diào)用其他程序或者代碼，這段代碼調(diào)用子程序并能夠正確運(yùn)行，這種現(xiàn)象就稱為可重入。也就是說當(dāng)該子程序正在運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行線程可以再次進(jìn)入并執(zhí)行它，仍然獲得符合設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)期的結(jié)果。
25. 主設(shè)備編號(hào)(major device number)、副設(shè)備編號(hào)(minor device number) ：所有設(shè)備都有一個(gè)主，副號(hào)碼。主號(hào)碼是更大，更通用的類別(例如硬盤，輸入/輸出設(shè)備等)，而次號(hào)碼則更具體(即告訴設(shè)備連接到哪條總線)。
26. 多重緩沖區(qū)(double buffering)：它指的是使用多個(gè)緩沖區(qū)來保存數(shù)據(jù)塊，每個(gè)緩沖區(qū)都保留數(shù)據(jù)塊的一部分，讀取的時(shí)候通過讀取多個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)而拼湊成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)。
27. 環(huán)形緩沖區(qū)(circular buffer)：它指的是首尾相連的緩沖區(qū)，常用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖流。
28. 假脫機(jī)(Spooling) ：假脫機(jī)是多程序的一種特殊形式，目的是在不同設(shè)備之間復(fù)制數(shù)據(jù)。 在現(xiàn)代系統(tǒng)中，通常用于計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序和慢速外圍設(shè)備(例如打印機(jī))之間的中介。
29. 守護(hù)進(jìn)程(Daemon)：在計(jì)算機(jī)中，守護(hù)程序是作為后臺(tái)進(jìn)程運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，而不是在交互式用戶的直接控制下運(yùn)行的程序。
30. 邏輯塊尋址(logical block addressing, LBA)：邏輯塊尋址是一種通用方案，用于指定存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)塊的位置。
31. RAID：全稱是 Redundant Array of Inexpensive Disks ，廉價(jià)磁盤或驅(qū)動(dòng)器的冗余陣列，它是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)虛擬化的技術(shù)，將多個(gè)物理磁盤驅(qū)動(dòng)器組件組合成一個(gè)或多個(gè)邏輯單元，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，改善性能。
32. MBR(Master Boot Record)：主引導(dǎo)記錄(MBR)是任何硬盤或軟盤的第一扇區(qū)中的信息，用于標(biāo)識(shí)操作系統(tǒng)的放置方式和位置，以便可以將其加載到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。
33. FCFS (First-Come, First-Served)：先進(jìn)先出的調(diào)度算法，也就是說，首先到達(dá) CPU 的進(jìn)程首先進(jìn)行服務(wù)。
34. SSF (Shortest Seek First) 最短路徑優(yōu)先算法，這是對(duì)先進(jìn)先出算法的改進(jìn)，這種算法因?yàn)闇p少了總的磁臂運(yùn)動(dòng)，從而縮短了平均響應(yīng)時(shí)間。
35. 穩(wěn)定存儲(chǔ)(stable storage)：它是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的一種分類，該技術(shù)可確保任何給定的寫操作都具有原子性。
36. 時(shí)鐘(Clocks)：也被稱為 timers。通常，時(shí)鐘是指調(diào)節(jié)所有計(jì)算機(jī)功能的時(shí)序和速度的微芯片。芯片中是一個(gè)晶體，當(dāng)通電時(shí)，晶體會(huì)以特定的頻率振動(dòng)。任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的最短時(shí)間是一個(gè)時(shí)鐘或時(shí)鐘芯片的一次振動(dòng)。
