操作系统知识点整理

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操作系统(OS; Operating System)

操作系统指控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，并合理组织和调度计算机的作业和资源分配的程序的集合，是最基本的系统软件。操作系统的主要目标为实现方便性、有效性、可扩充性和开放性。

操作系统实现对计算机资源的抽象，提供用户与计算机硬件系统间的接口，其内核具有的两大功能如下：资源管理功能和支撑功能。资源管理功能指管理处理机、存储器、文件、设备等计算机系统资源；支撑功能的内容如下。

  • 中断(Interrupt)：中断分为由外部设备引起的外中断，和来自CPU内部的内中断，又称陷入(Trap)，中断处理程序需要保存被中断进程的CPU环境并转入相应的设备处理程序，还需要恢复CPU现场，且这两个过程必须关中断；
  • 时钟(Clock)：内核中有大量的函数都是基于时间驱动的；
  • 原语(Primitive)：原语即由若干指令组成，用于完成一定功能的原子操作。

操作系统的主要功能如下：进程管理；存储器管理；I/O管理；文件管理。

操作系统的基本特性如下。

  • 并发(Concurrence)：多个事件在同一时间间隔内发生，对有限物理资源的强制性使用，进程的引入实现并发执行，极大提高资源利用率，增加系统吞吐量；
  • 共享(Sharing)：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，又称资源复用，共享的方式有互斥共享方式(临界资源等)和同时访问方式(磁盘设备、磁盘文件等)；
  • 虚拟(Virtual)：通过某种技术将一物理实体变为若干逻辑对应物，利用设备为某个用户服务的空闲转去服务其他用户，以提高资源利用率，如时分复用技术(虚拟处理机、虚拟设备等)和空分复用技术(虚拟磁盘、虚拟存储器等)；
  • 异步(Asynchronism)：进程推进的速度不可预知。

其中并发和共享互为条件，二者都是操作系统的最基本特性。

操作系统的两种处理机状态如下。

  • 内核态(Kernel Mode)：运行操作系统程序，操作硬件，能访问所有的内存空间和对象，其所占有的处理器是不允许被抢占的；
  • 用户态(User Mode)：运行用户程序，进程所能访问的内存空间和对象受到限制，其所处于占有的处理器是可被抢占的。

通常，用户态切换至内核态的途径有系统调用、异常和中断等；内核态切换至用户态可通过设置程序状态字(PSW; Program Status Word)的方式。

未配置操作系统的计算机采用人工操作的方式对计算机进行操作，用户独占计算机，且CPU等待人工操作，计算机资源利用率严重降低，即所谓人机矛盾。后来引入脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式，即程序和数据的输入/输出是在脱离主机的情况下进行的，减少了CPU的等待时间，且提高了I/O速度。

操作系统的发展历程可分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络和分布式系统等。

图形用户界面(GUI; Graphical User Interface)可使用户基于各种输入设备操控图形对象，而每种图形对象都对应一种计算机任务、指令或现实世界对象等。现在的计算机大部分都具有图形用户界面。

批处理系统(Batch Processing System)

批处理系统可分为如下两类。

  • 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)：解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾，但系统资源得不到充分的利用；
  • 多道批处理系统(Multiprogramming Batch Processing System)：资源利用率高，系统吞吐量大，但平均周转时间长且无交互能力。

分时系统(Time-Sharing System)

分时系统使多个用户通过各自终端以共享使用一台计算机。分时系统实现的关键问题如下：及时接收，措施如在系统中设置多路卡，用缓冲区暂存命令；及时处理，措施如作业直接进入内存，分短时间片轮转运行。

实时系统(Real-Time System)

实时系统可及时响应外部事件，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。实时系统的进程调度，通常抢占式优先级高者优先。

实时任务可分为如下两类：允许失误的软实时系统(Soft Real-Time System)；较为严格的硬实时系统(Hard Real-Time System)。

进程管理(Process Management)

多任务处理操作系统的必要功能。

进程(Process)

进程即系统进行资源分配和调度的独立单位。进程的特征如下：进程具有动态性，即进程的实质是进程实体的执行过程，有别于程序的静态性；进程具有并发性，即多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行；此外进程还具有独立性和异步性。

