一、操作系統(tǒng)內(nèi)核中都用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
1、鏈表(Linked List)
鏈表是一種常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在操作系統(tǒng)內(nèi)核中被廣泛使用。鏈表通過(guò)指針(或稱為引用)將一組節(jié)點(diǎn)按照一定的順序連接起來(lái),用于存儲(chǔ)和管理各種類型的數(shù)據(jù)。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,鏈表常用于管理進(jìn)程(或任務(wù))的隊(duì)列,維護(hù)文件系統(tǒng)的文件塊信息,管理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。
2、樹(Tree)
樹是一種常見(jiàn)的層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在操作系統(tǒng)內(nèi)核中也被廣泛使用。樹的結(jié)構(gòu)可以用來(lái)組織和管理各種類型的數(shù)據(jù),如文件系統(tǒng)中的目錄結(jié)構(gòu)、進(jìn)程間的關(guān)系、硬件設(shè)備的層次關(guān)系等。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,常見(jiàn)的樹結(jié)構(gòu)包括二叉樹、B樹、紅黑樹等,用于高效地實(shí)現(xiàn)各種查找、插入和刪除操作。
3、集合(Set)和映射(Map)
集合和映射是常見(jiàn)的用于存儲(chǔ)一組少數(shù)鍵值對(duì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在操作系統(tǒng)內(nèi)核中也經(jīng)常被使用。集合用于存儲(chǔ)一組無(wú)序且少數(shù)的鍵,映射則用于存儲(chǔ)一組鍵值對(duì),其中每個(gè)鍵是少數(shù)的。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,集合和映射常用于管理系統(tǒng)資源的分配和釋放、維護(hù)進(jìn)程間通信的關(guān)系、管理設(shè)備的狀態(tài)等。
4、緩存(Cache)
緩存是一種用于存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)器,用于提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,緩存常用于提高對(duì)磁盤、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等慢速設(shè)備的訪問(wèn)效率。緩存可以采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織數(shù)據(jù),如哈希表、樹、鏈表等,用于快速的數(shù)據(jù)查找和更新操作。
5、隊(duì)列(Queue)和棧(Stack)
隊(duì)列和棧是常見(jiàn)的先進(jìn)先出(FIFO)和后進(jìn)先出(LIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在操作系統(tǒng)內(nèi)核中也被廣泛使用。隊(duì)列和棧常用于管理系統(tǒng)中的任務(wù)隊(duì)列、中斷處理、進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理等場(chǎng)景,用于維護(hù)不同任務(wù)或請(qǐng)求的順序和狀態(tài)。
6、位圖(BitMap)
位圖是一種用于表示二進(jìn)制位(0或1)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在操作系統(tǒng)內(nèi)核中也常被使用。位圖通常被用來(lái)表示一組標(biāo)志、狀態(tài)或權(quán)限等信息,可以快速地進(jìn)行位操作,如位的設(shè)置、清除、查找等,以實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)管理。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,位圖常用于管理系統(tǒng)資源的分配和釋放,如內(nèi)存管理中的頁(yè)面分配和釋放,文件系統(tǒng)中的文件權(quán)限管理等。
7、內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,對(duì)于內(nèi)存的管理是非常重要的任務(wù)。內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括頁(yè)表、頁(yè)目錄、內(nèi)存描述符、內(nèi)存分配表等,用于管理和維護(hù)系統(tǒng)的物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于記錄物理內(nèi)存的分配和釋放情況,維護(hù)頁(yè)面的映射關(guān)系,管理頁(yè)面的訪問(wèn)權(quán)限,進(jìn)行頁(yè)面置換等操作,以保障系統(tǒng)的內(nèi)存資源的有效利用。
8、進(jìn)程管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,進(jìn)程是系統(tǒng)的基本執(zhí)行單位,進(jìn)程管理是操作系統(tǒng)的核心功能之一。進(jìn)程管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)程控制塊(PCB)、進(jìn)程隊(duì)列、進(jìn)程狀態(tài)表等,用于管理和維護(hù)系統(tǒng)中的進(jìn)程信息。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄了進(jìn)程的狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、資源使用情況、進(jìn)程間通信的信息等,以便操作系統(tǒng)能夠?qū)M(jìn)程進(jìn)行調(diào)度、切換、管理和監(jiān)控。
9、文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件和目錄的一種機(jī)制,文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括文件控制塊(FCB)、文件描述符(File Descriptor)、文件表、目錄項(xiàng)(Directory Entry)等,用于記錄文件的屬性、位置、權(quán)限、訪問(wèn)控制等信息。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)文件和目錄的管理、存儲(chǔ)、檢索和操作,以提供用戶對(duì)文件系統(tǒng)的訪問(wèn)和操作接口。
10、中斷向量表(Interrupt Vector Table)
中斷是操作系統(tǒng)中常用的一種機(jī)制,用于處理硬件和軟件產(chǎn)生的異常情況。中斷向量表是一個(gè)包含了處理不同中斷類型的處理程序(Interrupt Handler)地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用于將中斷類型映射到相應(yīng)的處理程序。中斷向量表通常由操作系統(tǒng)內(nèi)核維護(hù),用于處理系統(tǒng)中的各種硬件中斷和軟件中斷。