22.1 总体介绍慕课视频播放-操作系统-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

各位同学大家好

今天给大家介绍一下lab8

也是我们最后一个实验文件系统

那这主要包含以下几部分

包括总体介绍

以及对ucore文件系统架构的一个描述

还有就是simple file system

一个具体文件系统的一个分析

以及virtual file system

就是虚拟文件系统的一个

展开的一个分析

还有涉及到就是

对I/O设备接口的描述

然后最后对整个执行流程做一个概述

通过这个描述呢

使得大家能够对

我们lab8要完成的实验

有更清楚的了解

这是这次实验的大致内容

首先我们看一下总体介绍这一部分

其实lab8呢主要是说

怎么去有效把硬盘里面的数据

进行读或者写

那这个读写呢

如果说直接对硬盘数据进行访问

很明显它是操作繁琐

不具有可移植性也不简便

为此我们操作系统提出了

一系列的抽象

来简化对上层应用

它的一个访问

这里面有哪些抽象呢

我们可以看看有文件

文件就是大家知道

我们可以把磁盘中的数据呢

以文件的形式来表示出来

从而可以方便地进行读写

那么如果文件比较多的情况下呢

我们可以组织成目录

所以每个目录项呢就是一个文件

还有呢就是什么呢索引节点

那文件和目录呢

是给我们应用程序看到一个抽象

那对于我们底层的实现呢

我们需要考虑到索引节点

它是一个真实的

对硬盘上文件的一个具体描述

安装点呢是需要把我们文件系统

放到一个地方

使得我们可以从这个地方作为起始点

来访问这个文件系统中所包含的文件

这是文件系统四个抽象

那有这个抽象之后还不够

我们需要有相应

针对这些抽象的一些操作

比如说针对文件有什么呢

打开关闭文件以及读写文件

对应目录项也是一样的

这里面会涉及到打开目录

等一系列的操作

对索引节点而言

我们其实需要知道的是

一个具体的文件

它对应到磁盘中的哪些数据

这就是通过索引节点

来把磁盘中的数据

和应用程序能看到的那个文件呢

建立起一个对应关系

这是索引节点这一块

安装点呢也是一样的

它会涉及到你要安装一个文件系统

以及要卸载一个文件系统

那就是有mount unmount这两个操作

那么这些操作呢

它组成了我们文件系统的

主要的实现部分

好我们可以看看

这个呢可以理解为是

我们ucore文件系统的一个大致组成

可以看到确实它涉及的面比较多

从底层的存储的I/O设备

以及具体文件系统

比如说我们后面会讲到的

simple file system

还有呢虚拟文件系统

它可以抽象出文件系统的

一些共性的东西

形成针对不同类型的

文件系统的一个接口

可以更方便地给我们上层系统调用

提供一个进一步的文件访问接口

使得我们用户态程序

通过一个C库

可以很方便地对硬盘中的数据

进行读写操作

那可以看出来

这是文件系统一个大致一个概貌

有用户态和内核态两大部分

这也是为什么它叫文件系统

而不是叫文件子系统

因为我们知道在操作系统里面

有很多子系统

我们说有进程管理子系统

内存管理子系统

但只有文件这一块呢叫文件系统

这在某种程度上也体现出来

这个文件系统它本身的一个

比较复杂这么一个特征

好既然我们也知道

一个文件系统的大致一个组成

我们可以看看在我们ucorelab中呢

我们其实在lab8中

已经按照我们这个初始流程

idle init

init之后呢会完成

对文件系统和磁盘外设的初始化

因为我们知道我们需要把数据

要放在磁盘里面

我们需要对磁盘进行读写

所以说这两块一个是device

一个是file system

这两块需要初始化

这是在我们之前的lab1到lab7中

没有涉及到的部分

有了这个初始化之后呢

我们就可以把我们在硬盘上建立好的

simple file system

这个文件系统里面一些程序呢

放到内存里面来

可以看到

然后呢它会变成进程

去进一步去在用户空间里面执行

这就是我们在lab8中

需要让大家能够理解和掌握的

关于文件系统的一些知识

好那我们看看lab8的目标

第一个目标你要知道

我们站在用户的角度

它怎么能够访问文件系统

及完成open close read write

这个怎么操作的

一个大致了解

第二个呢我们需要去了解

simple file system

一个基于inode这种结构的

一种具体文件系统

它怎么来设计实现的

在硬盘上怎么组织

怎么把它读到内存中来

来完成相应的这些操作

同时我们还需要理解

一个文件系统的抽象

其实我们操作系统有各个层面的抽象

那么在文件系统里面

也有一层抽象叫Virtual file system

通过Virtual file system呢

它可以给我们应用程序

提供一个很简洁的一致接口

不管底下你是一个硬盘

你还是一个其它的设备