进程的基本状态如下。

  • 新生(New)；
  • 就绪(Ready)：分配到除CPU外的所有必要资源；
  • 执行(Running)：已获得CPU，正在运行；
  • 阻塞(Blocked)：又称等待(Waiting)，即等待某一事件而无法执行；
  • 终结(Terminated)。

进程控制块(PCB; Process Control Block)描述一个进程及其与其他进程和系统资源的关系，是用于刻画一个进程在各个时期所处状态的数据结构。进程控制块是进程存在于系统的唯一标识。

进程控制块记载的内容如下：进程标识符，即由创建者提供的外部标识符和整数的内部标识符；处理机状态，包括通用寄存器(用于在中断时保存现场)、程序计数器、程序状态字和用户栈指令等；进程调度信息；进程控制信息。

进程实体包含进程控制块，程序段和数据段。

进程控制是进程管理中最基本的功能，一般由操作系统内核中的原语实现。

进程控制的相关原语

进程控制的相关原语如下。

  • 创建(Create)：申请空白PCB并分配资源和初始化，插入就绪队列；
  • 终止(Destroy)：检索PCB，结束并置调度标志为真，终止其子孙进程，归还资源给父进程或系统，最后将PCB从所在队列中移除；
  • 阻塞(Block)：由于I/O请求、申请缓冲区失败等原因释放CPU，阻塞的进程仍处于内存中；
  • 唤醒(Wakeup)：撤销阻塞状态；
  • 挂起(Suspend)：由于负荷调节的需要等原因释放CPU，挂起的进程通过「对换」技术被换出；
  • 激活(Active)：撤销挂起状态。

临界资源(Critical Resources)又称独占资源，指一段时间内只允许一个进程访问的资源，如某些物理设备(打印机、磁带机等)，以及栈、变量等。临界区(Critical Section)则是访问临界资源的代码片段。

中断屏蔽(Interrupt Mask)或称关中断，是当一个进程正在使用临界资源时，防止其他进程再进入临界区访问的最简单方法。中断屏蔽的缺点如下：易被滥用；长时间中断屏蔽将影响效率；不适用于多处理机系统下对临界资源的互斥访问。

进程间通信(IPC; Inter-Process Communication)即至少两个进程间传送数据或信号的一些技术或方法。为协调进程间的相互制约关系，引入进程同步(Process Synchronization)的概念，即令并发执行的进程按一定规则共享系统资源，使程序执行具有可再现性。

主要的IPC方法如下：文件(File)；信号量(Semaphore)；管道(Pipe)；管程(Monitor)；共享存储器系统(Shared-Memory System)；消息传递系统(Message Passing System)。其中，信号量机制由戴克斯特拉提出，是卓尔有效的进程同步工具，包括如下部分。

  • P(Proberen)：P原语表示「尝试」，即申请资源；
  • V(Verhogen)：V原语表示「升高」，即释放资源。

互斥锁(Mutex)是防止同时访问共享资源的程序对象，用于实现对临界资源的独占式处理，是特殊的二值型信号量。可见互斥是同步的特殊情况。

信号量机制的改进

计数信号量(Counting Semaphore)又称整型信号量，使用s表示资源数目，P原语的部分可用如下两段操作类比。

1
2
while(s <= 0);
s--;

而V原语的部分即与如下操作类似。

1
s++;

此外，可在计数信号量的基础上，加入进程链表连结所有阻塞进程以实现记录。此时，P原语的部分类似如下操作。

1
2
s->value--;
if(s->value < 0) block(s->list);

V原语的部分类似如下操作。

1
2
s->value++;
if(s->value <= 0) wakeup(s->list);

二进制信号量(Binary Semaphore)又称与型信号量，s的取值只有0和1，即将进程在整个过程中需要的所有资源一次性分配。

信号量集(Semaphore Set)的改进即多个信号量的集合，且增设对资源的需求值和资源的分配下限。

管程机制中，使用条件变量(Conditional Variable)以区别不同的等待原因。令x为条件变量的记号，则x.wait()的形式将调用此原语的进程阻塞于x条件队列，而x.signal()即唤醒x中的队首进程。

信号量机制和管程机制的对比

信号量机制和管程机制的对比如下。

机制 描述 优点 缺点
信号量机制 分散式同步机制：
共享变量、信号量操作分散在
整个系统或各个进程中		 高效且灵活 可读性差、正确性不易保证
且不易修改
管程机制 集中式同步工具：
共享变量及相关操作集中在
同一个模块中		 可读性好、正确性可保证
且易于修改		 不甚灵活、效率略低

