## 简介

进程调度是一个操作系统中的重要部分，进程调度的方式一般决定了操作系统的性质。

进程调度是操作系统在多个进程之间分配CPU时间的一种机制。常见的进程调度模式包括以下几种：
- 先来先服务调度（`First-Come, First-Served`, FCFS）
- 短作业优先调度（`Shortest Job Next, SJN` 或 `Shortest Job First`, SJF）
- 优先级调度（`Priority Scheduling`）
- 时间片轮转调度（`Round Robin`, RR）
- 多级反馈队列调度（`Multilevel Feedback Queue`, MLFQ）



## 进程调度常见模式
### 先来先服务调度

- 概念：按照进程到达的顺序进行调度，先到达的进程先分配CPU。
- 优点：实现简单、公平。
- 缺点：可能导致“短进程等待长进程”问题，即“等待时间长”（`convoy effect`），无法保证紧急进程的及时处理。

### 短作业优先调度

- 概念：优先调度预计运行时间最短的进程。
- 优点：减少平均等待时间。
- 缺点：需要准确预测进程的运行时间，可能导致“饥饿”问题（长作业长时间得不到调度）。

### 优先级调度

- 概念：根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先分配CPU。
- 优点：可以保证重要任务的及时处理。
- 缺点：可能导致低优先级进程“饥饿”问题，需要引入优先级提升机制。

### 时间片轮转调度

- 概念：每个进程按照固定时间片轮流占用CPU。
- 优点：公平、响应时间短，适合交互式系统。
- 缺点：时间片大小的选择影响系统性能，时间片过大类似于FCFS，时间片过小则增加上下文切换的开销。

### 多级反馈队列调度

- 概念：将进程放入多个队列，每个队列有不同的优先级和时间片，进程可以在队列之间动态调整。
- 优点：兼顾公平性和响应时间，可动态调整优先级，适应多种工作负载。
- 缺点：实现复杂，需要合理设置队列和调度策略。

## PV操作

### 定义
PV操作 是一种用于进程同步的原语，由荷兰计算机科学家 `Edsger Dijkstra` 引入。PV操作主要用于信号量（`Semaphore`）的实现，信号量是一种用于控制对共享资源访问的同步机制。

### 信号量

- 定义：信号量是一个整数，用于表示可用资源的数量。信号量可以是计数信号量（Counting Semaphore）或二进制信号量（Binary Semaphore）。
- 类型：
    - 计数信号量：允许多个进程同时访问一定数量的资源。
    - 二进制信号量：类似互斥锁（Mutex），只有0和1两个值，用于实现互斥。

### P操作

定义：P操作（`Proberen`，测试/减），P用于请求资源，将信号量的值减1。  
语法：P(S)，其中S是信号量。  
代码解释：
```c
void P(Semaphore S) {
    S.value--;
    if (S.value < 0) {
        // 将进程加入等待队列
        block();
    }
}
```
### V操作

定义：V操作（`Verhogen`，释放/加）：用于释放资源，将信号量的值加1。  
语法：V(S)，其中S是信号量。  
代码解释：
```c
void V(Semaphore S) {
    S.value++;
    if (S.value <= 0) {
        // 唤醒等待队列中的一个进程
        wakeup();
    }
}
```
### PV操作的工作流程

1. 请求资源（P操作）：进程调用P操作尝试获取资源。如果信号量的值大于0，表示资源可用，信号量值减1，进程继续执行。如果信号量的值小于或等于0，表示资源不可用，进程被阻塞并加入等待队列。
2. 释放资源（V操作）：进程调用V操作释放资源。信号量的值加1。如果信号量的值小于或等于0，表示有进程在等待资源，从等待队列中唤醒一个进程。

### PV操作的应用

PV操作广泛应用于解决经典同步问题，如：

1. 生产者-消费者问题：通过信号量控制生产者和消费者对缓冲区的访问，避免缓冲区溢出和空转。
2. 读者-写者问题：通过信号量实现读者和写者对共享资源的协调，确保数据一致性和并发性。
3. 哲学家进餐问题：通过信号量控制哲学家对叉子的访问，避免死锁和资源争用。