只要你以文件的形式存在

那我们都可以通过VFS

来进行有效的访问

及我们可以用它来干什么呢

open close read write OK很简单

好我们还需要通过练习

来完成对文件系统更进一步的了解

这里面包含两部分

一部分是说要完成

读文件操作的一个实现

就是我们在从应用程序

发出这个读请求之后

一直到最后

从硬盘中把这个数据读进来

那么整个执行流程中呢

有一些环节我们留出来空

希望大家能够填写出来

你需要去理解整个执行过程

然后再把相应缺的地方给补上

第二个呢是完成基于文件系统的

执行程序机制的实现

这和我们进程管理相关

我们进程管理在do_execve

这么一个操作里面呢

它会完成对一个elf格式的

文件解析和加载以及运行

我们可以回忆一下

在lab5里面我们会完成相应的事情

那么当时那个实现

是在内存中完成的

我们需要把这个文件

从硬盘中读出来

那就需要对我们当时文件加载过程

重新进行扩展

使得它能够从硬盘

把这个数据和代码读进来

并产生进程的一个主体内容

好我们再回顾一下lab5的工作

在lab5中我们当时是进程创建和执行

当时呢在一开始

我们bootloader就把整个kernel img

包含了我们的应用程序

一股脑地加载到我们内存中来

然后呢后续的ucore呢

它是在内存中完成了

对elf格式的文件的读取和加载

它跟我们的硬盘没有关系

那这个呢比较简单

但是我们现在

假定我们lab8有了文件系统之后呢

其实这一步就可以从

我们的硬盘直接读到内存中来

而不需要一开始

通过bootloader读取的方式

那么可以更加灵活地来完成

对文件的加载和执行的过程

lab8文件系统呢

它在整个这个实现中呢

包含了很多的数据结构和函数调用

而且它和我们进程内存

都有很多关系

所以相对来说它的数据结构

和函数调用关系比较复杂

其实涉及到好像感觉比较简单

比如说实际上就是完成

硬盘和内存数据一个交换

它需要从硬盘中读数据

或者把内存中的数据写回到硬盘中来

这就是两个它主要干的事情

但是怎么能够

很方便地给我们应用程序提供一个接口

来完成这个工作呢

这就需要我们文件系统

整体地来做一个设计和考虑

为了能够更好理解和分析

uCorelab8这里面的文件系统呢

我们可以采取以下一些方法

比如说自下而上

从硬盘往内存这么一个角度来分析

也可以自上而下站在用户的角度

它发出一个请求这个请求怎么完成的

最终把这个数据写到硬盘上

或者是把数据从硬盘读到内存中来

这是自上而下

还有呢我们要理一下关系

这里面很多数据结构的关系

实际上体现在数据结构的包含关系

谁包含了谁

以及在你访问这个控制流的时候呢

你要知道谁访问了谁

采取这种方式呢

我们可以比较容易地把握

文件系统整体的一个概貌

其实我们希望大家能够在头脑中

浮现出文件系统

在内核中的一个执行过程

以及它相应数据结构一幅图形

而这个图形之后呢

你去掌握和理解文件系统

就更加容易一些

为此我们也采取一种方法

来进一步地分析这个

ucore里面文件系统的架构

以及用户怎么访问文件的

还有就是内核中跟文件相关的数据结构

它们之间的关系是什么

好我们可以举个简单例子

我们站在一个比较高的角度

来看一下文件系统到底怎么回事

首先我们在一个硬盘上

当然这个硬盘是一个虚拟的硬盘

我们用qemu生成了一个文件

这个文件就是模拟硬盘的

整体的一个结构

在这个结构里面呢

会有一个具体文件系统 SFS

那这个文件系统在后面会展开说

然后有了这个文件系统之后呢

我们就要实现一系列的层次

来完成对这个文件系统的一个操作

比如说它I/O层次

它能够去通过I/O接口

来访问这个device 访问这个硬盘

通过Simple FS呢来读取这个硬盘中

保存的这个文件系统的结构

通过VFS呢给我们上层应用

提供一层一致的接口

那么自然它有一个

file system相关一个system call

这是第二层

然后有了这个接口之后呢

应用程序就可以去

通过这个文件系统相关的接口

来从上到下去地执行

从而完成对这个存储在硬盘中的文件

或者目录的数据一个访问

操作系统课程列表：

第零讲在线教学环境准备

-0.1 Piazza讨论区

--piazza访问和使用

--html

-0.2 在线实验平台

-0.2在线实验平台

第一讲操作系统概述

-1.1 课程概述

--视频

-第一讲操作系统概述--练习

-1.2 教学安排

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-1.3 什么是操作系统

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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统