经典的IPC问题及其基于信号量的解答如下。

  • 生产者-消费者问题(Producer-Consumer Problem)：又称有限缓冲问题(Bounded-Buffer Problem)，描述共享固定大小缓冲区的两个进程在实际运行时的情况，注意下述解答的头两行P()语句不能颠倒位置，否则可能引起死锁；

    1
    Semaphore empty = N, full = 0, mutex = 1;
    1
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    P(empty);
    P(mutex);
    // 放入缓冲区
    V(mutex);
    V(full);
    1
    2
    3
    4
    5
    P(full);
    P(mutex);
    // 从缓冲区取出
    V(mutex);
    V(empty);

  • 读者-写者问题(Reader-Writer Problem)：描述多个进程尝试访问同一个共享资源的情况，下述是「读者优先」的解答，此外，独木桥问题是读者-写者问题的衍生，可转换为两类读者的问题；

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    2
    Semaphore mutex = 1, c_mutex = 1;
    int counter = 0;
    1
    2
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    P(c_mutex);
    if(counter == 0) P(mutex);
    counter++;
    V(c_mutex);
    // 读数据对象
    P(c_mutex);
    counter--;
    if(counter == 0) V(mutex);
    V(c_mutex);
    1
    2
    3
    P(mutex);
    // 写数据对象
    V(mutex);

  • 睡眠理发师问题(Sleeping Barber Problem)：由戴克斯特拉提出，其解决的关键是互斥锁。

    1
    2
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    #define N 5 // 理发店的椅子数
    Semaphore mutex = 1, customer = 0, barber = 0;
    int waiting = 0;
    1
    2
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    6
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    9
    P(mutex);
    if(waiting < N) { // 有椅子
        waiting++;
        V(customer);
        V(mutex);
        P(barber); // 理发师是否空闲
    } else {
        V(mutex);
    }
    1
    2
    3
    4
    5
    P(customer); // 是否有顾客
    P(mutex);
    waiting--;
    V(barber);
    V(mutex);

线程(Thread)

线程是调度的最小单位，会被频繁地调度和切换。引入线程旨在减少程序并发执行时所付出的时空开销，使得并发粒度更细，并发性更好。

C++11的线程可见此处。

线程的实现方式如下。

  • 内核支持线程(KST; Kernel Supported Thread)：又称内核线程，是轻量级进程(LWP; Light Weight Process)；
  • 用户级线程(ULT; User Level Thread)：又称用户线程，用户进程中的一个实体，内核意识不到用户线程的存在。

用户线程与内核线程的组合方式，即多线程模型(Multithreading Model)的实现方式如下。

  • 多对一模型(Many-to-One Model)：将用户线程映射到一个内核线程，若一个线程在访问内核时阻塞，则整个进程都会阻塞；
  • 一对一模型(One-to-One Model)：将每一个用户线程映射到一个内核线程，并发功能更好，但创建一个用户线程就要创建一个相应的内核线程，开销大；
  • 多对多模型(Many-to-Many Model)：将许多用户线程映射到同样数量或更少数量的内核线程，若一个线程阻塞，内核可调度至另一线程执行。

调度(Scheduling)

调度即分配所需资源的方法，进行调度工作的程序称调度器(Scheduler)。

批处理系统环境中，进程又称为作业(Job)，一个比程序更广泛的概念，包含程序、数据和作业说明书；分时系统环境中，进程又称为任务(Task)。批处理系统环境是以作业为基本单位由辅存调入内存的。

处理机调度的层次即调度器的类型如下。

  • 高级调度(High Level Scheduling)：又称长程调度或作业调度，决定辅存中的哪些作业调入内存，主要用于多道批处理系统，而分时、实时系统中不设置；
  • 低级调度(Low Level Scheduling)：又称短程调度或进程调度，决定就绪队列中的哪个进程获得处理机，是最基本的一种调度，操作系统必须配置；
  • 中级调度(Intermediate Scheduling)：又称内存调度，将暂时不运行的进程挂起以提高内存利用率。