## PV操作举例：同步模型

同步模型中的PV操作常见应用场景：生产者-消费者问题：

> 一个工厂有多个生产者和多个消费者。生产者将生产的物品放入共享的缓冲区（如仓库），消费者从缓冲区取出物品进行加工。为了防止缓冲区溢出（生产者生产速度过快）或空转（消费者消费速度过快），需要使用PV操作进行同步。

PV操作在此场景中的作用：

- P操作（wait, Proberen）：在生产者尝试向缓冲区放入物品之前，执行P操作检查缓冲区是否有空闲空间（empty信号量），如果没有空闲空间，生产者将被阻塞，等待消费者取走物品释放空间。
- V操作（signal, Verhogen）：在消费者取出物品后，执行V操作通知缓冲区有空闲空间了（empty信号量），从而允许被阻塞的生产者继续生产并放入物品。

对于生产者来说：
- P(empty)：检查是否有空闲空间，如果没有空闲空间，生产者等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对缓冲区的操作是互斥的。
- 向缓冲区放入物品。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(full)：增加缓冲区已满物品的计数，通知消费者有新物品可取。

对于消费者来说：
- P(full)：检查是否有物品可取，如果没有物品，消费者等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对缓冲区的操作是互斥的。
- 从缓冲区取出物品。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(empty)：增加缓冲区空闲空间的计数，通知生产者可以放入新物品。

PV操作的作用：

**PV操作在这个场景中确保了生产者和消费者对缓冲区的访问是协调的，防止缓冲区溢出或空转，从而实现同步操作。**

## PV操作距离：异步模型

我们以网络请求处理的过程来讲解PV操作在异步模型中的应用：

> 一个服务器处理多个客户端的网络请求。每个请求被放入一个请求队列中，由多个工作线程异步处理这些请求。为了确保请求队列的访问是安全的，并且工作线程不会在队列空时无谓地忙等待，需要使用PV操作进行同步。

PV操作在此场景中的作用：

- P操作：工作线程在尝试处理请求之前，执行P操作检查请求队列是否为空（requests信号量），如果为空，工作线程将被阻塞，等待新的请求到达。
- V操作：当新的请求到达时，执行V操作通知工作线程有新请求可处理（requests信号量）。

在网络请求中，当客户端请求到达时：

- P(mutex)：进入临界区，保证对请求队列的操作是互斥的。
- 将请求放入队列。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(requests)：增加请求队列中请求的计数，通知工作线程有新请求可处理。

实际工作线程处理请求：
- P(requests)：检查请求队列是否有请求，如果没有请求，工作线程等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对请求队列的操作是互斥的。
- 从请求队列中取出请求。
- V(mutex)：离开临界区。
- 处理请求。

PV操作的作用：

**PV操作在这个场景中确保了工作线程对请求队列的访问是安全的，并且避免了队列空时工作线程的忙等待，从而实现异步操作的高效处理。**

## 总结：PV操作
在各种不同的应用模型中，PV操作（信号量操作）在协调进程或线程的行为，保证资源的安全和高效利用方面起着重要作用。以下是PV操作在互斥、同步、异步等常见应用模型中的作用总结：

### 互斥（Mutual Exclusion）
作用：确保多个进程或线程在同一时间段内只能有一个能够访问共享资源，防止资源竞争和数据不一致。

- P操作（wait）：进程在进入临界区前执行P操作，如果信号量为0，进程阻塞，等待信号量大于0。
- V操作（signal）：进程离开临界区后执行V操作，增加信号量的值，通知等待队列中的一个进程可以进入临界区。

应用场景举例：

- 多线程程序访问共享数据结构（如链表、队列、堆栈等）。
- 文件系统中多个进程对同一文件的读写操作。

### 同步（Synchronization）

作用：协调多个进程或线程的执行顺序，确保它们按特定顺序或条件执行，解决生产者-消费者问题等经典同步问题。

- P操作：在生产者向缓冲区放入物品之前，检查是否有空闲空间，若无空闲空间，生产者阻塞等待。
- V操作：在消费者从缓冲区取出物品之后，增加空闲空间的信号量，通知生产者可以继续生产。