37. QR Code：二維碼的一種，它的全稱是快速響應(yīng)矩陣圖碼，能夠快速響應(yīng)。一般應(yīng)用于手機(jī)讀碼操作，國(guó)內(nèi)火車票上的二維碼就是 QR 碼
38. 顯卡(Video card)，是個(gè)人電腦最基本組成部分之一，用途是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)顯示器，并向顯示器提供逐行或隔行掃描信號(hào)，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個(gè)人電腦主板的重要組件，是人機(jī)對(duì)話的重要設(shè)備之一。
39. GDI (Graphics Device Interface)：圖形接口，是微軟視窗系統(tǒng)提供的應(yīng)用程序接口，也是其用來表征圖形對(duì)象、將圖形對(duì)象傳送給諸如顯示器、打印機(jī)之類輸出設(shè)備的核心組件。
40. 設(shè)備上下文(device context)：設(shè)備上下文是 Windows 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含有關(guān)設(shè)備(例如顯示器或打印機(jī))的圖形屬性的信息。所有繪圖調(diào)用都是通過設(shè)備上下文對(duì)象進(jìn)行的，該對(duì)象封裝了用于繪制線條，形狀和文本的 Windows API。設(shè)備上下文可用于繪制到屏幕，打印機(jī)或圖元文件。
41. 位圖(bitmap)：在計(jì)算機(jī)中，位圖是從某個(gè)域(例如，整數(shù)范圍)到位的映射。也稱為位數(shù)組或位圖索引。
42. 電阻式觸摸屏(Resistive touchscreens)：電阻式觸摸屏基于施加到屏幕上的壓力來工作。電阻屏由許多層組成。當(dāng)按下屏幕時(shí)，外部的后面板將被推到下一層，下一層會(huì)感覺到施加了壓力并記錄了輸入。電阻式觸摸屏用途廣泛，可以用手指，指甲，手寫筆或任何其他物體進(jìn)行操作。
43. 電容式觸摸屏(capacitive touchscreen)：電容式觸摸屏通過感應(yīng)物體(通常是指尖上的皮膚)的導(dǎo)電特性來工作。手機(jī)或智能手機(jī)上的電容屏通常具有玻璃表面，并且不依賴壓力。當(dāng)涉及到手勢(shì)(如滑動(dòng)和捏合)時(shí)，它比電阻式屏幕更具響應(yīng)性。電容式觸摸屏只能用手指觸摸，而不能用普通的手寫筆，手套或大多數(shù)其他物體來響應(yīng)。
44. 死鎖(deadlock)：死鎖常用于并發(fā)情況下，死鎖 是一種狀態(tài)，死鎖中的每個(gè)成員都在等待另一個(gè)成員(包括其自身)采取行動(dòng)。
相信你一定看過這個(gè)圖
45. 可搶占資源(preemptable resource)：可以從擁有它的進(jìn)程中搶占而并不會(huì)產(chǎn)生任何副作用。
46. 不可搶占資源(nonpreemptable resource)：與可搶占資源相反，如果資源被搶占后，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程或任務(wù)出錯(cuò)。
47. 系統(tǒng)檢查點(diǎn)(system checkpointed)：系統(tǒng)檢查點(diǎn)是操作系統(tǒng)(OS)的可啟動(dòng)實(shí)例。檢查點(diǎn)是計(jì)算機(jī)在特定時(shí)間點(diǎn)的快照。
48. 兩階段加鎖(two-phase locking, 2PL)：經(jīng)常用于數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制，以保證可串行化
這種方法使用數(shù)據(jù)庫鎖在兩個(gè)階段：
- 擴(kuò)張階段：不斷上鎖，沒有鎖被釋放
- 收縮階段：鎖被陸續(xù)釋放，沒有新的加鎖
49. 活鎖(Livelock)：活鎖類似于死鎖，不同之處在于，活鎖中僅涉及進(jìn)程的狀態(tài)彼此之間不斷變化，沒有進(jìn)展。舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的例子，當(dāng)兩個(gè)人在狹窄的走廊里相遇時(shí)，就會(huì)發(fā)生活鎖，每個(gè)人都試圖通過移動(dòng)到一邊讓對(duì)方通過而禮貌，但最終卻沒有任何進(jìn)展就左右搖擺，因?yàn)樗麄兛偸峭瑫r(shí)移動(dòng)相同的方式。
