程序员教你如何关电脑系统-程序员教你如何关电脑系统

1.黑客到底是什么？

2.程序员必备知识（操作系统5-文件系统）

3.电脑操作系统工作是什么原理 比如说我用鼠标点一下 计算机图标 啪 打开了 怎么个过程？都说是机器语言

4.程序员如何清理电脑垃圾

黑客到底是什么？

---什么是黑客?

Jargon File中对“黑客”一词给出了很多个定义，大部分定义都涉及高超的编程技术，强烈的解决问题和克服限制的欲望。如果你想知道如何成为一名黑客，那么好，只有两方面是重要的。（态度和技术）

长久以来，存在一个专家级程序员和网络高手的共享文化社群，其历史可以追溯到几十年前第一台分时共享的小型机和最早的ARPAnet实验时期。 这个文化的参与者们创造了“黑客”这个词。 黑客们建起了Internet。黑客们使Unix操作系统成为今天这个样子。黑客们搭起了Usenet。黑客们让WWW正常运转。如果你是这个文化的一部分，如果你已经为它作了些贡献，而且圈内的其他人也知道你是谁并称你为一个黑客，那么你就是一名黑客。

黑客精神并不仅仅局限于软件黑客文化圈中。有些人同样以黑客态度对待其它事情如电子和音乐---事实上，你可以在任何较高级别的科学和艺术中发现它。软件黑客们识别出这些在其他领域同类并把他们也称作黑客---有人宣称黑客实际上是独立于他们工作领域的。 但在本文中，我们将注意力集中在软件黑客的技术和态度，以及发明了“黑客”一词的哪个共享文化传统之上。

另外还有一群人，他们大声嚷嚷着自己是黑客，实际上他们却不是。他们是一些蓄意破坏计算机和电话系统的人（多数是青春期的少年）。真正的黑客把这些人叫做“骇客”(cracker)，并不屑与之为伍。多数真正的黑客认为骇客们是些不负责任的懒家伙，还没什么大本事。专门以破坏别人安全为目的的行为并不能使你成为一名黑客， 正如拿根铁丝能打开汽车并不能使你成为一个汽车工程师。不幸的是，很多记者和作家往往错把“骇客”当成黑客；这种做法激怒真正的黑客。

根本的区别是：黑客们建设，而骇客们破坏。

如果你想成为一名黑客，继续读下去。如果你想做一个骇客，去读 alt.2600 新闻组，并在发现你并不像自己想象的那么聪明的时候去坐5到10次监狱。 关于骇客，我只想说这么多。

---黑客的态度

黑客们解决问题，建设事物，信仰自由和双向的帮助，人人为我, 我为人人。

要想被认为是一名黑客，你的行为必须显示出你已经具备了这种态度。要想做的好象你具备这种态度，你就不得不真的具备这种态度。但是如果你想靠培养黑客态度在黑客文化中得到承认，那就大错特错了。因为成为具备这些特质的这种人对你自己非常重要，有助于你学习，并给你提供源源不断的活力。同所有有创造性的艺术一样，成为大师的最有效方法就是模仿大师的精神---不是仅从理智上，更要从感情上进行模仿。

So，如果你想做一名黑客，请重复以下事情直到你相信它们：

1 这世界充满待解决的迷人问题

做一名黑客有很多乐趣，但却是些要费很多气力方能得到的乐趣。 这些努力需要动力。成功的运动员从健壮体魄，挑战自我极限中汲取动力。同样，做黑客，你必须

要有从解决问题，磨练技术，锻炼智力中得到基本的热望。如果你还不是这类人又想做黑客，你就要设法成为这样的人。否则你会发现，你的黑客热情会被其他诱惑无情地吞噬掉---如金钱、性和社会上的虚名。

（同样你必须对你自己的学习能力建立信心---相信尽管你对某问题所知不多，但如果你一点一点地学习、试探，你最终会掌握并解决它。）

2. 一个问题不应该被解决两次

聪明的脑瓜是宝贵的，有限的资源。当这个世界还充满其他有待解决的有趣问题之时，他们不应该被浪费在重新发明轮子这些事情上。 作为一名黑客，你必须相信其他黑客的思考时间是宝贵的---因此共享信息，解决问题并发布结果给其他黑客几乎是一种道义，这样其他人就可以去解决新问题而不是重复地对付旧问题。

(你不必认为你一定要把你的发明创造公布出去，但这样做的黑客是赢得大家尊敬最多的人。卖些钱来给自己养家糊口，买房买车买计算机甚至发大财和黑客价值也是相容的，只要你别忘记你还是个黑客。)

3. 无聊和乏味的工作是罪恶

黑客们应该从来不会被愚蠢的重复性劳动所困扰，因为当这种事情发生时就意味着他们没有在做只有他们才能做的事情---解决新问题。这样的浪费伤害每一个人。因此，无聊和乏味的工作不仅仅是令人不舒服而已，它们是极大的犯罪。 要想做的象个黑客，你必须完全相信这点并尽可能多地将乏味的工作自动化，不仅为你自己，也为了其他人（尤其是其他黑客们）。

(对此有一个明显的例外。黑客们有时也做一些重复性的枯燥工作以进行“脑力休息”，或是为练熟了某个技巧，或是获得一些除此无法获得的经验。但这是他自己的选择---有脑子的人不应该被迫做无聊的活儿。）

4 自由就是好

黑客们是天生的反权威主义者。任何能向你发命令的人会迫使你停止解决令你着迷的问题，同时，按照权威的一般思路，他通常会给出一些极其愚昧的理由。因此，不论何时何地，任何权威，只要他压迫你或其他黑客，就要和他斗到底。