应用场景举例：

- 生产者-消费者问题。
- 读者-写者问题，确保读者和写者对共享资源的访问按特定顺序进行。

### 异步（Asynchronous Execution）

作用：处理异步事件和请求，确保事件或请求队列的安全访问，避免忙等待，提高资源利用率。

- P操作：工作线程在处理请求之前，检查请求队列是否为空，若为空，线程阻塞等待新请求。
- V操作：当新请求到达时，通知工作线程有新的请求可处理。

应用场景举例：

- 多线程服务器处理客户端请求。
- 事件驱动的系统，处理异步I/O操作。

### 事件通知（Event Notification）
作用：实现进程或线程之间的事件通知机制，确保在特定事件发生时通知相关进程或线程。

- P操作：进程等待特定事件的发生，信号量为0时阻塞。
- V操作：事件发生后，通知等待队列中的进程。

应用场景举例：

- 多线程GUI应用程序，线程等待用户输入事件。
- 操作系统中进程等待I/O完成事件。

### 资源计数（Resource Counting）
作用：管理和分配有限的资源，确保资源不被超额使用，控制资源的并发访问。

- P操作：进程请求资源，检查资源是否可用，若资源不可用，进程阻塞。
- V操作：进程释放资源，增加资源的信号量，通知等待的进程资源可用。

应用场景举例：

- 数据库连接池管理。
- 多任务操作系统中的设备资源管理。

### 条件同步（Conditional Synchronization）
作用：基于特定条件的同步机制，确保在特定条件满足时进程或线程继续执行。

- P操作：进程等待条件满足，信号量为0时阻塞。
- V操作：条件满足后，通知等待队列中的进程。

应用场景举例：

- 线程池中工作线程等待任务队列中的任务。
- 复杂工作流系统中的任务依赖管理。

### 总结

PV操作主要用于确保多进程或多线程环境下的资源安全、高效利用和执行顺序正确。在这些应用场景中，P操作用于等待和检查条件，而V操作用于通知和释放资源，二者共同协作实现进程或线程间的协调和同步。

软考知识点11：进程调度详解与PV操作

## 简介

在计算机软考中，操作系统、进程和线程是常见的知识点。关于这几个知识点，考察的一般是概念的理解。

> 提示：进程状态的变化过程比较常考。

以下是这些知识点的详细讲解，帮助你更好地应对考试。



## 操作系统

### 定义和功能

- 定义：操作系统（Operating System，OS）是管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
- 功能：
    - 进程管理：管理进程的创建、调度、同步和终止。
    - 内存管理：负责内存的分配和回收，内存保护和共享。
    - 文件系统管理：提供文件的创建、删除、读写和权限管理。
    - 设备管理：管理输入输出设备，提供设备驱动程序。
    - 用户接口：提供用户与计算机交互的界面，如命令行接口（CLI）和图形用户界面（GUI）。

### 操作系统结构

- 单体结构（Monolithic OS）：所有功能在一个内核空间中执行，如UNIX。
- 微内核结构（Microkernel OS）：将操作系统功能分成小的模块，核心功能最小化，如MINIX。
- 层次结构：操作系统功能分层设计，每层只与相邻层交互。

### 操作系统的分类

- 批处理系统：一次处理大量任务，不与用户交互。
- 分时系统：多个用户共享系统资源，每个用户都有一个时间片。
- 实时系统：对时间敏感的任务提供及时响应。
- 嵌入式系统：通常是为特定功能或任务设计的计算机系统，嵌入到更大的设备中，如家电、汽车、工业设备和消费电子产品。
- 通用操作系统：设计用于多种用途和应用环境的操作系统。

当前流行的操作系统如 `Windows`、`macOS`、`Linux`、`Android`和`iOS`，它们通常被分类为通用操作系统（`General-Purpose Operating Systems`, `GPOS`）。