处理机调度算法的共同目标如下：资源利用率；公平性，即避免「饥饿」现象；平衡性，即使处理机和各种外设能经常忙碌；策略强制执行。

调度算法汇总

调度算法总结如下。

  • 先来先服务(FCFS; First-Come First-Served)：非抢占的调度方式，系统开销最小，有利于长作业和处理机繁忙的作业，但响应时间可能很高、不利于短作业和倾向I/O的进程；
  • 短作业优先(SJF; Short Job First)：非抢占的调度方式，平均周转时间最短，有利于短作业而不利于长作业，但必须预知作业运行时间，人机无法交互且未考虑作业紧迫程度；
  • 最高响应比优先(HRRN/HRN; Highest Response Ratio Next)：非抢占的调度方式，其中响应比属动态优先权，定义为响应时间和要求服务时间之比，而响应时间为等待时间与要求服务时间之和，HRRN可兼顾长短两种作业，但每次调度必须计算响应比，显然会增加系统开销；
  • 时间片轮转(RR; Round Robin)是抢占的调度方式，相对公平，且短时间片有利于短作业，但不能保证及时响应，时间片轮转算法的关键是时间片长短的选择，时间片太短将增加系统开销，而时间片太长算法将退化为FCFS；
  • 最高优先权优先(HPF; Highest Priority First)是抢占的调度方式，可使紧迫型作业能得到优先处理，其中优先级可分为静态优先级和动态优先级两种类型；
  • 多级反馈队列(Multilevel Feedback Queue)是抢占的调度方式，有利于倾向I/O的进程且不必估计进程执行时间，可满足终端型用户和长、短批处理作业用户的需要。

实时调度(Real Time Scheduling)使用的方法有最早截止时间优先(EDF; Earliest Deadline First)和最低松弛度优先(LLF; Least Laxity First)等。其中松弛度(Laxity)是任务紧急的程度，定义如下。

松弛度 必须完成时间 任务本身运行时间 当前时间

周转时间(TAT; Turn-Around Time)指从作业提交至作业完成的时间间隔。平均周转时间(ATT; Average Turn-Around Time)常用于评估处理机调度算法的性能优劣。

死锁(Deadlock)

两个或两个以上的进程因竞争彼此资源而造成的阻塞现象，一组死锁的进程中，每一进程都在等待只有其他进程才能引发的事件。竞争不可抢占资源或可消耗资源、进程推进顺序不当等，都是产生死锁的原因。

预防死锁需要破坏死锁的四个必要条件之一，内容如下。

  • 互斥(Mutual Exclusion)：该条件无法破坏；
  • 保持和请求(Hold and Wait)：当一个进程在请求资源时，不能持有不可抢占的资源；
  • 不可抢占(No Preemption)：当一个进程提出新的资源请求不能满足时，必须释放已持有的所有资源；
  • 循环等待(Circular Wait)：对所有类型资源线性排序，规定每个进程必须按序号顺序请求资源。

对于破坏保持和请求的条件，有如下两种协议：一次申请运行所需的全部资源，但会使资源严重浪费，且进程经常发生「饥饿」现象；允许一个进程只获取运行初期所需的资源，便能够开始运行，是对第一种协议的改进。

对于破坏不可抢占的条件，可规定当提出新的资源请求不能满足时，必须释放已保持的所有资源。

对于破坏循环等待的条件，可对所有类型资源线性排序，规定每个进程必须按序号顺序请求资源。

银行家算法(Banker's Algorithm)是避免死锁的著名算法，由戴克斯特拉提出。银行家在客户申请的贷款数量不超过自己拥有的最大值时，都应尽量满足客户的需要。在银行家算法中，银行家就好比操作系统，资金就是资源，客户就相当于要申请资源的进程。

安全状态(Safe State)指系统能按某种推进顺序，为每个进程分配资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利完成。银行家算法在资源分配前进行判断，若分配不会使系统处于不安全状态，才进行资源分配。

检测死锁利用死锁定理，即一组进程为死锁的充分条件是，当且仅当该组进程的资源分配图不可完全化简，即不能使所有进程结点都孤立。解除死锁的方式有剥夺资源和撤销资源分配的进程等。

存储器管理(Memory Management)

