设备管理第10章UNIX系统内核结构
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UNIX系统内核结构
4. 用户文件描述符表——记录该进程打开的所有文件
5. 当前记录和当前根——给出进程的文件系统环境 6. 计时器——记录进程及其后代在用户态和核心态运行的时间 7. 内部I/O参数——数据量、数据的地址和文件的I/O偏移量 8. 限制字段——进程的大小和能“写”的文件大小的限制 9. 差错字段——记录系统调用执行时发生的错误 10. 返回值——记录系统调用的执行结果
11. 信号处理数组——记录接收到不同信号时的处理方式
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第10章 UNIX系统内核结构
五、系统区表(System Region Table)
设置系统区表是为了对程序区(正文区)、数据区、 栈区等进行共享。该区表记录了下述信息。
1. 区的类型和大小
2. 区的状态 3. 区的物理位置
4. 引用计数(共享该区的进程数)
：屏蔽信号，对信号不理会
：缺省值；进程收到信号后自我终止
(3) func=0、1外的整数：把此func作为指向事件处理程序的指针 返回本节
第10章 UNIX系统内核结构
3、对信号的处理 1) 仅当进程返回到用户态时才处理信号 2) 对信号的处理：根据func值的情况进行处理
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第10章 UNIX系统内核结构
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第10章 UNIX系统内核结构
10.3 进程的同步与通信
10.3.1 sleep与wakeup同步机制 10.3.2 信号(signal)机制
10.3.3 管道机制
10.3.4 消息机制
10.3.5 共享存储区机制
10.3.6 信号量集机制
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第10章 UNIX系统内核结构
10.3.1 sleep与wakeup同步机制
设备管理第10章UNIX系统内核结构
中断向量
设备中断
中断向量
图 10-15 设备开关表及系统调用和驱动程序间的接口
设备管理第10章UNIX系统内核结构
10.5.4 磁盘驱动程序
1、打开磁盘驱动器的过程gdopen 2、启动磁盘控制器的过程 3、磁盘中断处理过程 gdintr
设备管理第10章UNIX系统内核结构
10.5.5 磁盘读、写程序
设备管理第10章UNIX系统内核结构
10.5 设 备 管 理
10.5.1 字符设备缓冲区管理
1、空闲字符缓冲区队列
cblock[0] cfreelist c_next
cblock[1] c_next
cblock[2] c_next
cblock[N1]
…
c_next
图 10-12 空闲字符缓冲区队列 2、 空闲字符缓冲区的分配与回收 3、 设备的字符缓冲区队列
sem 6 sem 7
sem 8 0 信 sem 9 1 号 sem 10 2 量 sem 11 0 集
…
图 10-8 信号量集表与信号量表
设备管理第10章UNIX系统内核结构
10.4 存 储 器 管 理 10.4.1 请求调页管理的数据结构
1、页表和磁盘描述表
物理页号 年龄 写时拷贝 修改位 访问位 有效位 保护
设备管理第10章UNIX系统内核结构
2、磁盘索引结点的分配与回收 1. （1）分配过程 ialloc 2. （2）回收过程 ifree
3、内存索引结点的分配与回收 （1）分配过程 iget （2）回收过程 iput
设备管理第10章UNIX系统内核结构
10.6.4 空闲磁盘空间的管理
1、文件卷的组织
f_offest f_inode
计算机操作系统第三版PPT课件
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用户
应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
-
7
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
新世纪计算机类本科系列教材
计算机操作系统
（修订版） 汤子瀛 哲凤屏 汤小丹 编著
西安电子科技大学出版社
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1
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程管理 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 设 备 管 理 第六章 文件管理 第七章 操作系统接口 第八章 网络操作系统 第九章 系统安全性 第十章 UNIX系统内核结构
1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
开始
还有 下 一个 作业 ？
是 把下一个作业的源 程序 转换 为目 标程 序
否
停止
是
源程 序
有错 吗？
否
运行 目标 程序
装配 目标 程序
-
14
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
2.