## 进程

### 进程的定义

定义：进程是一个程序在执行中的实例，包括程序代码、数据、资源和执行状态。它是操作系统进行资源分配和管理的基本单位。

### 进程的特点
1. 拥有独立的地址空间。
2. 进程之间不能直接共享内存空间，需要通过操作系统提供的机制（如进程间通信IPC）进行数据交换。
3. 每个进程都有自己的资源（如文件句柄、内存）。

### 进程的状态

一般情况下，认为进程的主要状态有三个：
- 就绪状态：进程已准备好执行，等待CPU分配。
- 运行状态：进程正在CPU上执行。
- 等待状态：进程因等待某事件（如I/O操作）而暂停执行。

但有些时候，便于理解进程状态的变化，可以认为另外两个状态：
- 新建状态：进程刚刚被创建，但尚未进入就绪队列。
- 终止状态：进程执行完毕或由于某种原因被操作系统终止，进程的资源被回收。

### 进程状态的变化过程

1. `新建 -> 就绪`：进程创建后，分配必要的资源，进入就绪队列，等待调度。
2. `就绪 -> 运行`：调度器选择一个就绪进程，将其分配到CPU上，进程进入运行状态。
3. `运行 -> 等待`：运行中的进程需要等待某事件（如I/O操作），操作系统将其状态设置为等待，并将CPU分配给其他进程。
4. `等待 -> 就绪`：等待的事件发生后，进程重新进入就绪状态，等待被调度。
5. `运行 -> 就绪`：运行中的进程由于时间片用完或被操作系统中断，进入就绪状态，等待下一个调度周期。
6. `运行 -> 终止`：进程完成执行或被终止，释放资源，进入终止状态。

### 进程拓展

进程控制块（PCB）：

- 作用：存储进程的信息，用于管理和调度进程。
- 内容：进程ID、程序计数器、寄存器内容、内存分配信息、I/O状态信息等。

进程调度策略：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（RR）。

进程同步与通信：

- 同步机制：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）。
- 通信机制：管道（Pipe）、消息队列、共享内存、套接字（Socket）。

## 线程

### 线程的定义

定义：线程是进程中的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的资源，但拥有独立的执行路径。

### 线程的特点
- 并发执行：多个线程可以并发执行，提高程序效率。
- 资源共享：同一进程内的线程共享内存和资源，通信开销小。
- 开销较小：相比进程，创建和销毁线程的开销较小。

### 县城拓展

线程模型：

- 用户级线程（User-Level Thread）：由用户程序库实现，系统内核不可见。
- 内核级线程（Kernel-Level Thread）：由操作系统内核支持和管理。

线程调度策略：和进程调度类似，包括先来先服务（FCFS）、最短剩余时间优先（SRTF）、时间片轮转（RR）等。

线程同步工具：与进程同步相同，包括信号量、互斥锁、条件变量（Condition Variable）。

## 进程与线程的关系

- 一个进程可以包含一个或多个线程（单线程进程或多线程进程）。
- 线程是进程的一部分，线程之间的通信比进程之间更高效，因为它们共享同一个进程的地址空间和资源。
- 进程的创建和销毁相对昂贵，而线程的创建和销毁相对轻量。

软考知识点10：操作系统、进程、线程

> 本文为官方文档页面翻译，官方文档页面：【[Installation](https://nuxt.com/docs/getting-started/installation)】

## 介绍
Nuxt 的目标是使 Web 开发变得直观且高效，并考虑到出色的开发人员体验。

Nuxt 是一个免费的开源框架，以直观且可扩展的方式使用 [Vue.js](https://vuejs.org/) 创建类型安全、高性能和生产级的全栈 Web 应用程序和网站。

我们做了一切准备，以便您可以`.vue`从头开始编写文件，同时享受开发中的热模块替换和默认情况下服务器端渲染的高性能应用程序。

Nuxt 没有供应商锁定，允许您[**在任何地方部署应用程序，甚至在边缘**](https://nuxt.com/blog/nuxt-on-the-edge)。

如果您想在浏览器中使用 Nuxt，您可以[在我们的在线沙箱之一中尝试一下](https://nuxt.com/docs/getting-started/installation#play-online)。