对计算机内存资源的分配和使用的技术，其功能如下：内存空间的分配与回收；逻辑地址到物理地址的转换；内存空间的扩充，即虚拟内存的应用；存储保护，即防止内存地址越界。

程序的执行需要经过编译、链接和装入等步骤。其中装入(Loading)即将模块置于主存。程序的装入可分为如下几种方式。

  • 绝对装入(Absolute Loading)：编译后即产生物理地址；
  • 可重定位装入(Relocation Loading)：即静态重定位，地址变换在装入时一次完成；
  • 动态运行时装入(Dynamic Run-Time Loading)：即动态重定位，增设重定位寄存器，使地址变换在程序真正执行时才进行。

程序的链接可分为如下几种方式。

  • 静态链接(Static Linking)：事先链接且不再拆开；
  • 装入时动态链接(Load-Time Dynamic Linking)：装入时链接；
  • 运行时动态链接(Run-Time Dynamic Linking)：将某些模块的链接推迟至程序执行时。

连续分配方式汇总

连续分配方式总结如下。

  • 单一分区(Single Partition)：内存划分为系统区和用户区，可使用后者全部空间，是最简单的连续分配方式，适用于单用户、单任务的操作系统，只有分配和回收两种操作，易于管理，但极易造成内存浪费；
  • 固定分区(Fixed Partition)：在系统初启时将内存划分为若干分区，分区大小可以各不相等，可通过分区说明表实现，易于实现且开销小，但会产生内存碎片造成浪费，且分区总数固定会限制并发执行的程序数目；
  • 动态分区(Dynamic Partition)：装入时建立分区，根据作业需求分配大小，可通过分区空闲表、空闲分区链和请求表实现，在其基础上引入「紧凑」技术，即可移动内存中作业的位置，将原来多个小分区拼接为大分区，称为可重定位分区(Relocatable Partition)，可重定位分区消除内存碎片，提高内存利用率，但提高了硬件成本，且「紧凑」时花费处理机时间。

动态分区分配算法汇总

动态分区分配算法总结如下。

  • 首次适应(FF; First Fit)：空闲分区链按首地址递增的顺序组织，释放存储区不改变空闲区在表中的位置，且能保证高地址空间的空闲较大，但低地址空间容易产生碎片，进而降低主存空间利用率；
  • 循环首次适应(NF; Next Fit)：由FF演变而来，从上次分配的分区起查找，可通过设置起始查询指针实现，可使空闲区分配更均匀，从而减少查询时的开销，但会导致缺乏较大的空闲区；
  • 最佳适应(BF; Best Fit)：空闲分区链按容量递增的顺序组织，不至于浪费较大的空闲区，但分配后残余空闲区总是最小的，因此会留下许多碎片；
  • 最坏适应(WF; Worst Fit)：空闲分区链按容量递减的顺序组织，查询效率高，分配后残余空闲区可能大，且不会有很多碎片，但会分割大的空闲区。

离散分配方式有分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理(先分段再分页，各取所长)。

页(Page)

页是进程逻辑地址空间，块(Block)与之大小相同，但是内存物理地址空间。页内碎片即进程最后一页装不满一块形成的不可利用的碎片。

页表(Page Table)是一种数据结构，实现「页号-物理块号」的地址映射，转换进行的场所成为地址变换机构。系统为每一进程建立一个页表，页表的长度和首地址存于PCB中。占用CPU的进程，其页表必须驻于内存。

有效访问时间(EAT; Efficient Access Time)指从发出访问请求至取出数据的时间，计算式如下。

其中，为一次内存访问所需的时间。

快表(TLB; Translation Lookaside Buffer)又称页表缓存或转译后备缓存，是CPU的一种缓存，用于改进逻辑地址到物理地址的转译速度。引入快表后，有效访问时间的计算式如下。

其中：为一次内存访问所需的时间；为查找快表的时间；为命中率。

页的总结如下：页数是信息的物理单位，分页是系统管理的需要；页的大小固定且由系统决定；分页的作业地址空间是一维的，只需一个记忆符即可表示一个地址；分页有内部碎片，无外部碎片；分页不易实现共享和动态链接。

段(Segment)

段是作业按逻辑关系的划分。段可有数据段(DS; Data Segment)和代码段(CS; Code Segment)等。

段的总结如下：段是信息的逻辑单位，分段是用户的需要；段的长度不固定且取决于程序；分段的作业地址空间是二维的，需要给出段名和段内地址；分段有外部碎片，无内部碎片；分段容易实现共享和动态链接。