单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说， 它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。 尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进 步。
-
11
1.2 操作系统的发展过程
1.2.1 无操作系统的计算机系统
1. 人工操作方式
从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于 第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即程 序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员 将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入 机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机， 然 后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让 下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：
UNIX系统的设备管理
UNIX系统的设备管理在UNIX系统中，设备管理主要由设备驱动程序和设备文件系统两部分组成。
设备驱动程序是操作系统内核中的一部分，它负责和硬件设备进行通信，控制设备的操作和数据传输等。
设备文件系统则是用来管理设备文件的一种文件系统，它提供了一种统一的接口，使得用户和应用程序能够方便地访问各种设备。
UNIX系统中的每个设备都有一个对应的设备文件，这个设备文件位于/dev目录下。
用户和应用程序可以通过访问这些设备文件来和硬件设备进行交互，比如读写文件、发送打印任务、控制磁盘驱动器等。
设备文件的命名规则一般是由设备类型和设备序号组成，比如/dev/sda代表第一个SCSI磁盘设备，/dev/lp0代表第一个并行打印机设备。
在UNIX系统中，设备管理也包括了设备的配置和监控。
用户和管理员可以通过命令行工具或者图形界面工具来配置系统中的各种设备，比如添加新设备、修改设备参数、设置设备权限等。
另外，操作系统也会定期地监控设备的状态，比如检测设备是否正常工作、判断设备是否过载等，以保证系统的稳定性和可靠性。
总之，UNIX系统的设备管理是一个极为重要的系统功能，它不仅使得硬件设备能够被有效地管理和利用，还为用户和应用程序提供了一种方便的接口，使得它们能够轻松地和硬件设备进行交互。
UNIX系统的设备管理通过设备驱动程序和设备文件系统两部分的配合，有效地实现了设备的识别、访问和控制。
设备管理是操作系统中的一个核心功能，而在UNIX系统中，设备管理是一个非常重要的方面。
UNIX系统以其多样化的设备支持和稳定性而著称，因此设备管理在其中显得尤为关键。
在UNIX系统中，设备管理不仅涉及到硬件设备的访问和控制，还涉及到设备的配置、监控和维护，以保证系统的正常运行和设备的稳定性。
在UNIX系统中，设备管理涉及到许多不同类型的硬件设备，包括磁盘（硬盘或者固态硬盘）、打印机、键盘、鼠标、显示器、网络适配器等。
这些设备在UNIX系统中都被表示为文件，并分别对应着不同的设备文件（设备节点）。
第十章 UNIX系统内核结构.ppt
2019-8-12
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10
第十章 UNIX系统内核结构
10.1.2 UNIX系统的特征
1．开放性
UNIX系统最本质的特征是开放性。所谓开放性，是指 系统遵循国际标准规范；凡遵循国际标准所开发的硬件和软 件，均能彼此兼容，并可方便地实现互连。开放性已成为20 世纪90年代计算机技术的核心问题，也是一个新推出的系统 或软件能否被广泛应用的重要因素。人们普遍认为: UNIX是 目前开放性最好的OS，是目前惟一能稳定运行在从微型机 到大、中型等各种机器上的OS，而且还能方便地将已配置 了UNIX OS的机器互连成计算机网络。
2019-8-12
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4
第十章 UNIX系统内核结构
2．两大集团对峙
