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操作系統(tǒng)內(nèi)核：內(nèi)核資源使用
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引言
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)內(nèi)核是負(fù)責(zé)管理硬件資源、提供系統(tǒng)服務(wù)、執(zhí)行程序和處理中斷的核心軟件，內(nèi)核資源包括CPU時(shí)間、內(nèi)存空間、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，合理有效地管理和分配這些資源對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。
CPU調(diào)度
進(jìn)程與線程管理
進(jìn)程控制塊（PCB）：存儲(chǔ)進(jìn)程信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
線程：輕量級(jí)的進(jìn)程，共享相同的地址空間。
調(diào)度算法
先來先服務(wù)（FCFS）
短作業(yè)優(yōu)先（SJF）
輪轉(zhuǎn)（RR）
優(yōu)先級(jí)調(diào)度
多級(jí)反饋隊(duì)列（MFQ）
| 算法 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
| FCFS | 簡(jiǎn)單 | 長(zhǎng)作業(yè)等待時(shí)間長(zhǎng) |
| SJF | 提高吞吐量 | 需要預(yù)知作業(yè)所需時(shí)間 |
| RR | 公平 | 時(shí)間片選擇關(guān)鍵 |
| 優(yōu)先級(jí) | 緊急任務(wù)優(yōu)先 | 可能導(dǎo)致饑餓 |
| MFQ | 綜合性能較好 | 復(fù)雜性增加 |
內(nèi)存管理
分區(qū)管理
固定分區(qū)
動(dòng)態(tài)分區(qū)
分頁和分段
分頁系統(tǒng)：將物理內(nèi)存分為固定大小的頁。
分段系統(tǒng)：邏輯上劃分程序的段。
虛擬內(nèi)存
請(qǐng)求分頁
請(qǐng)求分段
頁面替換算法：LRU、FIFO、Clock等。
| 算法 | 描述 |
| LRU | 最近最少使用 |
| FIFO | 先進(jìn)先出 |
| Clock | 循環(huán)時(shí)鐘算法 |
文件系統(tǒng)
文件組織
連續(xù)分配
鏈接分配
索引分配
索引節(jié)點(diǎn)
磁盤調(diào)度
FCFS
SSTF（最短尋道時(shí)間優(yōu)先）
SCAN（電梯算法）
CSCAN（循環(huán)掃描）
| 算法 | 特點(diǎn) |
| FCFS | 簡(jiǎn)單但效率低 |
| SSTF | 減少尋道時(shí)間 |
| SCAN | 減少移動(dòng)時(shí)間 |
| CSCAN | 更平滑的磁頭移動(dòng) |
I/O系統(tǒng)
I/O子系統(tǒng)架構(gòu)
總線結(jié)構(gòu)
DMA（直接內(nèi)存訪問）
通道I/O
I/O控制方式
程序控制I/O
中斷驅(qū)動(dòng)I/O
DMA
I/O通道
| 控制方式 | 描述 |
| 程序控制 | CPU全程參與 |
| 中斷驅(qū)動(dòng) | 提高效率，減輕CPU負(fù)擔(dān) |
| DMA | 不經(jīng)過CPU，直接傳輸數(shù)據(jù) |
| I/O通道 | 高度自治的I/O模塊 |
歸納
操作系統(tǒng)內(nèi)核通過各種機(jī)制和算法對(duì)資源進(jìn)行管理和調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用和系統(tǒng)的高效運(yùn)行，不同的資源管理策略適用于不同的場(chǎng)景，選擇合適的策略對(duì)于提升系統(tǒng)性能至關(guān)重要。
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