(这并非说任何权力都不必要。儿童需要监护，罪犯也要被看管起来。 如果服从命令得到某种东西比起用其他方式得到它更节约时间，黑客会同意接受某种形式的权威。但这是一个有限的、特意的交易；权力想要的那种个人服从不是你的给予，而是无条件的服从。)

权力喜爱审查和保密。他们不信任自愿的合作和信息共享---他们只喜欢由他们控制的合作。因此，要想做的象个黑客，你得对审查、保密，以及使用武力或欺骗去压迫人们的做法有一种本能的反感和敌意。

5. 态度不能替代能力

要做一名黑客，你必须培养起这些态度。但只具备这些态度并不能使你成为一名黑客，就象这并不能使你成为一个运动健将和摇滚明星一样。成为一名黑客需要花费智力，实践，奉献和辛苦。

因此，你必须学会不相信态度，并尊重各种各样的能力。黑客们不会为那些故意装模做样的人浪费时间，但他们却非常尊重能力---尤其是做黑客的能力，不过任何能力总归是好的。具备很少人才能掌握的技术方面的能力尤其为好，而具备那些涉及脑力、技巧和聚精会神的能力为最好。

如果你尊敬能力，你会享受提高自己能力的乐趣---辛苦的工作和奉献会变成一种高度娱乐而非贱役。 要想成为一名黑客，这一点非常重要。

---基本黑客技术

黑客态度是重要的，但技术更加重要。态度无法替代技术，在你被别的黑客称为黑客之前，有一套基本的技术你必须掌握。 这套基本技术随着新技术的出现和老技术的过时也随时间在缓慢改变。例如，过去包括使用机器码编程，而知道最近才包括了HTML语言。但现在明显包括以下技术：

1 学习如何编程

这当然是最基本的黑客技术。如果你还不会任何计算机语言，我建议你从Python开始。它设计清晰，文档齐全，对初学者很合适。尽管是一门很好的初级语言，它不仅仅只是个玩具。它非常强大，灵活，也适合做大型项目。

但是记住，如果你只会一门语言，你将不会达到黑客所要求的技术水平，甚至也不能达到一个普通程序员的水平---你需要学会如何以一个通用的方法思考编程问题，独立于任何语言。要做一名真正的黑客，你需要学会如何在几天内通过一些手册，结合你现在所知，迅速掌握一门新语言。这意味着你应该学会几种不同的语言。

如果要做一些重要的编程，你将不得不学习C语言，Unix的核心语言。其他对黑客而言比较重要的语言包括Perl和LISP。 Perl很实用，值得一学；它被广泛用于活动网页和系统管理，因此即便你从不用Perl写程序，至少也应该能读懂它。 LISP 值得学习是因为当你最终掌握了它你会得到丰富的经验；这些经验使你在以后的日子里成为一个更好的程序员，即使你实际上可能很少使用LISP本身。

当然，实际上你最好四种都会。 (Python, C, Perl, and LISP). 除了是最重要的四种基本语言，它们还代表了四种非常不同的编程方法，每种都会让你受益非浅。

这里我无法完整地教会你如何编程---这是个复杂的活儿。但我可以告诉你，书本和课程也不能作到。几乎所有最好的黑客都是自学成材的。真正能起作用的就是去亲自读代码和写代码。

学习如何编程就象学习用自然语言写作一样。最好的做法是读一些大师的名著，试着自己写点东西，再读些，再写点，又读些，又写点....如此往复，直到你达到自己在范文中看到的简洁和力量。

过去找到好的代码去读是困难的，因为很少有大型程序的可用源代码能让新手练手。这种状况已经得到了很大的改善；现在有很多可用的开放源码软件，编程工具和操作系统（全都有黑客写成）。这使我们自然地来到第二个话题...

2 得到一个开放源码的Unix并学会使用、运行它

我假设你已经拥有了一台个人计算机或者有一个可用的（ 今天的孩子们真幸福 :-) ）。新手们最基本的一步就是得到一份Linux或BSD-Unix，安装在个人计算机上，并运行它。

当然，这世界上除了Unix还有其他操作系统。但它们都是以二进制形式发送的---你无法读到它的源码，更不可能修改它。尝试在DOS或Windows的机器上学习黑客技术，就象是在腿上绑了铁块去学跳舞。

除此之外，Unix还是Internet的操作系统。你可以不知道Unix而学会用Internet，但不懂它你就无法成为一名Internet黑客。因为这个原因，今天的黑客文化在很大程度上是以Unix为中心的。（这点并不总是真的，一些很早的黑客对此很不高兴，但Unix和Internet之间的共生关系已是如此之强，甚至连微软也无可奈何)

So，装一个Unix---我个人喜欢Linux，不过也有其他选择。（你也可以在同一台机器上同时运行DOS,Windows和Linux）学会它。运行它。用它跟Internet对话。读它的代码。试着去修改他。你会得到比微软操作系统上好的多的编程工具（包括C,Lisp, Python, and Perl），你会得到乐趣，并将学到比你想象的更多知识。

关于学习Unix的更多信息，请看 The Loginataka.

要得到Linux，请看： 哪里能得到 Linux.