在UNIX系统的发展史上必须说明的是，由于UNIX的开 放性、发展概念和商业利益等因素，使UNIX呈现出“百家争 鸣”的盛况，后又进一步形成了两大阵营对峙的局面。 此即， 由IBM和DEC等公司于1988年5月结成了开放软件基金会OSF 集团，以及由AT&T、SUN和NCR等公司于同年12月结成了 UI集团。他们分别推出了自己的UNIX系统产品。其中，UI推 出的是“SVR 4”，而OSF推出的是“OSF/I”。虽然两者都 是UNIX，但它们在系统构架、命令操作以及管理方式上，都 有所不同。两者在市场上展开了激烈的竞争。
1．UNIX系统的发展
UNIX系统是美国电报电话公司(AT&T)Bell实验室的 Ennis Ritchie和Ken Thompson合作设计和实现的。他们在设 计时，充分地吸取了以往OS(其中包括著名的CTSS和 MULTICS系统)设计和实践中的各种成功经验和教训。在 DEC公司的小型机PDP7上实现并于1971年正式移植到PDP11 计算机上。
操作系统(二)复习
第四章 存储器管理
存储管理的主要功能 1. 地址转换（地址映射） 2. 存储器的分配和回收 3. 存储保护 4. 存储扩充
有那些分配的方式，有那些分配的算法，各需要那 些数据结构，如何实现地址转换和存储扩充； 各种方式的优缺点（内存利用率、内零头和碎片）。
地址转换（地址映射、地址重定位）
• 概念： 逻辑地址 地址空间 物理地址 存储空间（物理空间） 方式： 静态地址转换和动态地址转换的区别，实 现过程，优缺点，每种存储分配方式对应 的地址转换是如何实现的。
页式管理和段式管理的比较
页式
大小 信息 目的 逻辑 地址 固定、硬件决定 信息的物理单位 提高内存的利用率 一维的
段式
不固定、程序决定 独立的信息逻辑单位， 更便于共享 方便程序设计 二维的
段页式管理
• 段式和页式的结合，取长补短。 • 逻辑地址：二维的 • 数据结构：每个进程一张段表（页表地址 和页表长度），每个段一张页表，位示图。 • 地址转换：硬件实现的动态地址转换机构， 要访问3次内存。
虚拟存储器
• 局部性（局限性） 时间局部性和空间局部性。 • 硬件支持：动态地址转换机构 ＋ 中断（缺页中断、 缺段中断） • 特征：离散性、多次性、对换性、虚拟性 • 效果：大于内存配置的容量、接近内存的速度、 接近外存的单位价格。 • 容量（地址空间）： MIN(地址结构可表示的大小，内存＋外存）
第四章 设备管理
设备管理的主要功能 • 设备分配、调度 • 缓冲管理 • 设备处理 • 实现设备的无关性和虚拟设备
提高CPU和设备并行工作的程度，设备和设 备并行工作的程度。
设备类型
独占型设备、共享型设备、虚拟型设备
字符型设备。块设备
大中小型计算机的设备连接方式
UNIX系统的设备管理
设备中断处理程序
中断向量
中断向量
设备中断
UNIX系统的设备管理
– 驱动程序的装载与卸载
Ø 直接修改系统内核的源代码； Ø 将设备驱动程序作为可加载的模块
动态加载，相关命令：
§Linux：insmod、rmmod命令 depmod §Solaris：add_drv、rem_drv命令 §….
UNIX系统的设备管理
UNIX系统的设备管理
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/1
UNIX系统的设备管理
UNIX系统的设备管理
第四节 CD-ROM的安装和使用
• UNIX系统将CD-ROM当作只读硬盘处理。
• 光盘驱动器的接口类型
– SCSI、EIDE
• 安装步骤
/cdrom/cdrom0
– #mount /dev/cdrom /mnt/cdrom
– 访问/mnt/cdrom目录下的文件
• 光盘的取出：eject命令
统的设备管理
系统调用
文件系统
open close read write ioctl
open close mount umount read
write
字符设备转接表
高速缓存调用
块设备转接表
open close read write ioctl 驱动程序
设备中断处理程序
驱动 程序 入口 点
open close strategy 驱动程序
第二节 Linux中软盘的使用
1. 格式化软盘
#format /dev/fd0
2. 创建文件系统
#mke2fs /dev/fd0
mkfs newfs
中断向量
中断向量
设备中断
UNIX系统的设备管理
– 驱动程序的装载与卸载
Ø 直接修改系统内核的源代码； Ø 将设备驱动程序作为可加载的模块
动态加载，相关命令：
§Linux：insmod、rmmod命令 depmod §Solaris：add_drv、rem_drv命令 §….