## 自动化和约定

Nuxt 使用约定和固执己见的目录结构来自动执行重复性任务，并允许开发人员专注于推送功能。配置文件仍然可以自定义和覆盖其默认行为。

-   **基于文件的路由：根据**[目录](https://nuxt.com/docs/guide/directory-structure/pages)结构定义路由。这可以使您更轻松地组织应用程序并避免手动配置路由。
-   **代码分割：** Nuxt 自动将您的代码分割成更小的块，这有助于减少应用程序的初始加载时间。
-   **开箱即用的服务器端渲染：** Nuxt 带有内置的 SSR 功能，因此您不必自己设置单独的服务器。
-   **自动导入：**在各自的目录中编写 Vue 可组合项和组件并使用它们，而无需导入它们，并具有 tree-shaking 和优化的 JS 包的优点。
-   **数据获取实用程序：** Nuxt 提供可组合项来处理 SSR 兼容的数据获取以及不同的策略。
-   **零配置 TypeScript 支持：** 编写类型安全代码，无需使用我们自动生成的类型学习 TypeScript`tsconfig.json`
-   **配置的构建工具：** 我们默认使用[Vite](https://vitejs.dev/)支持开发中的热模块替换 (HMR)，并通过内置的最佳实践捆绑您的代码以进行生产。

Nuxt 负责处理这些问题并提供前端和后端功能，以便您可以专注于重要的事情：**创建您的 Web 应用程序**。

## 服务器端渲染

Nuxt 默认内置了服务器端渲染（SSR）功能，无需自己配置服务器，这对于 Web 应用程序有很多好处：

-   **更快的初始页面加载时间：** Nuxt 将完全渲染的 HTML 页面发送到浏览器，可以立即显示。这可以提供更快的感知页面加载时间和更好的用户体验 (UX)，尤其是在较慢的网络或设备上。
-   **改进的 SEO：** 搜索引擎可以更好地索引 SSR 页面，因为 HTML 内容立即可用，而不需要 JavaScript 在客户端呈现内容。
-   **在低功耗设备上获得更好的性能：** 它减少了需要在客户端下载和执行的 JavaScript 数量，这对于可能难以处理繁重 JavaScript 应用程序的低功耗设备是有益的。
-   **更好的可访问性：** 内容在初始页面加载时立即可用，从而提高了依赖屏幕阅读器或其他辅助技术的用户的可访问性。
-   **更轻松的缓存：** 页面可以在服务器端缓存，这可以通过减少生成内容并将内容发送到客户端所需的时间来进一步提高性能。

总体而言，服务器端渲染可以提供更快、更高效的用户体验，并提高搜索引擎优化和可访问性。

由于 Nuxt 是一个多功能框架，它使您可以使用 静态渲染整个应用程序到静态托管`nuxt generate`，使用该选项全局禁用 SSR`ssr: false`或通过设置该`routeRules`选项利用混合渲染。

### 服务器引擎

Nuxt 服务器引擎[Nitro](https://nitro.unjs.io/)解锁了新的全栈功能。

在开发过程中，它使用 Rollup 和 Node.js 工作线程来实现服务器代码和上下文隔离。它还通过读取 中的文件`server/api/`和服务器中间件来生成服务器 API `server/middleware/`。

在生产中，Nitro 将您的应用程序和服务器构建到一个通用`.output`目录中。此输出很轻：缩小并从任何 Node.js 模块（除了 polyfills）中删除。您可以将此输出部署在任何支持 JavaScript 的系统上，无论是 Node.js、Serverless、Workers、边缘渲染还是纯静态。