3 学会如何使用WWW和写HTML

大多黑客文化建造的东西都在你看不见的地方发挥着作用，帮助工厂、办公室和大学正常运转，表面上很难看到它对他人的生活的影响。Web是一个大大的例外。即便政客也同意，这个巨大而耀眼的黑客玩具正在改变整个世界。单是这个原因（还有许多其它的）， 你就需要学习如何掌握Web。

这并不是仅仅意味着如何使用浏览器（谁都会），而是要学会如何写HTML，Web的标记语言。如果你不会编程，写HTML会教你一些有助于学习的思考习惯。因此，先建起自己的主页。

但仅仅建一个主页也不能使你成为一名黑客。 Web里充满了各种网页。多数是无意义的，零信息量垃圾。

要想有价值，你的网页必须有内容---必须有趣或对其它黑客有用。这样，我们来到下一个话题....

---黑客文化中的地位

象大部分不涉及金钱的文化一样，黑客王国的运转靠声誉维护。你设法解决有趣的问题，但它们到底多有趣，你的解法有多好，是要有那些和你具有同样技术水平的人或比你更牛的人去评判的。

相应地，当你在玩黑客游戏时，你知道，你的分数要靠其他黑客对你的技术的评估给出。（这就是为什么只有在其它黑客称你为黑客是，你才算得上是一名黑客）这个事实常会被黑客是一项孤独的工作这一印象所减弱；它也会被另一个黑客文化的禁忌所减弱（此禁忌的效力正在减弱但仍很强大）：拒绝承认自我或外部评估是一个人的动力。

特别地，黑客王国被人类学家们称为一种精英文化。在这里你不是凭借你对别人的统治来建立地位和名望，也不是靠美貌，或拥有其他人想要的东西，而是靠你的奉献。尤其是奉献你的时间，你的才智和你的技术成果。

要获得其他黑客的尊敬，你可以做以下五种事情：

1. 写开放源码的软件

第一个（也是最基本和传统的）是写些被其他黑客认为有趣或有用的程序，并把程序的原代码公布给大家共享。

（过去我们称之为“自由软件-free software”，但这却使很多不知free的精确含义的人感到不解。现在我们很多人使用“开放源码-open source”这个词）

黑客王国里最受尊敬的大牛们是那些写了大型的、具有广泛用途的软件，并把它们公布出去，使每人都在使用他的软件的人。

2. 帮助测试并修改开放源码的软件

黑客们也尊敬也那些使用、测试开放源码软件的人。在这个并非完美的世界上，我们不可避免地要花大量软件开发的时间在测试和抓臭虫阶段。 这就是为什么任何开放源码的作者稍加思考后都会告诉你好的beta测试员象红宝石一样珍贵。 (他知道如何清楚描述出错症状，很好地定位错误，能忍受快速发布的软件中的bug，愿意使用一些简单的诊断工具) 甚至他们中的一个能判断出哪个测试阶段是延长的、令人精疲力尽的噩梦，哪个只是一个有益健康的玩意儿。

如果你是个新手，试着找一个赶兴趣的正在开发的程序，作一个好的beta测试员。从帮着测试，到帮着抓臭虫，到最后帮着改程序，你会不断进步。以后你写程序时，会有别人来帮你，你就得到了你当初善举的回报。

3. 公布有用的信息

另一个好事是收集整理网页上有用有趣的信息或文档如FAQ。许多主要FAQ的维护者和其他开放源码的作者一样受到大家的尊敬。

4. 帮助维护基础设施的运转

黑客文化是靠自愿者运转的。要使Internet能正常工作，就要有大量枯燥的工作不得不去完成----管理mail list，newsgroup，维护大量文档，开发RFC和其它技术标准等等。做这类事情的人会得到很多人的尊敬，因为每人都知道这些事情是耗时耗力的苦役，不象编码那样好玩。做这些事情需要毅力。

5. 为黑客文化本身服务

最后，你可以为这个文化本身服务（例如象我这样，写一个“如何成为黑客”的初级教程 :-) ）（hehe,象我这样把它翻成中文 :-) ） 这并非一定要在你已经在这里呆了很久，精通所有以上4点，获得一定声誉后后才能去做。

黑客文化没有领袖。精确地说，它确实有些文化英雄和部落长者和历史学家和发言人。若你在这圈内呆的够长，你或许成为其中之一。

记住：黑客们不相信他们的部落长者的自夸的炫耀，因此很明显地去追求这种名誉是危险的。你必须具备基本的谦虚和优雅。

---黑客和怪人(Nerd)的联系

同流行的传说相反，做一名黑客并不一定要你是个怪人。然而，很多黑客都是怪人。做一个出世者有助于你集中精力进行更重要的事情，如思考和编程。

因此，很多黑客都愿意接受“怪人”这个标签，更有甚者愿意使用“傻子(geek)”一词并自以为豪---这是宣布他们与主流社会不合作的声明。

如果你能集中足够的精力来做好黑客同时还能有正常的生活，这很好。今天作到这一点比我在1970年代是个新手是要容易的多。今天主流文化对技术怪人要友善的多。甚至有更多的人意识到黑客通常更富爱心，是块很好的做恋人和配偶的材料。 更多信息见 Girl's Guide to Geek Guys.