UNIX系统的设备管理
UNIX系统的设备管理
演讲完毕，谢谢听讲!
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2020/11/1
UNIX系统的设备管理
UNIX系统的设备管理
第四节 CD-ROM的安装和使用
• UNIX系统将CD-ROM当作只读硬盘处理。
• 光盘驱动器的接口类型
– SCSI、EIDE
• 安装步骤
/cdrom/cdrom0
– #mount /dev/cdrom /mnt/cdrom
– 访问/mnt/cdrom目录下的文件
• 光盘的取出：eject命令
统的设备管理
系统调用
文件系统
open close read write ioctl
open close mount umount read
write
字符设备转接表
高速缓存调用
块设备转接表
open close read write ioctl 驱动程序
设备中断处理程序
驱动 程序 入口 点
open close strategy 驱动程序
第二节 Linux中软盘的使用
1. 格式化软盘
#format /dev/fd0
2. 创建文件系统
#mke2fs /dev/fd0
mkfs newfs
《操作系统》课程教学大纲
《操作系统》课程教学大纲一、教学大纲说明(一)课程的地位、作用与任务《操作系统》是信息类计算机应用专业学生必修的公共基础课之一，是一门涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程。
在计算机软硬件课程的设置上，它起着承上启下的作用。
其特点是概念多、较抽象和涉及面广，其整体实现思想和技术又往往难于理解。
操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。
因此本课程的目的与任务是使学生通过本课程的学习，理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握常用操作系统（如UNIX、xinux）的使用和一般管理方法，了解它是如何组织和运作的，从而为学生以后的学习和工作打下基础。
先修课要求，本课程在学习之前最好具有计算机组成原理、程序设计语言的知识。
(二)课程的教学目的和要求通过本课程的学习，使学生较好地掌握操作系统在计算机系统中的重要作用和基本工作原理。
了解操作系统发展过程、新技术的应用。
理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握常用操作系统及它们的使用和一般管理方法，为今后的进修、应用实务作好技术准备。
掌握：基本概念包括：多道程序设计、并发、分时、作业、进程、互斥与同步、周转时间、吞吐量、重定位、连接、虚拟存储、虚拟设备、死锁、线程。
基本知识：计算机系统资源（处理机、存储器、设备、文件）的管理策略。
基本技能：管理系统资源的常用命令、系统配置与维护的方法和技术。
理解重点：进程概念、存储管理（尤其虚拟存储）的各种策略、文件系统的管理、设备的管理和配置。
结合具体现代操作系统加深理解。
了解难点：进程的概念及其与程序的区别、进程间同步与互斥的正确实现、虚拟设备与虚拟存储。
Unix,Windows NT的系统结构、功能特点。
(三)课程的教学方法与手段１、本课程概念多、较抽象、涉及面广，因此教学形式以讲授方式为主。
约佔80%。
实验与自学约佔20%。
教师应该提供自学提纲并适当辅导。
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第十章 UNIX系统内核结构
第十章 UNIX系统内核结构
10.1 UNIX系统概述 10.2 进程的描述和控制 10.3 进程的同步与通信 10.4 存储器管理 10.5 设备管理 10.6 文件管理
1
第十章 UNIX系统内核结构
10.1 UNIX系统概述
10.1.1 UNIX系统的发展史 10.1.2 UNIX系统的特征
本章习题：
1、2、8、17
38
❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖
第十章 踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就未来。20.12.1020.12.10Thursday, December 10, 2020 弄 虚 作 假 要 不得， 踏实肯 干第一 名。09:34:4509:34:4509:3412/10/2020 9:34:45 AM 安 全 象 只 弓 ，不拉 它就松 ，要想 保安全 ，常把 弓弦绷 。20.12.1009:34:4509:34Dec-2010-Dec-20 重 于 泰 山 ， 轻于鸿 毛。09:34:4509:34:4509:34Thursday, December 10, 2020 不 可 麻 痹 大 意，要 防微杜 渐。20.12.1020.12.1009:34:4509:34:45December 10, 2020 加 强 自 身 建 设，增 强个人 的休养 。2020年 12月 10日上 午9时34分 20.12.1020.12.10
信号量集
…
图 10-8 信号量集表与信号量表
17
第十章 UNIX系统内核结构
10.4 存 储 器 管 理 10.4.1 请求调页管理的数据结构
1、页表和磁盘描述表
物理页号 年龄 写时拷贝 修改位 访问位 有效位 保护
（a）页表项
对换设备号
设备块号
存储器类型
（b）盘块说明 图 10-9 页表项和磁盘描述表项
中断向量
设备中断
中断向量
图 10-15 设备开关表及系统调用和驱动程序间的接口
25
第十章 UNIX系统内核结构
10.5.4 磁盘驱动程序
1、打开磁盘驱动器的过程gdopen 2、启动磁盘控制器的过程 3、磁盘中断处理过程 gdintr
26
第十章 UNIX系统内核结构
10.5.5 磁盘读、写程序
1、磁盘的读写方式 2、读过程bread和breada
10.5 设 备 管 理
10.5.1 字符设备缓冲区管理
1、空闲字符缓冲区队列
cblock[0] cfreelist c_next
cblock[1] c_next
cblock[2] c_next
cblock[N1]
…
c_next
图 10-12 空闲字符缓冲区队列 2、 空闲字符缓冲区的分配与回收 3、 设备的字符缓冲区队列
物理页794
对换设备块 2743
图 10-11 四种数据结构之间的关系
20
第十章 UNIX系统内核结构
10.4.2 换页进程
1、增加有效页的年龄 2、对换出页的几种处理方式 3、将换出页面写到对换设备上
10.4.3 请求调页 1、缺页在可执行文件上 2、缺页在对换设备上 3
21
第十章 UNIX系统内核结构
10.2.2 进程状态与进程映像
1、进程状态
僵死
中断 中断返回
系统调用 中断
5
返回
用户态 执行 返回到用户态
9 睡眠 内存中 睡眠 6
换 出 睡眠 且换出 7
4 核心态 执行 唤醒
唤醒
抢夺 调度
8 被抢夺
2 内存中就绪
换换 出入
内存足 创建fork 1
内存不足
3 就绪且换出
图 10-4 进程的状态转换
8
第十章 UNIX系统内核结构
2、 进程映像 1. （1）用户级上下文 （2）寄存器上下文 ➢ 程序寄存器 ➢ 处理机状态寄存器(PSR) ➢ 栈指针 ➢ 通用寄存器 （3）系统级上下文 ➢ 静态部分 ➢ 动态部分
9
第十章 UNIX系统内核结构
10.2.3 进程控制
1、 fork系统调用
(1) 为新进程分配一个进程表项和进程标识符； (2) (2) 检查同时运行的进程数目； (3) (3) 拷贝进程表项中的数据； (4) (4) 子进程继承父进程的所有文件； (5) (5) 为子进程创建进程上下文； (6) (6) 子进程执行。
2、地址转换
直接寻址
i.addr(0) i.addr(1) i.addr(2)
一次间址 二次间址 三次间址
i.addr(10) i.addr(11) i.addr(12)
… …
数据块 367
428 一次间接块
952
952
9156
二次间接块 331
3333
331
3333
图 10-20 文件的地址映射示例
字符设备
块设备
设备驱动程序
进程控制 子系统
进程间通信 调度
存储管理
硬件控制 核心级 硬件级
硬件 3
第十章 UNIX系统内核结构
10.1.3 UNIX系统的内核结构
1 (1) 进程控制
(2) (2) 进程通信 2、 文件子系统 (3) (3) 存储器管理 (1) 文件管理
(4) (4) 进程调度
(2) (2) 高速缓冲机制
进程 的虚空间 A 正文
数据
A
内存空间
A′ 共享存储区 栈
进程 的虚空间 B 正文
数据 B B′ 栈
图 10-7 利用共享存储区进行通信
16
信号量集
第十章 UNIX系统内核结构
10.3.6 信号量集机制 信号量集表
信号量表
sem 0 sem 1 sem 2 0 sem 3 1 sem 4 2 sem 5 3 sem 6 sem 7 sem 8 0 sem 9 1 sem 10 2 sem 11 0