### 生产就绪

Nuxt 应用程序可以部署在 Node 或 Deno 服务器上，预渲染以托管在静态环境中，或部署到无服务器和边缘提供商。

### 模块化的

模块系统允许使用自定义功能以及与第三方服务的集成来扩展 Nuxt。

### 构建组件

[Nuxt由不同的核心包](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages)组成：

-   核心引擎：[nuxt](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages/nuxt)
-   捆绑器：[@nuxt/vite-builder](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages/vite)和[@nuxt/webpack-builder](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages/webpack)
-   命令行界面：[nuxi](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages/nuxi)
-   服务器引擎：[硝基](https://github.com/unjs/nitro)
-   开发套件：[@nuxt/kit](https://github.com/nuxt/nuxt/tree/main/packages/kit)
-   Nuxt 2 桥：[@nuxt/bridge](https://github.com/nuxt/bridge)

我们建议阅读每个概念，以全面了解 Nuxt 的功能和每个包的范围。

什么是Nuxt？

## 简介

程序员工作中，有时候执行一些命令会报错类似的信息，如下是一个初始化 `Nuxt3` 项目时的报错：

```
 ERROR  Error: Failed to download template from registry: Failed to download https://raw.githubusercontent.com/nuxt/starter/templates/templates/v3.json: TypeError: fetch failed
```

这是什么原因？如何解决？



## 报错原因

**网络原因！**

一般出现这个错误，都是由于网络的原因，尤其是下载 `https://raw.githubusercontent.com` 域名下的内容时，很容易出现这个问题。

检查是否是网络原因的方法很简单，可以尝试 `ping raw.githubusercontent.com` ，查看是否能与 `raw.githubusercontent.com` 联通即可。

如下我的测试情况：

```
C:\Users\xxhu1>ping raw.githubusercontent.com
Ping request could not find host raw.githubusercontent.com. Please check the name and try again.
```

可以看到问题很严重，无法找到 `raw.githubusercontent.com` 域名对应的 IP 地址！至于为什么找不到 IP ，目前还没有明确答案，但既然知道是找不到 IP ，导致了我们的下载失败报错，就可以针对性的思考解决办法了。

## 解决

有两个可以尝试的解决方案，一个是切换网络，一个是手动设置IP。

### 切换网络

最简单但 **不一定能解决** 该问题的方案是：切换网络。

了解域名通信原理的朋友可能知道，域名找不到IP 一般是由于DNS的问题，最简单的方式就是修改你当前的DNS服务地址尝试解决这个问题。

对于普通用户而言，最简单的方法就是切换网络，比如原先使用的是家庭宽带，可以尝试切换为连接手机热点。

但有些用户没有其他网络可以切换，也就无法使用这个方案，或者你在尝试切换网络后，仍然无法解决该问题，则可以使用另一种可能性较高的方案。

### 设置IP

以Windows用户为例，其它系统用户参考即可。

Windows系统中有一个文件：`hosts`文件，可以手动配置一些域名指向明确的IP，这样即便是 DNS 无法解析到域名的IP，也可以通过手动配置的 IP 访问指定域名。

Windows系统下的这个文件一般在 `C:\Windows\System32\drivers\etc` 文件夹中，直接使用文本编辑即可。如果你编辑后无法保存，可以尝试将其复制到 D盘 ，修改保存后，再复制回去。

我修改的方式是，再该文件最后增加一行配置：

```
185.199.108.133 raw.githubusercontent.com
```

配置完并保存后，可以再次尝试 `ping raw.githubusercontent.com`，如下：

```
C:\Users\xxhu1>ping raw.githubusercontent.com

Pinging raw.githubusercontent.com [185.199.108.133] with 32 bytes of data:
Reply from 185.199.108.133: bytes=32 time=220ms TTL=50
Reply from 185.199.108.133: bytes=32 time=220ms TTL=50
Request timed out.
Reply from 185.199.108.133: bytes=32 time=219ms TTL=50

Ping statistics for 185.199.108.133:
    Packets: Sent = 4, Received = 3, Lost = 1 (25% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 219ms, Maximum = 220ms, Average = 219ms

```

如果此时能够通信，则可以重复原来的报错操作了。

## 拓展：域名查IP

上文中，配置的 IP 是`185.199.108.133`，这是经过域名反查后得到的一个 IP 地址，可能会随着时间变化，所以建议你再配置时自己重新查询一次。

这里推荐一个好用的服务检测工具：[WebCheck](https://web-check.xyz/)，打开网站后，将 `https://raw.githubusercontent.com`填入输入框，点击 `Analyze`即可，下面是我使用时的截图：