如果你因为生活上不如意而为做黑客而吸引，那也没什么---至少你不会分神了。或许以后你会找到自己的另一半。

---风格的意义

重申一下，做一名黑客，你必须进入黑客精神之中。当你不在计算机边上时，你仍然有很多事情可做。它们并不能替代真正的编程（没有什么能替代编程），但很多黑客都那么做，并感到它们与黑客精神存在一种本质的关联。

阅读科幻小说。参加科幻小说讨论会。（一个很好的寻找黑客的场合）

研究禅宗，或练功习武。

练就一双精确的耳朵，学会鉴赏特别的音乐。学会玩某种乐器，或唱歌。

提高对双关语的鉴赏。

学会流畅地用母语写作。（令人惊讶的时，我所知道的所有最棒的黑客，都是很不错的作家）

这些事情，你做的越多，你就越适合做黑客。至于为什么偏偏是这些事情，原因并不很清楚，但它们都涉及到了左-右脑的综合技巧，这似乎是关键所在。（黑客们既需要清晰的逻辑思维，有时也需要强烈的跳出逻辑之外的直觉）

最后，还有一些不要去做的事情。

不要使用愚蠢的，过于哗众取宠的ID

不要自称为网络崩客(punk) ，也不要对那些人浪费时间

不要寄出充满拼写和语法错误的email，或张贴错误百出的文章

做以上的事情，会使大大损害你的声誉。黑客们个个记忆超群---你将需要数年的时间让他们忘记你的愚蠢。

---其它资源

Peter Seebach为那些不知如何同黑客打交道的经理们维护了一个非常精彩的黑客FAQ。

The Loginataka 有许多关于如何正确培养一个Unix黑客的态度的材料。

我也曾写过一篇“黑客文化简史”。

我还写过另一篇文章，“大教堂与集市”，解释了许多Linux和开放源码文化的运做原理。我还在它的续集“开拓智域”一文中有更直接的论述。

---FAQ（常问问题解答）

问：你会教我如何做黑客吗？

自从第一次发布此页，我每周都会得到一些请求，要我“教会他如何做黑客”；遗憾的是，我没有足够的时间和精力来做这个；我自己的编程项目已经占用了我110%的时间。

甚至即便我想教你也不可能，黑客基本上是一项需要你自行修炼的的态度和技术。你会发现即使真正的黑客想帮助你，如果你乞求他们填鸭一样教你的话，你不会赢得他们的尊敬。

首先去学习。显示你在尝试，你能靠自己去学习。然后再去向黑客们请教问题。

问：你会帮我“黑”掉一个站点吗？或者教我怎么黑它？

No. 任何在读完FAQ后还问此问题人，都是愚不可及的家伙，即使有时间我也不会理睬。 任何发给我的此类mail都会被忽略或被痛斥。

问：哪里能找到真正的可以与之交流的黑客？

最佳办法是就近参加一个Unix或Linux的用户组，参加他们的会议。

问：我该先学哪种语言？

HTML, 如果你还不会的话.

但它不是一个真正的编程语言。当你准备编程时，我建议你从 Python开始. 会有很多人向你推荐Perl，它比Python还受欢迎，但却难学一些。

C 是非常重要的，但它却是最难学的。不要一开始就尝试学C。

问：开放源码的自由软件不会使程序员饿肚子吗？

这似乎不大可能---到目前，开放源码软件产业创造了而不是消灭了大量工作机会。

如果写一个程序比不写一个程序只是个纯粹经济上的收益的话，无论它是否免费，只要它被完成，程序员都会从中得到回报。而且，无论软件是由多么的free的方法开发的，对更新的软件应用的需求总是会有的。

问：我从何学起？哪里有免费的Unix?

本页的其他地方指向最常用的免费Unix。要做一名黑客，你需要自立自强，以及自我教育的能力。

程序员必备知识（操作系统5-文件系统）

本篇与之前的第三篇的内存管理知识点有相似的地方

对于运行的进程来说，内存就像一个纸箱子, 仅仅是一个暂存数据的地方， 而且空间有限。如果我们想要进程结束之后，数据依然能够保存下来，就不能只保存在内存里，而是应该保存在 外部存储 中。就像图书馆这种地方，不仅空间大,而且能够永久保存。

我们最常用的外部存储就是 硬盘 ，数据是以文件的形式保存在硬盘上的。为了管理这些文件，我们在规划文件系统的时候，需要考虑到以下几点。

第一点,文件系统要有严格的组织形式，使得文件能够 以块为单位进行存储 。这就像图书馆里，我们会给设置一排排书架，然后再把书架分成一个个小格子，有的项目存放的资料非常多，一个格子放不下，就需要多个格子来进行存放。我们把这个区域称为存放原始资料的 仓库区 。

第二点,文件系统中也要有 索引区 ，用来方便查找一个文件分成的多个块都存放在了什么位置。这就好比，图书馆的书太多了,为了方便查找,我们需要专门设置一排书架,这里面会写清楚整个档案库有哪些资料,资料在哪个架子的哪个格子上。这样找资料的时候就不用跑遍整个档案库,在这个书架上找到后，直奔目标书架就可以了。

第三点,如果文件系统中有的文件是热点文件,近期经常被读取和写入，文件系统应该有 缓存层 。这就相当于图书馆里面的热门图书区,这里面的书都是畅销书或者是常常被借还的图书。因为借还的次数比较多,那就没必要每次有人还了之后，还放回遥远的货架，我们可以专门开辟一个区域, 放置这些借还频次高的图书。这样借还的效率就会提高。

第四点,文件应该用 文件夹 的形式组织起来，方便管理和查询。这就像在图书馆里面，你可以给这些资料分门别类,比如分成计算机类.文学类.历史类等等。这样你也容易管理，项目组借阅的时候只要在某个类别中去找就可以了。

在文件系统中，每个文件都有一个名字,这样我们访问一个文件，希望通过它的名字就可以找到。文件名就是一个普通的文本。 当然文件名会经常冲突,不同用户取相同的名字的情况还是会经常出现的。