50. 饑餓(starvation)：在死鎖或者活鎖的狀態(tài)中，在任何時(shí)刻都可能請(qǐng)求資源，雖然一些調(diào)度策略能夠決定一些進(jìn)程在某一時(shí)刻獲得資源，但是有一些進(jìn)程永遠(yuǎn)無法獲得資源。永遠(yuǎn)無法獲得資源的進(jìn)程很容易產(chǎn)生饑餓。
51. 沙盒(sandboxing)：沙盒是一種軟件管理策略，可將應(yīng)用程序與關(guān)鍵系統(tǒng)資源和其他程序隔離。它提供了一層額外的安全保護(hù)，可防止惡意軟件或有害應(yīng)用程序?qū)δ愕南到y(tǒng)造成負(fù)面影響。
52. VMM (Virtual Machine Monitor)：也被稱為 hypervisor，在同一個(gè)物理機(jī)器上創(chuàng)建出來多態(tài)虛擬機(jī)器的假象。
53. 虛擬化技術(shù)(virtualization)：是一種資源管理技術(shù)，將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源(CPU、內(nèi)存、磁盤空間、網(wǎng)絡(luò)適配器等)，進(jìn)行抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來并可供分割、組合為一個(gè)或多個(gè)電腦配置環(huán)境。
54. 云(cloud)：云是目前虛擬機(jī)最重要、最時(shí)髦的玩法。
55. 解釋器(interpreter)：解釋器是一種程序，能夠把編程語言一行一行解釋運(yùn)行。每次運(yùn)行程序時(shí)都要先轉(zhuǎn)成另一種語言再運(yùn)行，因此解釋器的程序運(yùn)行速度比較緩慢。它不會(huì)一次把整個(gè)程序翻譯出來，而是每翻譯一行程序敘述就立刻運(yùn)行，然后再翻譯下一行，再運(yùn)行，如此不停地進(jìn)行下去。
56. 半虛擬化(paravirtualization)：半虛擬化的目的不是呈現(xiàn)出一個(gè)和底層硬件一摸一樣的虛擬機(jī)，而是提供一個(gè)軟件接口，軟件接口與硬件接口相似但又不完全一樣。
57. 全虛擬化(full virtualization)：全虛擬化是硬件虛擬化的一種，允許未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)隔離運(yùn)行。對(duì)于全虛擬化，硬件特征會(huì)被映射到虛擬機(jī)上，這些特征包括完整的指令集、I/O操作、中斷和內(nèi)存管理等。
58. 客戶操作系統(tǒng)(guest operating system) : 客戶操作系統(tǒng)是安裝在計(jì)算機(jī)上操作系統(tǒng)之后的操作系統(tǒng)，客戶操作系統(tǒng)既可以是分區(qū)系統(tǒng)的一部分，也可以是虛擬機(jī)設(shè)置的一部分。客戶操作系統(tǒng)為設(shè)備提供了備用操作系統(tǒng)。
59. 主機(jī)操作系統(tǒng)(host operating system)：主機(jī)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬盤驅(qū)動(dòng)器上安裝的主要操作系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下，只有一個(gè)主機(jī)操作系統(tǒng)。
文章參考：
https://www.techopedia.com/definition/15763/host-operating-system
https://en.wikibooks.org/wiki/Operating_System_Design/Concurrency/Livelock
https://www.studytonight.com/operating-system/first-come-first-serve
https://blog.csdn.net/liuchuo/article/details/51986201
https://docs.openstack.org/ceilometer/6.1.5/architecture.html
https://www.techopedia.com/definition/16626/error-handling
https://simple.wikipedia.org/wiki/Device_controller
https://blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/20380971
https://www.techopedia.com/definition/4763/address-space
https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_Media_Interface
