2.1 操作系统杂项

一、RTOS 和 Linux 最主要的区别

RTOS 采用基于优先级的抢占式调度算法，高优先级任务可以随时抢占低优先级任务的执行权，且调度算法的时间复杂度是确定的。需要的内存、处理资源较小，可靠性好。

Linux 的调度算法复杂，整体调度机制更侧重系统的整体性能和资源利用率。需要较多的资源，可靠性稍差。

二、系统调用的作用

系统调用是操作系统提供的接口，允许应用程序请求操作系统的服务。它们充当了应用程序与操作系统之间的桥梁，通过系统调用，应用程序可以执行一些只有内核态才能进行的特权操作，如文件读写、设备访问、网络通信、进程管理等。

三、系统调用流程

用户态调用标准库函数——切换到内核态——内核进行处理——返回到用户态

四、Linux 系统下一共 7 种文件类型

普通文件（-）——目录文件（d）——字符设备文件（c）——套接字文件（s）——块设备文件（b）——管道文件（p）——符号链接文件（l）

五、文件系统概念

文件系统（File System）是操作系统用来管理、存储和组织数据的一种机制和结构。它将物理存储设备（如硬盘、固态硬盘、USB 驱动器等）上的原始数据组织成文件和目录，并为用户和应用程序提供访问这些数据的接口。文件系统是存储介质的抽象层，为文件提供了管理、检索、访问控制等功能。

六、文件系统作用

存储管理——文件组织——文件访问控制——文件操作和管理——文件共享和备份

七、文件系统的工作原理

文件系统的工作原理可以通过几个关键概念来理解。

1、会把每个打开的文件映射到文件描述符，来追踪文件的打开状态。

2、文件系统借助目录来实现文件位置和层次结构管理，它存储着文件名以及指向文件实际位置的指针。

3、文件系统一般采用 块分配策略 来组织磁盘上的存储空间，决定数据在磁盘上的物理存储位置。

4、文件系统运用索引节点（inode）来描述文件的元数据，像权限、大小、创建时间、数据块位置等信息都包含其中，而实际的数据则存于数据块中，并且每个文件都有唯一的 inode。

八、常见的文件系统类型

Ext4：Linux 常用的文件系统，支持大文件、高效存储和文件恢复。
NTFS：Windows 系统的主要文件系统，支持大文件和高级功能如加密、压缩等。
FAT32：早期的文件系统，支持多种操作系统，但对文件大小有较大的限制（最大 4GB）。
HFS+：Mac OS 系统使用的文件系统，专为 Apple 设备优化。
XFS：一种高性能的日志文件系统，适用于大容量存储。

九、Bootloader 的两个阶段

（1）预引导阶段（Pre-boot Stage）：

第一阶段：该阶段也被称为硬件初始化阶段。在此阶段，Bootloader负责进行硬件初始化和基本系统设置。这包括检测和初始化处理器、内存、时钟、总线和其他外设的操作。
第二阶段：在此阶段，Bootloader负责加载第二阶段的Bootloader代码。此代码位于存储介质上（例如闪存、硬盘等），并负责执行更高级的系统配置和初始化，包括加载文件系统驱动程序等。这一阶段还可以提供用户界面、bootloader配置和固件升级等功能。

（2）操作系统加载阶段（Operating System Load Stage）：

该阶段是引导加载程序加载并启动操作系统（通常是Linux内核）的阶段。Bootloader会加载操作系统内核的映像文件，并执行一系列操作，例如设置内核参数、初始化设备树等。然后，它将控制权转移到操作系统的入口点，使操作系统接管系统的控制和管理。

bootloader 将 linux 内核加载到内存的具体步骤：

硬件初始化：引导加载程序首先初始化系统的硬件环境，包括处理器、内存、外设等。
确定内核位置：引导加载程序根据配置文件或启动参数确定 Linux 内核在存储介质上的位置，通常是磁盘或闪存。
加载内核到内存：引导加载程序从存储介质读取 Linux 内核映像文件，并将其加载到内存中指定的地址。这时，内核映像通常还包括了压缩文件，需进行解压缩。
内核启动参数：引导加载程序可能会设置内核的启动参数（如内核调试模式、设备驱动等）。在某些情况下，引导加载程序还会根据配置文件修改内核映像的头部。
转交控制权：引导加载程序在加载完成后，将控制权交给内核，通常是内核的入口点（如start_kernel）。此时，Linux内核开始执行，系统开始进入内核模式。