1、寻址方式
直接寻址
i.addr(0) i.addr(1) i.addr(2)
一次间接块
数பைடு நூலகம்块
…
…
一次间址 二次间址 三次间址
i.addr(9) i.addr(10) i.addr(11) i.addr(12)
二次间接块 三次间接块
图 10-19 直接寻址和间接寻址
30
第十章 UNIX系统内核结构
(3) (3) 设备驱动程序
4
第十章 UNIX系统内核结构
10.2 进程的描述和控制
10.2.1 进程控制块PCB
在UNIX系统Ⅴ中， (1) (2) U区 (3) 进程区表 (4) 系统区表
5
第十章 UNIX系统内核结构
4、 本进程区表(Per Process Region Table)
A 正文 进 程 数据 区 表栈
31
第十章 UNIX系统内核结构
10.6.3 索引结点的管理
1、超级块(Superblock) (1) (2) 空闲盘块号栈 (3) 当前空闲盘块号数目 (4) 空闲磁盘i结点号栈 (5) 空闲磁盘i结点数目 (6) 空闲盘块编号栈的锁字段 (7) 空闲磁盘i结点栈的锁字段 (8) 超级块修改标志 (9) 修改时间
18
第十章 UNIX系统内核结构
2、页框数据表和对换使用表
图 10-10 页框数据表项及其散列队列
19
第十章 UNIX系统内核结构
虚地址 1493K
页表项 页框号 794
磁盘块描述项
对换 块号 设备 1 2743
页框数据表项794 引用数 1 对换设备 1 块号 2743
对换使用表项 引用数 1
open close open close read write ioctl mount unmount
read write
字符设备开关表
高速缓冲 调用
块设备开关表
open close read write ioctl
驱动程序 设备中断处理程序
open closestrategy
驱动程序 设备中断处理程序
14
第十章 UNIX系统内核结构
…
10.3.4 消息机制
0
消息首部 msgh 0
…
队列 i 队列 n
消息 缓冲区
m
消息首部
3 消息首部
msgh 3
消息 缓冲区
2 消息首部
msgh 2
消息 缓冲区
…
消息队列头表
消息 缓冲区
图 10-6 消息机制中的数据结构
15
第十章 UNIX系统内核结构
10.3.5 共享存储区机制
B 正文 进 程 数据 区 表栈
a b c d e
系统区表
a b
c d
e
图 10-2 进程区表项、系统区表项和区的关系
6
第十章 UNIX系统内核结构
4、 本进程区表(Per Process Region Table)
本进程区表
系统区表
U区 a
b
进程表
c
a
b
c
图 10-3 进程的数据结构
7
第十章 UNIX系统内核结构
34
第十章 UNIX系统内核结构
2、空闲盘块的组织
超级块表
109 106 103 100 95
211 208 205 202
310 307 304 301
409 406 403 400
图 10-22 空闲盘块的组织
35
第十章 UNIX系统内核结构
10.6.5 文件表的管理
用户文件描述符表
A
第 一
28
第十章 UNIX系统内核结构
第十章 UNIX系统内核结构
10.1 UNIX系统概述 10.2 进程的描述和控制 10.3 进程的同步与通信 10.4 存储器管理 10.5 设备管理 10.6 文件管理
1
第十章 UNIX系统内核结构
10.1 UNIX系统概述
10.1.1 UNIX系统的发展史 10.1.2 UNIX系统的特征
本章习题：
1、2、8、17
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第十章 踏实，奋斗，坚持，专业，努力成就未来。20.12.1020.12.10Thursday, December 10, 2020 弄 虚 作 假 要 不得， 踏实肯 干第一 名。09:34:4509:34:4509:3412/10/2020 9:34:45 AM 安 全 象 只 弓 ，不拉 它就松 ，要想 保安全 ，常把 弓弦绷 。20.12.1009:34:4509:34Dec-2010-Dec-20 重 于 泰 山 ， 轻于鸿 毛。09:34:4509:34:4509:34Thursday, December 10, 2020 不 可 麻 痹 大 意，要 防微杜 渐。20.12.1020.12.1009:34:4509:34:45December 10, 2020 加 强 自 身 建 设，增 强个人 的休养 。2020年 12月 10日上 午9时34分 20.12.1020.12.10