要想把很多的文件有序地组织起来,我们就需要把它们成为 目录 或者文件夹。这样,一个文件夹里可以包含文件夹,也可以包含文件,这样就形成了一种 树形结构 。而我们可以将不同的用户放在不同的用户目录下，就可以一定程度上避免了命名的冲突问题。

第五点，Linux 内核要在自己的内存里面维护一套数据结构，来保存哪些文件被哪些进程打开和使用 。这就好比，图书馆里会有个图书管理系统，记录哪些书被借阅了，被谁借阅了，借阅了多久,什么时候归还。

文件系统是操作系统中负责管理持久数据的子系统，说简单点,就是负责把用户的文件存到磁盘硬件中,因为即使计算机断电了，磁盘里的数据并不会丢失,所以可以持久化的保存文件。

文件系统的基本数据单位是 文件 ，它的目的是对磁盘上的文件进行组织管理，那组织的方式不同,就会形成不同的文件系统。

Linux最经典的一句话是:“一切皆文件”,不仅普通的文件和目录，就连块设备、管道、socket 等，也都是统一交给文件系统管理的。

Linux文件系统会为每个文件分配两个数据结构: 索引节点(index node) 和 目录项(directory entry) ，它们主要用来记录文件的元信息和目录层次结构。

●索引节点，也就是inode, 用来记录文件的元信息，比如inode编号、文件大小访问权限、创建时间、修改时间、 数据在磁盘的位置 等等。 索引节点是文件的唯一标识 ,它们之间一一对应, 也同样都会被 存储在硬盘 中,所以索引节点同样占用磁盘空间。

●目录项，也就是dentry, 用来记录文件的名字、索引节点指针以及与其他目录项的层级关联关系。多个目录项关联起来，就会形成 目录结构 ，但它与索引节点不同的是,目录项是由内核维护的一个数据结构,不存放于磁盘，而是 缓存在内存 。

由于索引节点唯一标识一个文件，而目录项记录着文件的名，所以目录项和索引节点的关系是多对一,也就是说，一个文件可以有多个别字。比如，硬链接的实现就是多个目录项中的索引节点指向同一个文件。

注意，目录也是文件，也是用索引节点唯一标识，和普通文件不同的是，普通文件在磁盘里面保存的是文件数据，而目录文件在磁盘里面保存子目录或文件。

（PS：目录项和目录不是一个东西！你也不是一个东西（^_=）， 虽然名字很相近，但目录是个文件。持久化存储在磁盘,而目录项是内核一个数据结构,缓存在内存。

如果查询目录频繁从磁盘读，效率会很低，所以内核会把已经读过的目录用目录项这个数据结构缓存在内存，下次再次读到相同的目录时，只需从内存读就可以,大大提高了 文件系统的效率。

目录项这个数据结构不只是表示目录，也是可以表示文件的。）

磁盘读写的最小单位是 扇区 ，扇区的大小只有512B大小，很明显，如果每次读写都以这么小为单位，那这读写的效率会非常低。

所以，文件系统把多个扇区组成了一个 逻辑块 ，每次读写的最小单位就是逻辑块(数据块) , Linux中的逻辑块大小为4KB,也就是一次性读写 8个扇区,这将大大提高了磁盘的读写的效率。

以上就是索引节点、目录项以及文件数据的关系，下面这个图就很好的展示了它们之间的关系:

索引节点是存储在硬盘上的数据，那么为了加速文件的访问，通常会把索引节点加载到内存中。

另外，磁盘进行格式化的时候，会被分成三个存储区域，分别是超级块、索引节点区和数据块区。

●超级块,用来存储文件系统的详细信息，比如块个数、块大小、空闲块等等。

●索引节点区,用来存储索引节点;

●数据块区，用来存储文件或目录数据;

我们不可能把超级块和索引节点区全部加载到内存,这样内存肯定撑不住，所以只有当需要使用的时候，才将其加载进内存，它们加载进内存的时机是不同的.

●超级块:当文件系统挂载时进入内存;

●索引节点区:当文件被访问时进入内存;

文件系统的种类众多，而操作系统希望 对用户提供一个统一的接口 ，于是在用户层与文件系统层引入了中间层，这个中间层就称为 虚拟文件系统(Virtual File System, VFS) 。

VFS定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口,这样程序员不需要了解文件系统的工作原理，只需要了解VFS提供的统一接口即可。

在Linux文件系统中，用户空间、系统调用、虚拟机文件系统、缓存、文件系统以及存储之间的关系如下图:

Linux支持的文件系统也不少，根据存储位置的不同，可以把文件系统分为三类:

●磁盘的文件系统，它是直接把数据存储在磁盘中,比如Ext 2/3/4. XFS 等都是这类文件系统。

●内存的文件系统，这类文件系统的数据不是存储在硬盘的,而是占用内存空间，我们经常用到的/proc 和/sys文件系统都属于这一类,读写这类文件,实际上是读写内核中相关的数据。

●网络的文件系统,用来访问其他计算机主机数据的文件系统，比如NFS. SMB等等。

文件系统首先要先挂载到某个目录才可以正常使用，比如Linux系统在启动时,会把文件系统挂载到根目录。

在操作系统的辅助之下，磁盘中的数据在计算机中都会呈现为易读的形式，并且我们不需要关心数据到底是如何存放在磁盘中,存放在磁盘的哪个地方等等问题，这些全部都是由操作系统完成的。

那么，文件数据在磁盘中究竟是怎么样的呢?我们来一探究竟!

