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操作系统管理物理内存以及与外设磁盘硬件进行数据的交换

操作系统如何管理物理内存呢？

其实操作系统内核先对内存先描述再组织的！操作系统管理内存的基本单位是4KB，操作系统会为每一个4KB大小的物理内存块创建一个描述该4KB内存块的struct page结构体，该结构体存储着这4KB内存块的属性信息，通过管理struct page来对内存进行管理，page结构体的大小比较小，OS通常将它们组成一个数组，因此只要对物理内存的管理就变成了对该数组的管理！要想访问某几个页框仅需在page结构体数组中查找即可。

物理内存与磁盘进行数据输入输出时的基本单位是4KB，但是如果物理内存现在要将100字节的数据输入给磁盘，直接将这100字节的内存数据给磁盘就可以了，为什么要必须给4KB内存数据呢？

如果仅仅是要多少给多少，磁盘是机械设备输入输出数据较慢，就可能会导致OS频繁访问磁盘导致整个过程变慢。因此以4KB作为数据交互的基本单位的原因是：1.减少IO次数，减少访问外设次数，提高效率。2.局部性原理。

OS还会对内存管理时采取slab内存分配机制来提升效率：OS会将某些高频的数据结构对象用链表等数据结构连接起来存入缓存区，先不释放它们，这样一来就可以在下次OS需要创建数据结构对象省去malloc创建结构体对象，而直接从缓存区拿，这样一来就提高了操作系统的工作效率。

被打开文件与文件系统文件之间的联系

被打开文件和文件系统文件之间的联系如下图：

将向文件内写入内容的过程：

使用c库文件操作函数将内容写入用户级缓冲区，再通过fd和write系统调用将内容写入对应的内核级缓冲区，再将内容拷贝到磁盘上；或直接使用write系统调用通过fd将文件写入对应的内核级缓冲区即页框中，再将内容拷贝到磁盘上。

描述文件的struct file里虽然有一部分文件的属性，而struct inode中有全部的文件属性。

struct file结构体中有指向struct address_sapce结构体的指针，该结构体中有有指向struct page_tree的结构体的指针，struct page_tree中有struct page文件页缓冲区（内核缓冲区），由该缓冲区将用户输入的内容拷贝到磁盘中。

Linux中每一个进程打开的每一个文件都要有自己的储存文件属性的inode和自己的文件页缓冲区。

操作系统在启动时会默认将文件系统中各分区的Super Block各分组的Group Descriptor Table数据拷贝到物理内存中，这样就使文件页缓冲区向磁盘中拷贝数据时快速找到要写入的文件区域并且清楚哪些磁盘内存块是已被占用的那些是没被占用的，避免造成数据覆盖，也提高了文件拷贝的效率。