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封面是旧都なぎ老师ヾ(>∀＜)(ﾉ∀｀●)⊃老师的画风真是太好看了！

18 操作系统

操作系统，简称OS，其实也是程序，但它有操作硬件的特殊权限，可以运行和管理其它程序。开机时它第一个启动，由它启动其它所有程序。

它可以自动处理下一个程序。

以前的计算机，外部设备不同常常会和程序不兼容，很不方便。

为了能解决这个问题，操作系统充当了软件和硬件之间的媒介，抽象硬件，叫设备驱动程序。程序员可以用标准化机制，和输入输出硬件（I/O）交互。

Atlas系统可以弥补挨个运行程序出现的空档期，使得在CPU上运行一个程序，同时另一个程序在打印数据，同时另一个程序读数据。

多任务处理：使多个程序可以同时运行，在单个CPU上共享时间。

多任务处理的问题是需要储存运行后的数据，所以需要给每个程序分配专属内存块。

存在的问题是程序可能分到非连续的内存块，难以跟踪具体位置，所以需要将内存地址“虚拟化”，叫作虚拟内存，程序假定内存总是从地址0开始，来换算实际物理位置。

操作系统会自动处理虚拟内存和物理内存之间的映射。可以让程序的内存大小可以灵活增减，叫动态内存分配。对程序来说，内存是连续的。

优点是可以灵活处理内存，而且方便隔离，一个程序出错，不会影响其他程序，叫内存保护。

以上解决了多个程序同时运行问题，那么多个用户使用终端访问计算机如何解决？

“终端”只是键盘+屏幕，连到主计算机，终端本身没有处理能力。

分时操作系统：为了确保其中一个人不会占满内存，每个用户只能用一小部分处理器、内存等。

Unix操作系统分为两部分：

• 核心功能：内核
• 一堆有用的工具，但不是内核的一部分

如果发生运行错误，就让内核“恐慌”，调用一个叫”恐慌“的函数，打印”恐慌“一词，然后无限循环。

1985年微软发布的早期Windows，在90年代很流行，但缺少”内存保护“，程序行为不当时会蓝屏，将系统也带崩溃。

如今操作系统分类很多，依然有”多任务“、”虚拟内存“、”内存保护“。

19 内存&储存介质

一般来说，电脑内存是“非永久性”，断电可能就失去数据，所以叫“易失性”存储器。

存储器和内存有一些不同，存储器的数据会一直存着，除非删除或者覆盖，断电也不会丢失。

最早的存储介质是打孔纸卡，主程序存储在纸卡上，用了十几年，因为不用电而且便宜耐用坏处是读取慢，只能写入一次。存临时值的话，纸卡不好用。

1944年，发明了延迟线存储器，类似于一个管子，一头的扬声器发出脉冲产生压力波，需要时间来传播到另一头的麦克风，麦克风将压力波转换回电信号，可以利用压力波的传播延迟，来存储数据。

假设有压力波是1，无压力波是0，扬声器就可以输出1101等信号。

延迟线存储器的一大缺点是每一个时刻只能读一位数据，如果需要访问一个特定的bit，得等待它从循环中出现，所以又叫“顺序存储器”或“循环存储器”。

但是我们需要“随机存取存储器”，可以随时访问任何位置。

如果增加内存密度，压力波紧密的话，就会更容易混在一起，所以出现了其他类型的延迟线存储器，如磁致伸缩延迟存储器。

它用了金属线的振动来代表数据，通过把线卷成线圈来存储数据，但是在1950年代中期，这种延迟线存储器就过时了。

此时出现了新技术，磁芯存储器，给磁芯绕上电线，并施加电流，可以将磁化在一个方向；如果关掉电流，磁芯保持磁化；如果沿相反方向施加电流，磁化方向会翻转，这样就可以存0和1。将磁芯排列起来，由电线负责选行和列，也有电线贯穿每个磁芯，用于读写一位。

磁芯存储器可以做到随时访问任何一位。从1950年代中期开始流行了20多年。

1951年，提出一种新的方式：磁带。磁带可以在磁带驱动器内前后移动，里面有一个写头绕了电线，电流通过产生磁场，导致磁带的一小部分被磁化，而电流方向代表了极性，代表1和0。磁带沿用至今。

磁带的主要缺点是访问速度，磁带是连续的，必须倒带或者快进到特定位置，读取起来很慢。

有个类似技术是磁鼓存储器，有金属圆筒，盖满了磁性材料以记录数据，持续旋转，周围有数十个读写头。

磁鼓导致了硬盘的发展，磁盘表面有磁性，薄，可以叠在一起，提供更多的表面积来存储数据。

要访问特定的比特，一个读/写磁头会向上或向下移动，找到正确的磁盘，磁头会滑进去。

1970年代，磁盘大幅度改进并变得普遍。

光学存储器于1972年出现，12英寸的“激光盘”。后来叫做光盘（CD/DVD）。光盘表面有很多小坑，造成光的不同反射，光学传感器会捕获到，记为1/0。

第一个RAM集成电路出现于1972年，使磁芯存储器迅速过时。

机械硬盘逐渐被固态硬盘替代，简称SSD。SSD没有移动部件，磁头不用等磁盘转，所以访问时间极快，但是仍然没有RAM快。

20 文件系统

每个文件都有相应的格式，例如txt文件，最原始的是一长串二进制，可以使用ASCII编码。

存储器没有文件的概念，只是存储大量位，为了存多个文件，需要一个特殊文件，记录其他文件的位置，这个特殊文件泛称“目录文件”。这个文件经常存在最开头，位置0，方便找。

目录文件李存所有其他文件的名字，格式是文件名+“ . ”+扩展名，扩展名帮助得知文件类型，目录文件还存文件的元数据，比如创建时间、最后修改时间、文件所有者等等信息。

目录文件有文件起始位置和长度，如果需要添加、删除、更改文件名等操作，必须更新目录文件。

目录文件以及对目录文件的管理，是一个非常简单的文件系统例子，文件系统专门负责管理文件。

以上讲的是平面文件系统，每个文件在同一个平面，所以如果给其中一个文件增加内容，可能会覆盖掉下一个文件。

为了解决这个问题：

• 把空间划分成一块块，导致一些“预留空间”，方便改动、管理；
• 拆分文件，存在多个块里，只要分配块，文件可以轻松增大缩小。（类似虚拟内存）

如果想要删除某个文件，从目录里删除记录，但是实际上文件还存在，只是需要覆盖时会分配内存覆盖掉该文件的区域，但覆盖前一直都在，所以可以“恢复”数据。

由于修改删除等操作，文件不可避免会被存为碎片，分配在不同位置的内存里。

为了方便读取文件，所以需要“碎片整理”，计算机会把碎片来回移动，排列成正确的顺序。

上述所说的都是平面管理系统，文件都在同一个目录里，处理小容量文件可行，但是在容量爆炸式增长的现在，文件数量也飞速增长，所有文件都存在同一层不切实际。

现在相关文件放在同一个文件夹，多个文件夹管理，叫分层文件系统。

目录文件不仅要指向文件，还要指向目录，需要额外元数据，来区分文件和目录。这个目录文件在最顶层，所以叫根目录。所有其他文件和文件夹，都在根目录下。

移动文件只需要将一个目录下的记录删除，在另一个目录下增加该文件即可，文件所在内存位置不变。

文件系统使我们不必关心文件在磁带或磁盘的具体位置，整理和访问文件更加方便。