城乡住房规划建设局网站,广州中学生网站制作,flash可以做网站吗,建设网站怎么提需求【前言】
这里说的是阻塞式读写文件#xff0c;只说主要的流程#xff0c;不包括每个流程中为了处理不同情况的更细节处理
【读取文件】
应用程序中#xff08;用户层#xff09; C#调用FileStream.Read相关接口#xff0c;传递文件句柄FileHandle#xff0c;要读取的…【前言】
这里说的是阻塞式读写文件只说主要的流程不包括每个流程中为了处理不同情况的更细节处理
【读取文件】
应用程序中用户层 C#调用FileStream.Read相关接口传递文件句柄FileHandle要读取的数据大小count数据需要放在哪array startIndex等参数到C接口的ReadFile函数C函数中发起系统调用即调用库函数read() 系统调用的简单理解操作系统是应用程序的管理者系统调用是操作系统提供给该程序的通信接口类似我们常写的对象Manager给对象实例提供的接口一样系统调用进入内核层 CPU软中断CPU在运行应用程序执行代码然后执行到读文件的代码时发现这是一个系统调用函数且是读取文件的IO操作于是发生软中断。CPU保存当前进程信息运行其他进程。 如果没有中断那么CPU需要轮询IO设备状态一直等待IO设备完成读数据的请求CPU在这段时间内什么也干不了是对CPU资源的巨大浪费虽然CPU切换进程也会消耗一定的时间这相比对等待一般IO设备完成请求而言要小得多一般来说CPU的速度比IO设备高几个数量级但如果有个快速IO设备那么CPU中断和切换进程的时间可能比轮询还多所以CPU中断不一定比轮询好。在编程时要避免短时间内出现大量IO请求否则CPU会不断中断使得操作系统过载并引发活锁。在网络场景中一般不会使用中断因为会在短时间内收到大量网络包中断会导致活锁虚拟文件系统VFS文件系统有很多实现虚拟文件系统是一个抽象的文件系统模型提供一个通用的接口操作系统只需要调用接口即可不需要关心文件系统的具体实现。类似于我们编程常写的基类。页缓存Page Cache如果要读取的数据刚好在页缓存中存在那么把数据从内核态拷贝到用户进程的内存中文件系统文件系统提供了VFS的具体实现如果页缓存中没有要读取的数据那么就会调用到文件系统对read接口的具体实现通过块管理层通用块层提供一个统一的接口供文件系统实现者使用而不用关心不同设备驱动程序的差异这样实现出来的文件系统就能用于任何的块设备。通过对设备进行抽象后不管是磁盘还是机械硬盘对于文件系统都可以使用相同的接口对逻辑数据块进行读写操作。通用块层会发出一个IO调度请求IO调度层对通用块层发出的IO调度请求不一定会立即执行。其他应用程序也可能在不久前发出IO调度请求这些IO调度请求会被缓存起来在操作系统认为合适的时机统一发出IO调度请求。什么时候是合适的时机这就是IO调度算法要解决的问题常见的调度算法有先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、电梯算法等。设备驱动程序操作系统需要完成和硬件设备的交互负责这部分功能的是设备驱动程序。操作系统提供标准接口设备的生产厂商负责编写设备驱动的具体实现。进而使得操作系统可以兼容不同厂商生产的相同功能的设备而无需关心具体实现细节。因此插入系统的设备都会先经过安装驱动程序的步骤。我们知道接口有个通用的缺点即无法使用接口实现者的特殊功能因为接口本质是为抽象多数而不是全部。例如在编程上子类如果非常多总会有个子类有个特殊方法而大多数子类没有这个方法无法暴露在接口上给接口调用者使用。在硬件上就体现为某个设备有个特殊的功能但操作系统无法使用。对文件系统而言这里的驱动程序是磁盘驱动程序。硬件层 找到数据所在的扇区编号 磁盘包括硬盘硬盘分为机械硬盘HDD和固态硬盘SSD。磁盘有一定数量的扇区有n个扇区的磁盘上编号为0到n-1这也是磁盘的地址空间。一般一个扇区的内存大小时512块制造商保证单个512字节的读写是原子的即要么完整的读写完成要么不会完成不存在其他可能。而一般操作系统一次读写的大小为4kb或者更多磁盘驱动器会根据要读取的扇区编号找到数据所在的磁道 扇区编号与具体的磁道是由固定的映射关系的知道数据在哪个扇区磁盘驱动器就可以知道数据在哪个磁道。但还需要将磁盘臂移动到该磁道才能读取数据这就是一个寻道seek过程。如果数据在不同的磁道那么就需要在多个磁道间切换。因此存在一个寻道时间。一个磁道上由多个扇区磁盘臂移动到磁道上后需要等待盘片旋转到某个扇区才能读数据因此存在一个旋转时间磁头读写数据
【更细节的详细过程】
中断过程
硬件会提供不同的执行模式来协助操作系统在用户态下应用程序不能完全访问硬件资源在内核态下操作系统可以访问机器的全部资源。还提供了陷入内核和从陷进返回用户态的指令。系统调用有明确的调用约定参数返回值都要放到什么寄存器内执行那条陷入指令这需要用汇编手工编码当机器启动时操作系统会设置陷阱表trap table其作用是建立了陷入指令和陷入处理程序的映射关系操作系统通过某种特殊指令告知硬件陷入处理程序的位置。这一切都是在内核态下完成的发送中断时操作系统获取CPU的控制权当前进程变成阻塞状态数据读取完成后变成就绪状态。操作系统通过调度算法确定接下来要运行的进程随后通过陷入返回指令回到用户态。如果没有系统调用引起的中断发生时钟中断时操作系统也会获取CPU的控制权。
内存与设备交互
DMADirect Memory Access内存和设备之间需要数据传递原来这部分是由CPU完成了为了提高效率这件事交给DMA完成。 读数据时操作系统告诉DMA读取的数据存放的起始地址大小在哪个设备读取。当DMA任务完成后会抛出一个中断请求告诉操作系统数据传输的任务完成了。交互方式 特权指令这些指令规定了操作系统将数据发送到特定设备寄存器的方法这些方法规定了双方交互的协议内存映射I/O硬件将设备寄存器作为内存地址提供当需要访问设备寄存器时操作系统读取或写入到该内存地址
如何找到扇区
文件系统会记录每个文件的信息信息包括文件的大小、文件数据位于哪些数据块中即扇区中、文件所有者、访问权限、访问和修改时间等信息。这些信息在一个inode数据结构中。所有文件的inode信息也要保存在磁盘上每个文件和文件夹都有一个inode编号(inumber)可以通过inumber拿到inode信息这构成一个inode table其在文件系统初始化时就从磁盘加载到内存中。文件系统初始化一般是在操作系统启动也即开机的时候进行。文件夹也有对应的inode其包含文件夹名或者文件名inumber列表可以找到文件夹即目录下的文件夹及文件其构成一个目录树当打开一个文件时会根据传入的路径以及目录树递归找到该文件的inumber从inode table中找到该文件的inode信息。打开文件时会创建一个file对象的数据结构这个数据结构中会保存要读取的文件的inumber同时返回一个文件描述符file descriptor在windows中也叫文件句柄file handle读取文件时根据文件句柄找到file对象找到文件的inumber扎到文件inode根据要传入的StartIndex和length找到要读取哪些扇区的数据在多进程中为了不同进程共用file对象会多包装一层。每个进程有文件描述符和描述符表,多个进程共享一个文件表描述符表指向文件表中的某个file对象。
【参考】
《操作系统导论》