![webcheck](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog-1715848932429.jpg)

## 赞助请求V3

**建站因为热爱，生活需要Money，请屏幕前的大佬动动您发财的小手，点击一次以示鼓励，祝您生活愉快！**


<div class="article-ads"></div>

> PS：就目前的访问量，即便每个访客都点一次广告，收入也不足以支付运营成本。`如果看不到广告，可能是网络原因或被拦截了，那就算了吧。再次祝您生活愉快~~`

Failed to download https://raw.githubusercontent.com/ TypeError: fetch failedxxx

## 简介

Ubuntu系统是如何管理硬盘的？

一般硬盘操作有两种：
- 分区管理：分区增加或减少空间
- 磁盘管理：挂载新磁盘

**重要提醒：在进行分区/磁盘调整和扩展之前，请务必备份重要数据，以防出现意外情况。**



## 分区扩展

当一个新安装的Ubuntu系统中，如果磁盘空间充足，一般会默认分配一部分硬盘空间给根目录 `/`，但并不会将全部空间分配出来，此时如果想要将全部空间都分配出来，则需要进行分区扩展相关操作。一般分区扩展有三步：
1. 确定磁盘分区剩余空间
2. 分配逻辑卷空间（重新分配分区）
3. 扩展分区，使重新分配的空间生效

### 注意
- 备份数据：在进行分区调整和扩展之前，请务必备份重要数据，以防出现意外情况。
- 分区类型：确保您知道要调整的分区类型（例如，物理分区或 LVM 逻辑卷），并使用相应的工具。
- 挂载状态：有些操作需要在分区未挂载的状态下进行，因此可能需要在单用户模式或从 Live CD/USB 启动系统进行操作。
- 系统稳定性：在生产环境中进行此类操作时，请谨慎操作，并在维护窗口期内进行。


### 查看当前磁盘占用

这是一个磁盘维护常用操作，可以使用 `df -h`  命令查看当前硬盘分区及其占用情况：

```bash
# 执行 df -h 输出如下
Filesystem                         Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs                              787M  2.5M  785M   1% /run
efivarfs                           100K   94K  1.5K  99% /sys/firmware/efi/efivars
/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv   98G   13G   81G  14% /
tmpfs                              3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs                              5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
/dev/sda2                          2.0G   96M  1.7G   6% /boot
/dev/sda1                          1.1G  6.2M  1.1G   1% /boot/efi
tmpfs                              787M   12K  787M   1% /run/user/1000
```

其中 `/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv` 即为一个安装系统时自动分配的一个分区，挂载在根目录 `/`。

但是我的硬盘空间时 `500G` 左右，此时应该如何扩充这个分区呢？

如我的 `/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv` 分区，这一般是使用的 **LVM**（逻辑卷管理器）管理的分区。LVM 提供了一种灵活的硬盘分区管理方式，可以轻松调整分区大小、添加新分区等。在这个例子中：

- `ubuntu--vg` 是卷组（Volume Group）的名称。
- `ubuntu--lv` 是逻辑卷（Logical Volume）的名称。
- `/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv` 是逻辑卷的设备文件。

### 查看剩余空间

一般Ubuntu管理磁盘使用的都是 LVM ，执行 `sudo vgdisplay` 即可查看逻辑卷分组情况：

```bash
# 运行 sudo vgdisplay 输出如下信息
  --- Volume group ---
  VG Name               ubuntu-vg
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  2
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                1
  Open LV               1
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               <444.08 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              113684
  Alloc PE / Size       25600 / 100.00 GiB
  Free  PE / Size       88084 / <344.08 GiB
  VG UUID               vqm4ii-2T7p-OaZx-Soq3-nfjq-OW22-iE2u7r
```
 
可以看到我的硬盘还有 `<344.08 GiB` 的剩余空间，我想把全部剩余空间都给到 `/dev/mapper/ubuntu--vg-buntu--lv` 分区，应该如何操作？