信号量集
…
图 10-8 信号量集表与信号量表
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第十章 UNIX系统内核结构
10.4 存 储 器 管 理 10.4.1 请求调页管理的数据结构
1、页表和磁盘描述表
物理页号 年龄 写时拷贝 修改位 访问位 有效位 保护
（a）页表项
对换设备号
设备块号
存储器类型
（b）盘块说明 图 10-9 页表项和磁盘描述表项
中断向量
设备中断
中断向量
图 10-15 设备开关表及系统调用和驱动程序间的接口
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第十章 UNIX系统内核结构
10.5.4 磁盘驱动程序
1、打开磁盘驱动器的过程gdopen 2、启动磁盘控制器的过程 3、磁盘中断处理过程 gdintr
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第十章 UNIX系统内核结构
10.5.5 磁盘读、写程序
1、磁盘的读写方式 2、读过程bread和breada
10.5 设 备 管 理
10.5.1 字符设备缓冲区管理
1、空闲字符缓冲区队列
cblock[0] cfreelist c_next
cblock[1] c_next
cblock[2] c_next
cblock[N1]
…
c_next
图 10-12 空闲字符缓冲区队列 2、 空闲字符缓冲区的分配与回收 3、 设备的字符缓冲区队列
物理页794
对换设备块 2743
图 10-11 四种数据结构之间的关系
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第十章 UNIX系统内核结构
10.4.2 换页进程
1、增加有效页的年龄 2、对换出页的几种处理方式 3、将换出页面写到对换设备上
10.4.3 请求调页 1、缺页在可执行文件上 2、缺页在对换设备上 3
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第十章 UNIX系统内核结构
10.2.2 进程状态与进程映像
1、进程状态
僵死
中断 中断返回
系统调用 中断
5
返回
用户态 执行 返回到用户态
9 睡眠 内存中 睡眠 6
换 出 睡眠 且换出 7
4 核心态 执行 唤醒
唤醒
抢夺 调度
8 被抢夺
2 内存中就绪
换换 出入
内存足 创建fork 1
内存不足
3 就绪且换出
图 10-4 进程的状态转换
8
第十章 UNIX系统内核结构
2、 进程映像 1. （1）用户级上下文 （2）寄存器上下文 ➢ 程序寄存器 ➢ 处理机状态寄存器(PSR) ➢ 栈指针 ➢ 通用寄存器 （3）系统级上下文 ➢ 静态部分 ➢ 动态部分
9
第十章 UNIX系统内核结构
10.2.3 进程控制
1、 fork系统调用
(1) 为新进程分配一个进程表项和进程标识符； (2) (2) 检查同时运行的进程数目； (3) (3) 拷贝进程表项中的数据； (4) (4) 子进程继承父进程的所有文件； (5) (5) 为子进程创建进程上下文； (6) (6) 子进程执行。
2、地址转换
直接寻址
i.addr(0) i.addr(1) i.addr(2)
一次间址 二次间址 三次间址
i.addr(10) i.addr(11) i.addr(12)
… …
数据块 367
428 一次间接块
952
952
9156
二次间接块 331
3333
331
3333
图 10-20 文件的地址映射示例
字符设备
块设备
设备驱动程序
进程控制 子系统
进程间通信 调度
存储管理
硬件控制 核心级 硬件级
硬件 3
第十章 UNIX系统内核结构
10.1.3 UNIX系统的内核结构
1 (1) 进程控制
(2) (2) 进程通信 2、 文件子系统 (3) (3) 存储器管理 (1) 文件管理
(4) (4) 进程调度
(2) (2) 高速缓冲机制
进程 的虚空间 A 正文
数据
A
内存空间
A′ 共享存储区 栈
进程 的虚空间 B 正文
数据 B B′ 栈
图 10-7 利用共享存储区进行通信
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信号量集
