几个操作系统的基本概念

• 四种常见文件系统比较
• MMU内存管理单元
• Linux系统内核的作用
• Linux系统目录和windows系统目录的区别

四种常见文件系统比较

​ 四种常见的文件系统分别为FAT16、FAT32、NTFS、ExFAT，存储方式和特性各不相同。我们可以在电脑磁盘，U盘等文件属性看到归属的不同文件系统。以U盘使用为例，不同文件系统的主要因素还是其容量及用途，下面就简单归纳总结下四种文件系统的优劣：

• FAT16：
  优点：兼容性最好，某些数码设备可能对FAT32和NTFS格式的存储卡支持不太好，因此只能使用FAT16。

  缺点：最大仅支持2GB分区，空间浪费大。

  适用场景：对于需要高兼容性的小型存储设备，尤其是那些与较旧设备或特殊设备配合使用的场景。

• FAT32：
  优点：兼容性好，支持最大4GB的文件和最大2TB的分区。

  缺点：单个文件不能超过4GB，不支持512MB以下容量的U盘。

  适用场景：适用于个人用户和小型设备，尤其是那些不需要处理大于4GB文件的场景。

• NTFS：
  优点：兼容性好，支持任意大小的U盘。提供长文件名、数据保护和恢复，能通过目录和文件许可实现安全性，并支持跨越分区。

  缺点：在某些情况下，可能会缩短闪存寿命。

  适用场景：适用于需要高级文件管理和安全性的大型存储设备，尤其是与Windows系统配合使用的场景。

• ExFAT：
  优点：专为闪存和U盘设计，空间浪费小。支持大于4GB的文件和大于2TB的分区。

  缺点：在某些系统中，可能需要额外的驱动程序支持。

  适用场景：特别适用于闪存和U盘等移动设备，因为它们需要处理大于4GB的文件，并且希望最大化存储空间的使用效率。

MMU内存管理单元

​ MMU（Memory Management Unit）内存管理单元是一种负责处理中央处理器（CPU）的内存访问请求的计算机硬件，主要用来管理虚拟内存与物理内存的映射，由硬件自动完成。主要功能总结为以下四点：

• 虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理）：

  ​ 根据物理内存和虚拟内存之间的映射关系，通过一定的算法将虚拟地址转换为物理地址。这个映射关系由操作系统在虚拟内存管理中进行设置和维护。

• 内存保护：

  ​ 对实际的物理内存进行分割和保护，使得每个软件任务只能访问其分配到的内存空间。如果某个任务试图访问其他任务的内存空间，内存管理单元将自动产生异常，保护其他任务的程序和数据不受破坏。

• 中央处理器高速缓存的控制：

  ​ 在进行地址转换时，会首先查询高速缓存（Cache），看是否命中。如果命中，可以直接从高速缓存中获取数据，避免了访问内存的延迟。如果未命中，会发出对内存的访问请求。

• 总线的仲裁以及存储体切换（bank switching）：

  ​ 在较为简单的计算机体系结构中（例如小型单片机），负责这些任务，尤其是在8位的系统上。

​ 此外，MMU还包含一个独立的硬件模块——地址翻译缓存（TLB），用于缓存最近使用过的地址映射，以加快地址转换过程。当发生地址转换时，MMU首先查找TLB，如果找到了对应的映射，则可以提供快速的地址转换。

​ MMU在操作系统中起着至关重要的作用，使得计算机可以更加高效地管理和使用内存资源。

Linux系统内核的作用

Linux系统内核的主要作用包括：

1. 设备控制：Linux内核负责管理计算机的各种硬件资源，如处理器、内存、硬盘、网络接口等，确保它们能够协调工作并得到充分利用。
2. 提供系统调用接口：内核为应用程序提供了系统调用接口，使应用程序能够访问硬件资源和执行特权指令，从而实现对系统资源的管理和控制。
3. 内存管理：Linux内核通过虚拟内存管理机制，管理内存的分配和释放，实现进程的地址空间隔离和虚拟内存的分页机制。
4. 文件系统控制：Linux内核提供了对文件系统的支持，实现文件的读写、创建、删除等操作，以及对文件系统的管理和维护。
5. 网络管理：Linux内核实现了网络协议栈，支持网络通信和数据传输，包括TCP/IP协议栈、网络设备驱动程序等。
6. 进程管理：内核负责创建和销毁进程, 并处理它们与外部世界的联系(输入和输出)，不同进程间通讯(通过信号，管道，或者进程间通讯原语)对整个系统功能来说是基本的，也由内核处理。 另外， 调度器， 控制进程如何共享CPU，是进程管理的一部分。

​ Linux内核采用了模块化的结构，由许多模块组成，每个模块负责不同的功能，如进程管理、内存管理等。这种模块化设计使得内核具有更好的可扩展性和可维护性。总之，Linux系统内核是Linux操作系统的核心组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，为应用程序提供运行环境，使得整个系统能够高效、稳定地运行。

Linux系统目录和windows系统目录的区别

Linux系统目录和Windows系统目录在多个方面存在显著的区别，主要包括以下几个方面：

1. 文件系统结构
   • Linux：采用级层式的树状目录结构，其中最上层是根目录“/”。一切皆文件，所有的目录、文件、设备都位于根目录之下。
   • Windows：虽然也采用树型结构来组织文件，但它是基于盘符（如C:\、D:\等）来表示不同的分区或驱动器，每个分区或驱动器都有自己的目录结构。
2. 目录和文件夹
   • Linux：目录和文件夹在Linux中实际上是同一个概念，用于组织和管理文件。
   • Windows：文件夹是Windows中用于组织和管理文件的基本单位。
3. 路径分隔符
   • Linux：使用正斜杠（/）作为路径分隔符。
   • Windows：使用反斜杠（\）作为路径分隔符。
4. 系统目录
   • Linux：系统文件和目录通常位于特定的目录下，如/bin、/etc、/usr等。这些目录在文件系统层次结构中占据重要的位置，并包含操作系统正常运行所需的关键文件和目录。
   • Windows：系统文件和目录通常位于“Windows”文件夹下，如“System32”文件夹包含Windows的系统文件和硬件驱动程序。
5. 访问原理
   • Linux：系统通过唯一的虚拟文件系统（树状结构）来访问文件。各个硬盘的分区会被挂载到这个虚拟文件系统的某个子树上。
   • Windows：通过“某个硬盘-硬盘上的某个分区-分区上的特定文件系统-特定文件系统中的文件”这样的顺序来访问文件。

​ Linux系统和Windows系统最重要的区别之一在于目录，反映了两种操作系统在设计和功能上的不同。Linux系统中，一切皆文件，目录（directory）也是一个“特殊的文件”，它记录文件在存储中的位置（通过 inode），这就涉及到硬链接的知识。区别于windows的文件夹（folder），是将文件“放入其中”，是通过文件系统的层次结构（如盘符、文件夹和文件路径）来定位和管理文件。