### 分配空间

根据上面的输出信息可知，我的逻辑卷组名是 `ubuntu-vg`，则逻辑卷名是 `ubuntu--lv`，则运行如下命令分配全部剩余空间给 `/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv` 设备对应的逻辑卷

```bash
sudo lvextend -l +100%FREE /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
```

> 命令解析：这个命令用于扩展 LVM（逻辑卷管理器）中的逻辑卷。
>
> `sudo`：以超级用户权限运行该命令。  
> `lvextend`：这是一个 LVM 命令，用于扩展逻辑卷。  
> `-l +100%FREE`：这是一个参数，指定将所有剩余的空闲空间分配给逻辑卷。  
> `-l` 表示扩展到指定的逻辑块数（extents），而不是直接指定大小。  
> `+100%FREE` 表示使用卷组（volume group）中所有可用的剩余空间，可以替换为确定的空间，如 `+100G`。  
> `/dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv`：这是要扩展的逻辑卷的路径。  
> `ubuntu-vg` 是卷组的名称。  
> `ubuntu-lv` 是逻辑卷的名称。

运行成功后输出：
```
  Size of logical volume ubuntu-vg/ubuntu-lv changed from 100.00 GiB (25600 extents) to <444.08 GiB (113684 extents).
  Logical volume ubuntu-vg/ubuntu-lv successfully resized.
```

此时再次查磁盘容器卷情况，可以看到剩余空间归零了：

```bash
# 运行 sudo vgdisplay
  --- Volume group ---
  VG Name               ubuntu-vg
  System ID             
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  3
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                1
  Open LV               1
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               <444.08 GiB
  PE Size               4.00 MiB
  Total PE              113684
  Alloc PE / Size       113684 / <444.08 GiB
  Free  PE / Size       0 / 0   
  VG UUID               vqm4ii-2T7p-OaZx-Soq3-nfjq-OW22-iE2u7r
```

但此时并没有结束，如果此时使用 `df -h` 命令，你可以看到 `/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv` 空间并没有改变：
```bash
# df -h
Filesystem                         Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs                              787M  2.5M  785M   1% /run
efivarfs                           100K   94K  1.5K  99% /sys/firmware/efi/efivars
/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv   98G   13G   81G  14% /
tmpfs                              3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs                              5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
/dev/sda2                          2.0G   96M  1.7G   6% /boot
/dev/sda1                          1.1G  6.2M  1.1G   1% /boot/efi
tmpfs                              787M   12K  787M   1% /run/user/1000
```

这是因为还没有将空间拓展到改逻辑卷

### 扩展文件系统

无论使用哪种方法调整分区大小，都需要扩展文件系统以使用新分配的空间。

使用下面的命令扩展文件系统：

```bash
sudo resize2fs /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
```

> 命令解析：这个命令用于调整 ext4 文件系统的大小，以匹配逻辑卷的新大小。
> 
> `sudo`：以超级用户权限运行该命令。  
> `resize2fs`：这是一个命令，用于调整 ext2/ext3/ext4 文件系统的大小。  
> `/dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv`：这是要调整大小的文件系统所在的设备路径。

执行该命令后，如果执行成功，将会输出如下信息：
```
resize2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Filesystem at /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv is mounted on /; on-line resizing required
old_desc_blocks = 13, new_desc_blocks = 56
The filesystem on /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv is now 116412416 (4k) blocks long.
```

此时再查看 `df -h`，可以发现空间已生效：

```
Filesystem                         Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs                              787M  2.5M  785M   1% /run
efivarfs                           100K   94K  1.5K  99% /sys/firmware/efi/efivars
/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv  437G   13G  406G   3% /
tmpfs                              3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs                              5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
/dev/sda2                          2.0G   96M  1.7G   6% /boot
/dev/sda1                          1.1G  6.2M  1.1G   1% /boot/efi
tmpfs                              787M   12K  787M   1% /run/user/1000
```

至此，分区扩展完成。

## 磁盘挂载

待续……

Ubuntu配置硬盘分区和挂载

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