第十章 UNIX系统内核结构
10.3.6 信号量集机制 信号量集表
信号量表
sem 0 sem 1 sem 2 0 sem 3 1 sem 4 2 sem 5 3 sem 6 sem 7 sem 8 0 sem 9 1 sem 10 2 sem 11 0
1、寻址方式
直接寻址
i.addr(0) i.addr(1) i.addr(2)
一次间接块
数பைடு நூலகம்块
…
…
一次间址 二次间址 三次间址
i.addr(9) i.addr(10) i.addr(11) i.addr(12)
二次间接块 三次间接块
图 10-19 直接寻址和间接寻址
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第十章 UNIX系统内核结构
(3) (3) 设备驱动程序
4
第十章 UNIX系统内核结构
10.2 进程的描述和控制
10.2.1 进程控制块PCB
在UNIX系统Ⅴ中， (1) (2) U区 (3) 进程区表 (4) 系统区表
5
第十章 UNIX系统内核结构
4、 本进程区表(Per Process Region Table)
A 正文 进 程 数据 区 表栈
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第十章 UNIX系统内核结构
10.6.3 索引结点的管理
1、超级块(Superblock) (1) (2) 空闲盘块号栈 (3) 当前空闲盘块号数目 (4) 空闲磁盘i结点号栈 (5) 空闲磁盘i结点数目 (6) 空闲盘块编号栈的锁字段 (7) 空闲磁盘i结点栈的锁字段 (8) 超级块修改标志 (9) 修改时间
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第十章 UNIX系统内核结构
2、页框数据表和对换使用表
图 10-10 页框数据表项及其散列队列
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第十章 UNIX系统内核结构
虚地址 1493K
页表项 页框号 794
磁盘块描述项
对换 块号 设备 1 2743
页框数据表项794 引用数 1 对换设备 1 块号 2743
对换使用表项 引用数 1
open close open close read write ioctl mount unmount
read write
字符设备开关表
高速缓冲 调用
块设备开关表
open close read write ioctl
驱动程序 设备中断处理程序
open closestrategy
驱动程序 设备中断处理程序
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第十章 UNIX系统内核结构
…
10.3.4 消息机制
0
消息首部 msgh 0
…
队列 i 队列 n
消息 缓冲区
m
消息首部
3 消息首部
msgh 3
消息 缓冲区
2 消息首部
msgh 2
消息 缓冲区
…
消息队列头表
消息 缓冲区
图 10-6 消息机制中的数据结构
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第十章 UNIX系统内核结构
10.3.5 共享存储区机制
B 正文 进 程 数据 区 表栈
a b c d e
系统区表
a b
c d
e
图 10-2 进程区表项、系统区表项和区的关系
6
第十章 UNIX系统内核结构
4、 本进程区表(Per Process Region Table)
本进程区表
系统区表
U区 a
b
进程表
c
a
b
c
图 10-3 进程的数据结构
7
第十章 UNIX系统内核结构
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第十章 UNIX系统内核结构
2、空闲盘块的组织
超级块表
109 106 103 100 95
211 208 205 202
310 307 304 301
409 406 403 400
图 10-22 空闲盘块的组织
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第十章 UNIX系统内核结构
10.6.5 文件表的管理
用户文件描述符表
A
第 一
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