磁盘中的存储单元会被划分为一个个的“ 块 ”，也被称为 扇区 ,扇区的大小一般都为512byte.这说明即使一块数据不足512byte,那么它也要占用512byte的磁盘空间。

而几乎所有的文件系统都会把文件分割成固定大小的块来存储，通常一个块的大小为4K。如果磁盘中的扇区为512byte,而文件系统的块大小为4K,那么文件系统的存储单元就为8个扇区。这也是前面提到的一个问题，文件大小和占用空间之间有什么区别?文件大小是文件实际的大小，而占用空间则是因为即使它的实际大小没有达到那么大,但是这部分空间实际也被占用，其他文件数据无法使用这部分的空间。所以我们 写入1byte的数据到文本中,但是它占用的空间也会是4K。

这里要注意在Windows下的NTFS文件系统中，如果一开始文件数据小于 1K,那么则不会分配磁盘块来存储，而是存在一个文件表中。但是一旦文件数据大于1K,那么不管以后文件的大小，都会分配以4K为单位的磁盘空间来存储。

与内存管理一样,为了方便对磁盘的管理,文件的逻辑地址也被分为一个个的文件块。于是文件的逻辑地址就是(逻辑块号，块内地址)。用户通过逻辑地址来操作文件,操作系统负责完成逻辑地址与物理地址的映射。

不同的文件系统为文件分配磁盘空间会有不同的方式，这些方式各自都有优缺点。

连续分配要求每个文件在磁盘上有一组连续的块，该分配方式较为简单。

通过上图可以看到，文件的逻辑块号的顺序是与物理块号相同的,这样就可以实现随机存取了，只要知道了第一个逻辑块的物理地址, 那么就可以快速访问到其他逻辑块的物理地址。那么操作系统如何完成逻辑块与物理块之间的映射呢?实际上,文件都是存放在目录下的，而目录是一种有结构文件, 所以在文件目录的记录中会存放目录下所有文件的信息，每一个文件或者目录都是一个记录。 而这些信息就包括文件的起始块号和占有块号的数量。

那么操作系统如何完成逻辑块与物理块之间的映射呢? (逻辑块号, 块内地址) -> (物理块号, 块内地址)，只需要知道逻辑块号对应的物理块号即可,块内地址不变。

用户访问一个文件的内容,操作系统通过文件的标识符找到目录项FCB, 物理块号=起始块号+逻辑块号。 当然，还需要检查逻辑块号是否合法,是否超过长度等。因为可以根据逻辑块号直接算出物理块号，所以连续分配支持 顺序访问和随机访问 。

因为读/写文件是需要移动磁头的，如果访问两个相隔很远的磁盘块,移动磁头的时间就会变长。使用连续分配来作为文件的分配方式，会使文件的磁盘块相邻，所以文件的读/写速度最快。

连续空间存放的方式虽然读写效率高，但是有 磁盘空间碎片 和 文件长度不易扩展 的缺陷。

如下图，如果文件B被删除，磁盘上就留下一块空缺，这时，如果新来的文件小于其中的一个空缺，我们就可以将其放在相应空缺里。但如果该文件的大小大于所

有的空缺，但却小于空缺大小之和，则虽然磁盘上有足够的空缺，但该文件还是不能存放。当然了，我们可以通过将现有文件进行挪动来腾出空间以容纳新的文件,但是这个在磁盘挪动文件是非常耗时，所以这种方式不太现实。

另外一个缺陷是文件长度扩展不方便，例如上图中的文件A要想扩大一下，需要更多的磁盘空间,唯一的办法就只能是挪动的方式，前面也说了，这种方式效率是非常低的。

那么有没有更好的方式来解决上面的问题呢?答案当然有，既然连续空间存放的方式不太行，那么我们就改变存放的方式，使用非连续空间存放方式来解决这些缺陷。

非连续空间存放方式分为 链表方式 和 索引方式 。

链式分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。它有两种分配方式:显示链接和隐式链接。

隐式链接是只目录项中只会记录文件所占磁盘块中的第一块的地址和最后一块磁盘块的地址, 然后通过在每一个磁盘块中存放一个指向下一 磁盘块的指针， 从而可以根据指针找到下一块磁盘块。如果需要分配新的磁盘块,则使用最后一块磁盘块中的指针指向新的磁盘块,然后修改新的磁盘块为最后的磁盘块。

我们来思考一个问题, 采用隐式链接如何将实现逻辑块号转换为物理块号呢?

用户给出需要访问的逻辑块号i,操作系统需要找到所需访问文件的目录项FCB.从目录项中可以知道文件的起始块号，然后将逻辑块号0的数据读入内存,由此知道1号逻辑块的物理块号，然后再读入1号逻辑块的数据进内存，此次类推，最终可以找到用户所需访问的逻辑块号i。访问逻辑块号i,总共需要i+ 1次磁盘1/0操作。

得出结论: 隐式链接分配只能顺序访问，不支持随机访问，查找效率低 。

我们来思考另外一个问题，采用隐式链接是否方便文件拓展?