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-1.5 操作系统实例

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-1.6 操作系统的演变

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-1.7 操作系统结构

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第二讲实验零操作系统实验环境准备

-2.1 前言和国内外现状

-2.2 OS实验目标

-2.3 8个OS实验概述

-2.4 实验环境搭建

-2.5 x86-32硬件介绍

-2.6 ucore部分编程技巧

-2.7 演示实验操作过程

--Q6

--Q7

--Q10

第三讲启动、中断、异常和系统调用

-3.1 BIOS

--3.1 BIOS

-3.2 系统启动流程

--3.2 系统启动流程

-3.3 中断、异常和系统调用比较

--3.3 中断、异常和系统调用比较

-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较

-3.4 系统调用

--3.4 系统调用

-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用

-3.5 系统调用示例

--3.5 系统调用示例

-3.6 ucore+系统调用代码

--3.6 ucore+系统调用代码

第四讲实验一 bootloader启动ucore os

-4.1 启动顺序

-4.2 C函数调用的实现

-4.3 GCC内联汇编

-4.4 x86中断处理过程

-4.5 练习一

-4.6 练习二

-4.7 练习三

-4.8 练习四练习五

-4.9 练习六

第五讲物理内存管理: 连续内存分配

-5.1 计算机体系结构和内存层次

-5.2 地址空间和地址生成

-5.3 连续内存分配

-5.4 碎片整理

-5.5 伙伴系统

-第五讲物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习

第六讲物理内存管理: 非连续内存分配

-6.1 非连续内存分配的需求背景

-6.2 段式存储管理

-6.3 页式存储管理

-6.4 页表概述

-6.5 快表和多级页表

-6.6 反置页表

-6.7 段页式存储管理

-第六讲物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习

第七讲实验二物理内存管理

-7.1 了解x86保护模式中的特权级

--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-第七讲实验二物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-7.2 了解特权级切换过程

--7.2 了解特权级切换过程

-第七讲实验二物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程

-7.3 了解段/页表

--7.3 了解段/页表

-第七讲实验二物理内存管理--7.3 了解段/页表

-7.4 了解UCORE建立段/页表

--7.4 了解ucore建立段/页表

-第七讲实验二物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表

-7.5 演示lab2实验环节

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第八讲虚拟存储概念

-8.1 虚拟存储的需求背景

-8.2 覆盖和交换

-8.3 局部性原理

-8.4 虚拟存储概念

-8.5 虚拟页式存储

-8.6 缺页异常

第九讲页面置换算法

-9.1 页面置换算法的概念

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-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

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-第九讲页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

-9.3 时钟置换算法和最不常用算法

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-第九讲页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法

-9.4 Belady现象和局部置换算法比较

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-9.5 工作集置换算法

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-第九讲页面置换算法--9.5 工作集置换算法

-9.6 缺页率置换算法

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-第九讲页面置换算法--9.6 缺页率置换算法

-9.7 抖动和负载控制

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第十讲实验三虚拟内存管理

-10.1 实验目标：虚存管理

--10.1 实验目标：虚存管理

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理

-10.2 回顾历史和了解当下

-- 10.2 回顾历史和了解当下

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下

-10.3 处理流程、关键数据结构和功能

--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-10.4 页访问异常

--10.4 页访问异常

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.4 页访问异常

-10.5 页换入换出机制

--10.5 页换入换出机制

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制

第十一讲进程和线程

-11.1 进程的概念

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-第十一讲进程和线程--11.1 进程的概念

-11.2 进程控制块

--11.2 进程控制块

-第十一讲进程和线程--11.2 进程控制块

-11.3 进程状态

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-第十一讲进程和线程--11.3 进程状态

-11.4 三状态进程模型

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-11.5 挂起进程模型

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-第十一讲进程和线程--11.5 挂起进程模型

-11.6 线程的概念

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-第十一讲进程和线程--11.6 线程的概念

-11.7 用户线程

--11.7 用户线程

-第十一讲进程和线程--11.7 用户线程

-11.8 内核线程

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-第十一讲进程和线程--11.8 内核线程

第十二讲进程控制

-12.1 进程切换

--12.1 进程切换

-第十二讲进程控制--12.1 进程切换

-12.2 进程创建

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-12.3 进程加载

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-第十二讲进程控制--12.3 进程加载

-12.4 进程等待与退出

--12.4 进程等待与退出

-第十二讲进程控制--12.4 进程等待与退出

第十三讲实验四内核线程管理

-13.1 总体介绍

-13.2 关键数据结构

-13.3 执行流程

-13.4 实际操作

第十四讲实验五用户进程管理

-14.1 总体介绍

--14.1 总体介绍

-14.2 进程的内存布局

--14.2 进程的内存布局

-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

-14.5 进程复制

--14.5 进程复制

-14.6 内存管理的copy-on-write机制

--14.6 内存管理的copy-on-write机制

第十五讲处理机调度

-15.1 处理机调度概念

--15.1 处理机调度概念

-第十五讲处理机调度--15.1 处理机调度概念

-15.2 调度准则

--15.2 调度准则

-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-第十五讲处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