虚拟内存(Virtual Memory)

虚拟内存只适用于离散分配技术，属于高速缓存技术，基于局部性原理。装入时，只需装入一部分就可以启动；执行时，当访问的信息不在内存，则由操作系统将其调入内存，将暂时不用的程序和数据换出至外存，即对换(Swapping)。对换根据执行的基本单位不同可有如下类型：进程；页；段。

文件区占磁盘空间的大部分，访问频率低，采用离散分配方式；而对换区占磁盘空间的小部分，操作频率高，采用连续分配方式。

虚拟内存的三大特征为多次行、对换性和虚拟性。多次性是最重要的特征，多次性和对换性建立于离散分配的基础上，多次性和虚拟性则以对换性为基础。

页面置换算法汇总

页面置换算法总结如下。

  • 最佳置换算法(OPT; Optimal)：可保证最低的缺页率，但需要预知调入页，是无法实现的算法，但可作为衡量优劣的标准；
  • 先进先出(FIFO; First In First Out)：可通过总指向内存中最早调入页面的替换指针实现，会产生贝莱迪异常(Belady's Anomaly)，即物理页数增多反而缺页率上升的现象，原因是FIFO的置换特征与进程访问内存的动态特征是矛盾的；
  • 最近最久未使用(LRU; Least Recently Used)：可通过位移寄存器实现，访问物理块时将对应寄存器最高位置1，每隔一定时间右移，淘汰最长时间未使用的页面即淘汰位移寄存器中值最小的；
  • 最少使用(NFU/LFU; Not/Least Frequently Used)：同样通过位移寄存器实现，但淘汰一定时间内是用最少的页面，即淘汰位移寄存器中置1位最少的；
  • 时计(Clock)：又称最近未使用(NRU; Not Recently Used)算法，是LRU和FIFO的折衷，通过判断访问位决定淘汰页面，访问位为1时置0，访问位为0时淘汰，将各页面的访问位连结为环形链表，重复修改、后移而实现，改进型的时计算法考虑修改位，以尽量淘汰未被修改的页面。

抖动(Thrashing)指从内存中换出某页，又请求换入改页。预防抖动的方式如下：采用局部置换策略；将工作集(在时间间隔内进程要访问的页面的集合)算法融入处理机调度；利用准则调节缺页率(为缺页之间的平均时间；为平均缺页服务时间)；选择暂停优先级最低的进程。

I/O管理(I/O Management)

I/O设备的控制方式如下。

  • 轮询(Polling)；
  • 中断(Interrupt)；
  • 直接存储器访问(DMA; Direct Memory Access)方式：设备和内存间的数据通路可使成块地传送数据而无需处理机的干预，提高了CPU利用率；
  • I/O通道(I/O Channel)：又称I/O地址(I/O Address)，是I/O专用的特殊处理机，具有执行I/O指令的能力，该方式是DMA方式的发展，可进一步减少处理机的干预。

设备无关性(Device Independence)将逻辑设备名映射至物理设备名，通过逻辑设备表(LUT; Logical Unit Table)实现。

假脱机技术(SPOOLing; Simultaneous Peripheral Operating Online)是指在联机情况下实现的同时外围操作，将独占设备改为共享设备，可提高I/O速度，实现虚拟设备功能。

文件管理(File Management)

操作系统引入文件管理的目的是实现对文件的「按名存取」。

文件(File)是由创建者定义的，具有文件名的一组有逻辑意义信息的相关元素的集合。文件控制块(FCB; File Control Block)是用于描述和控制文件的数据结构，是文件存在的标识，包括文件基本信息、存取控制信息和使用信息等。

文件目录(File Directory)即文件控制块的有序集合，是文件名与辅存空间中物理地址的对应关系。打开文件的操作即将指定的文件目录内容复制到主存的活动文件表。

计算机存储文件之前，首先需要将存储介质格式化(Formatting)，以将盘片划分为轨道，进一步将轨道分为扇区，或称为簇。文件的不同部分分散在不相邻的簇中，通常会导致驱动器性能下降，碎片整理(Defragment)重新排列磁盘的文件以使它们存储在相邻的簇中，进而使驱动器恢复最佳性能。