操作系统与文件系统简述
操作系统
1940s，1950s的年代，计算机慢，一次只能运行一个程序，
程序员在打孔纸上写程序，拿到一个计算机房间，交给操作员。
操作员等计算机空下来后，将程序放入，然后运行，输出结果，停机。
计算机变快之后，放程序的时间比程序运行时间还长，我们需要计算机以一种方式自动运作——>操作系统
到1950年代尾声，计算机已经变得非常快了，处理器经常闲着，等待慢的设备（比如打印机，读卡器等），也就是程序阻塞在I/O上
50年代后期，曼彻斯特大学研发了世界上第一台超级计算机，Atlas，想法设法最大限度利用它，1962年设计了atlas supervisor程序，能够在一个CPU上运行多个程序（这种能力也叫多任务处理）
Atlas是世界上第一台同时支持虚拟内存和内存保护的电脑
同时运行多个程序会有一些问题
- 每个程序都会占一些内存，切换程序的时候不能丢失数据
- 解决办法是给每一个程序配置专属内存块
分配专属内存块到物理地址时候，可能物理地址不连续的，为了隐藏这种复杂性，把内存地址虚拟化，也就是虚拟内存机制
这种机制可以使程序内存大小灵活增减，也叫动态内存分配
内存保护：程序只能捣乱自己的内存，不会影响到其他的程序。
分时操作系统
Multics 首次在设计时候考虑了安全机制，但是导致系统过于臃肿。
Dennis 和 Thompson 联手打造了Unix，将os分为两部分
- 操作系统的核心功能，比如内存管理，多任务和输入输出管理，称之为内核
- 一堆有用的工具，比如程序和运行库
Unix中并没有向multics这么多的错误处理代码
- 如果有错误产生，就让
内核恐慌（kernel panic） - 内核崩溃是没有办法恢复的，所以调用了一个pannic的函数，起初只是打印pannic一词，然后无限循环
Unix成为1970-1980年代最流行的操作系统之一
1980年代，计算机降价到普通人买得起，这时候叫个人电脑。
起初微软的操作系统没有内存保护，经常蓝屏,后来微软都加上了
我们现在用的ios，安卓，windows，macos基本上都有了内存保护，虚拟内存，多任务了；
文件系统
文件格式：随机排列文件当然没有问题，但是按格式排列会更好的
最简单的文件格式
- 文本文件（.txt）
元数据（meta data）：关于数据的数据
元数据存在于文件开头，在实际的数据前面，因此也叫文件头（header）
早期计算机只做一件事，比如火炮射程表，这时候整个存储器就像一个文件（数据从头到尾直到占用满）
后期计算和存储能力的提升，可以存多个文件了，这时候最简单的方式是把文件连续存储，一个个在内存中连续存放
但是存储器没有文件概念，只存储大量位，我们怎么直到文件的开头和结尾在哪呢？
所以我们需要一个特殊文件，来记录其他文件存储的位置
这个特殊文件有很多名字，这里泛称为“目录文件”,这个文件经常是存放在开头的
目录文件存放
- 其他文件的名字”文件名+”.“+扩展名“
- 文件的元数据，比如创建时间(created)，最后修改时间(last modified)，文件所有者，是否能读写，最重要的是
文件的起始位置和长度
就像书的目录意义，更改了书里面的内容，就需要更改对应的目录
目录文件和对目录文件的管理是一个非常简单的文件系统的例子
上面的例子是”平面文件系统“：文件都在同一个层次
平面文件系统存在的问题：如果给某个文件加数据，会覆盖掉后面文件的一部分
所以现代的文件系统会做两件事
- 把空间预先分为一块块，并留一些“预留空间”可以方便改动和管理 （用这样的方案目录文件需要记录文件存放在哪些块里面）
- 拆分文件，存放在多个块里面，这样文件可以轻松增大和缩小（目录文件会记录不只一个块）//有点像虚拟内存
删除文件只需要在目录文件上删除那条记录即可。
碎片：文件存储在多个块里面，块之间是分开的，顺序也是乱的。//是增删改文件导致的，不可避免的
对很多存储技术来说，碎片是坏事，现实生活中大文件可能存放在数百个块里面，导致打开文件特别慢。
如何解决？碎片整理！
计算机把数据来回移动，排成正确的顺序
分层文件系统
树状目录的形式
- 目录文件（根目录）不仅要指向文件，还要指向目录（is directory字段）//相对于平面文件系统的变化
- 无线深度的文件夹
- 可以轻松移动文件，只需要改动两个目录文件（一个删去一条记录，一个加一条记录）
存储介质
如今存储技术正朝向固态前进，没有机械活动部件，里面是集成电路，不用像磁盘那样磁头等待磁盘旋转，ssd访问时间低于1/1000秒，但是仍然比RAM慢很多倍，所以现代计算机仍然用层次存储结构。
第一个RAM出现于1972年，成本每比特一美分
参考资料
Crash Course Computer Science