-第十五讲处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc

-15.5 实时调度和多处理器调度

--15.5 实时调度和多处理器调度

-第十五讲处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度

-15.6 优先级反置

--15.6 优先级反置

-第十五讲处理机调度--15.6 优先级反置

第十六讲实验六调度器

-16.1 总体介绍和调度过程

-16.2 调度算法支撑框架

-16.3 时间片轮转调度算法

-16.4 Stride调度算法

第十七讲同步互斥

-17.1 背景

--17.1 背景

-17.2 现实生活中的同步问题

--17.2 现实生活中的同步问题

-第十七讲同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题

-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-第十七讲同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-17.4 基于软件的同步方法

--17.4 基于软件的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.4 基于软件的同步方法

-17.5 高级抽象的同步方法

--17.5 高级抽象的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法

第十八讲信号量与管程

-18.1 信号量

--18.1 信号量

-第十八讲信号量与管程--18.1 信号量

-18.2 信号量使用

--18.2 信号量使用

-第十八讲信号量与管程--18.2 信号量使用

-18.3 管程

--18.3 管程

-第十八讲信号量与管程--18.3 管程

-18.4 哲学家就餐问题

--18.4 哲学家就餐问题

-18.5 读者-写者问题

--18.5 读者-写者问题

第十九讲实验七同步互斥

-19.1 总体介绍

--19.1 总体介绍

-19.2 底层支撑

--19.2 底层支撑

-第十九讲实验七同步互斥--19.2 底层支撑

-19.3 信号量设计实现

--19.3 信号量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.3 信号量设计实现

-19.4 管程和条件变量设计实现

--19.4 管程和条件变量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现

-19.5 哲学家就餐问题

--19.5 哲学家就餐问题

第二十讲死锁和进程通信

-20.1 死锁概念

--20.1 死锁概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.1 死锁概念

-20.2 死锁处理方法

--20.2 死锁处理方法

-第二十讲死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法

-20.3 银行家算法

--20.3 银行家算法

-第二十讲死锁和进程通信--20.3 银行家算法

-20.4 死锁检测

--20.4 死锁检测

-第二十讲死锁和进程通信--20.4 死锁检测

-20.5 进程通信概念

--20.5 进程通信概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.5 进程通信概念

-20.6 信号和管道

--20.6 信号和管道

-第二十讲死锁和进程通信--20.6 信号和管道

-20.7 消息队列和共享内存

--20.7 消息队列和共享内存

-第二十讲死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存

第二十一讲文件系统

-21.1 文件系统和文件

--21.1 文件系统和文件

-第二十一讲文件系统--21.1 文件系统和文件

-21.2 文件描述符

--21.2 文件描述符

-第二十一讲文件系统--21.2 文件描述符

-21.3 目录、文件别名和文件系统种类

--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-第二十一讲文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-21.4 虚拟文件系统

--21.4 虚拟文件系统

-第二十一讲文件系统--21.4 虚拟文件系统

-21.5 文件缓存和打开文件

--21.5 文件缓存和打开文件

-第二十一讲文件系统--21.5 文件缓存和打开文件

-21.6 文件分配

--21.6 文件分配

-第二十一讲文件系统--21.6 文件分配

-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

-第二十一讲文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

第二十二讲实验八文件系统

-22.1 总体介绍

--22.1 总体介绍

-第二十二讲实验八文件系统--22.1 总体介绍

-22.2 ucore 文件系统架构

--22.2 ucore 文件系统架构

-第二十二讲实验八文件系统--22.2 ucore 文件系统架构

-22.3 Simple File System分析

--22.3 Simple File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.3 Simple File System分析

-22.4 Virtual File System分析

--22.4 Virtual File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.4 Virtual File System分

-22.5 I/O设备接口分析

--22.5 I/O设备接口分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.5 I/O设备接口分析

-22.6 执行流程分析

--22.6 执行流程分析

第二十三讲 I/O子系统

-23.1 I/O特点

--视频

-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点

-23.2 I/O结构

--816C80A0F5E3B8809C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构

-23.3 I/O数据传输

--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输

-23.4 磁盘调度

--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度

-23.5 磁盘缓存

--C327536B80D25CE79C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存

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22.1 总体介绍在线视频