我们知道目录项中存有结束块号的物理地址，所以我们如果要拓展文件，只需要将新分配的磁盘块挂载到结束块号的后面即可，修改结束块号的指针指向新分配的磁盘块，然后修改目录项。

得出结论: 隐式链接分配很方便文件拓展。所有空闲磁盘块都可以被利用到，无碎片问题，存储利用率高。

显示链接是把用于链接各个物理块的指针显式地存放在一张表中，该表称为文件分配表(FAT, File Allocation Table)。

由于查找记录的过程是在内存中进行的,因而不仅显著地 提高了检索速度 ，而且 大大减少了访问磁盘的次数 。但也正是整个表都存放在内存中的关系，它的主要的缺点是 不适 用于大磁盘 。

比如，对于200GB的磁盘和1KB大小的块，这张表需要有2亿项，每一项对应于这2亿个磁盘块中的一个块,每项如果需要4个字节，那这张表要占用800MB内存,很显然FAT方案对于大磁盘而言不太合适。

一直都在，加油！（*゜Д゜）σ凸←自爆按钮

链表的方式解决了连续分配的磁盘碎片和文件动态打展的问题，但是不能有效支持直接访问(FAT除外) ,索引的方式可以解决这个问题。

索引的实现是为每个文件创建一个 索引数据块 ，里面存放的 是指向文件数据块的指针列表 ,说白了就像书的目录一样,要找哪个章节的内容,看目录查就可以。

另外， 文件头需要包含指向索引数据块的指针 ,这样就可以通过文件头知道索引数据块的位置，再通过索弓|数据块里的索引信息找到对应的数据块。

创建文件时，索引块的所有指针都设为空。当首次写入第i块时，先从空闲空间中取得一个块， 再将其地址写到索引块的第i个条目。

索引的方式优点在于:

●文件的创建、增大、缩小很方便;

●不会有碎片的问题;

●支持顺序读写和随机读写;

由于索引数据也是存放在磁盘块的，如果文件很小，明明只需一块就可以存放的下，但还是需要额外分配一块来存放索引数据，所以缺陷之一就是存储索引带来的开销。

如果文件很大，大到一个索引数据块放不下索引信息，这时又要如何处理大文件的存放呢?我们可以通过组合的方式，来处理大文件的存储。

先来看看 链表+索引 的组合，这种组合称为 链式索引块 ，它的实现方式是在 索引数据块留出一个存放下一个索引数据块的指针 ，于是当一个索引数据块的索引信息用完了，就可以通过指针的方式，找到下一个索引数据块的信息。那这种方式也会出现前面提到的链表方式的问题，万一某个指针损坏了，后面的数据也就会无法读取了。

还有另外一种组合方式是 索引+索引 的方式，这种组合称为多级索引块，实现方式是通过一个索引块来存放多个索引数据块,一层套一层索引， 像极了俄罗斯套娃是吧?乛?乛?

前面说到的文件的存储是针对已经被占用的数据块组织和管理，接下来的问题是，如果我要保存一个数据块, 我应该放在硬盘上的哪个位置呢?难道需要将所有的块扫描一遍，找个空的地方随便放吗?

那这种方式效率就太低了，所以针对磁盘的空闲空间也是要引入管理的机制，接下来介绍几种常见的方法:

●空闲表法

●空闲链表法

●位图法

空闲表法

空闲表法就是为所有空闲空间建立一张表，表内容包括空闲区的第一个块号和该空闲区的块个数，注意，这个方式是连续分配的。如下图:

当请求分配磁盘空间时，系统依次扫描空闲表里的内容，直到找到一个合适的空闲区域为止。当用户撤销一个文件时，系统回收文件空间。这时，也需顺序扫描空闲表,寻找一个空闲表条目并将释放空间的第一个物理块号及它占用的块数填到这个条目中。

这种方法仅当有少量的空闲区时才有较好的效果。因为，如果存储空间中有着大量的小的空闲区,则空闲表变得很大,这样查询效率会很低。另外，这种分配技术适用于建立连续文件。

空闲链表法

我们也可以使用链表的方式来管理空闲空间，每一个空闲块里有一个指针指向下一个空闲块，这样也能很方便的找到空闲块并管理起来。如下图：

当创建文件需要一块或几块时，就从链头上依次取下一块或几块。反之，当回收空间时，把这些空闲块依次接到链头上。

这种技术只要在主存中保存一个指针, 令它指向第一个空闲块。其特点是简单,但不能随机访问，工作效率低，因为每当在链上增加或移动空闲块时需要做很多1/0操作,同时数据块的指针消耗了一定的存储空间。

空闲表法和空闲链表法都不适合用于大型文件系统，因为这会使空闲表或空闲链表太大。

位图法

位图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，磁盘上所有的盘块都有一个二进制位与之对应。

当值为0时，表示对应的盘块空闲，值为1时，表示对应的盘块已分配。它形式如下:

在Linux文件系统就采用了位图的方式来管理空闲空间,不仅用于数据空闲块的管理,还用于inode空闲块的管理，因为inode也是存储在磁盘的，自然也要有对其管理。

前面提到Linux是用位图的方式管理空闲空间，用户在创建一个新文件时， Linux 内核会通过inode的位图找到空闲可用的inode,并进行分配。要存储数据时，会通过块的位图找到空闲的块，并分配，但仔细计算一下还是有问题的。

数据块的位图是放在磁盘块里的，假设是放在一个块里,一个块4K,每位表示一个数据块,共可以表示4 * 1024 * 8 = 2^15个空闲块,由于1个数据块是4K大小，那么最大可以表示的空间为2^15 * 4 * 1024 = 2^27个byte,也就是128M。

也就是说按照上面的结构，如果采用（一个块的位图+?一系列的块），外加一（个块的inode的位图+一系列的inode）的结构能表示的最大空间也就128M,

这太少了，现在很多文件都比这个大。

在Linux文件系统，把这个结构称为一个 块组 ，那么有N多的块组,就能够表示N大的文件。

最终,整个文件系统格式就是下面这个样子。

最前面的第一个块是引导块,在系统启动时用于启用引导，接着后面就是一个一个连续的块组了,块组的内容如下:

● 超级块 ,包含的是文件系统的重要信息，比如inode总个数、块总个数、每个块组的inode个数、每个块组的块个数等等。

● 块组描述符 ,包含文件系统中各个块组的状态,比如块组中空闲块和inode的数目等，每个块组都包含了文件系统中「所有块组的组描述符信息」。

● 数据位图和inode位图 ，用于表示对应的数据块或inode是空闲的，还是被使用中。

● inode 列表 ，包含了块组中所有的inode, inode 用于保存文件系统中与各个文件和目录相关的所有元数据。

● 数据块 ，包含文件的有用数据。

你可以会发现每个块组里有很多重复的信息，比如 超级块和块组描述符表，这两个都是全局信息，而且非常的重要 ，这么做是有两个原因:

●如果系统崩溃破坏了超级块或块组描述符,有关文件系统结构和内容的所有信息都会丢失。如果有冗余的副本,该信息是可能恢复的。

●通过使文件和管理数据尽可能接近，减少了磁头寻道和旋转,这可以提高文件系统的性能。

不过，Ext2 的后续版本采用了稀疏技术。该做法是，超级块和块组描述符表不再存储到文件系统的每个块组中,而是只写入到块组0、块组1和其他ID可以表示为3、5、7的幂的块组中。

在前面，我们知道了一个普通文件是如何存储的，但还有一个特殊的文件,经常用到的目录，它是如何保存的呢?

基于Linux?一切切皆文件的设计思想，目录其实也是个文件,你甚至可以通过vim打开它，它也有inode, inode 里面也是指向一些块。

和普通文件不同的是， 普通文件的块里面保存的是文件数据，而目录文件的块里面保存的是目录里面一项一项的文件信息 。

在目录文件的块中，最简单的保存格式就是 列表 ，就是一项一项地将目录下的文件信息(如文件名、文件inode.文件类型等)列在表里。

列表中每一项就代表该目录下的文件的文件名和对应的inode,通过这个inode,就可以找到真正的文件。

通常，第一项是「则」，表示当前目录,第二项是.，表示上一级目录, 接下来就是一项一项的文件名和inode。

如果一个目录有超级多的文件,我们要想在这个目录下找文件,按照列表一项一项的找,效率就不高了。

于是，保存目录的格式改成 哈希表 ，对文件名进行哈希计算,把哈希值保存起来,如果我们要查找一个目录下面的文件名，可以通过名称取哈希。如果哈希能够匹配上,就说明这个文件的信息在相应的块里面。

Linux系统的ext文件系统就是采用了哈希表，来保存目录的内容,这种方法的优点是查找非常迅速，插入和删除也较简单,不过需要一些预备措施来避免哈希冲突。

目录查询是通过在磁盘上反复搜索完成，需要不断地进行/0操作,开销较大。所以,为了减少/0操作,把当前使用的文件目录缓存在内存，以后要使用该文件时只要在内存中操作，从而降低了磁盘操作次数,提高了文件系统的访问速度。

感谢您的阅读，希望您能摄取到知识！加油！冲冲冲！（发现光，追随光，成为光，散发光！）我是程序员耶耶！有缘再见。<－biubiu－?(`ω?∩)

电脑操作系统工作是什么原理 比如说我用鼠标点一下 计算机图标 啪 打开了 怎么个过程？都说是机器语言

很简单，像你说的我用鼠标点一下计算机图标就打开了某个程序。其实就是函数调用的过程，系统软件或应用软件要完成某个功能，都是以函数调用的形式实现的。

函数就是表示每个输入值对应唯一输出值的一种对应关系，即x=y这样。

在程序中是通过对函数的调用来执行函数体的。函数体是用花括号括起来的若干语句，他们完成了一个函数具体功能。

所以说：要知道电脑操作系统工作是什么原理，就要了解什么是函数调用，首先是要学会编程，不然这东西就很难了解。

PS：我不是这方面的专业人员，跟你讲的就是这些了。上面的只是我自己理解的。

程序员如何清理电脑垃圾

1、输入%temp%命令法。

%temp%这个是系统的环境变量，对应的是C:\DocumentsandSettings\Administrator\LocalSettings\Temp文件夹，当它在运行%temp%，你就要打开这个文件夹。那里是安装软件等工作时留下来的临时文件，可会帮你进行清理。点左下角的“开始”--“运行”，输入“%temp%”(引号内的)。这个时候就要点“确定”就会跳出C盘中的垃圾文件，然后要将它全选并删除。

2、磁盘清理法。

当你点击“开始→运行”，这个时候就要在“运行”中输入：“cleanmgr/SAGERUN:99”，这时你的系统就会执行清理磁盘工具的“特别模式”。然后你要记得按回车，这样就可以快速执行系统垃圾文件清理，同时也是会依次弹出多个对话框。如果你是要选择性清理，那么你就要在运行对话框中输入：“cleanmgr/sageset:99”后回车，这个时候就会出现很多清理选择，你只要选择需要清理的文件就可以了。

3、运行cookies命令法。

打开电脑左下角的开始，这个时候才能进入到运行状态，输入cookies，点确定就可以了，然后将弹框中的文件全部拉黑删除就完成了。当你在清理cookies还可保护你的隐私，同时能够起到防止泄密的作用。

4、检查事件查看器法。

点开始，然后要找到控制面板。打开后，找“性能与维护”、找“管理工具”找到事件查看器。这个时候要双击左键点开，在对话框中将鼠标放到应用程序上，可以将无用的清除。