设备管理第10章UNIX系统内核结构
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
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(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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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
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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。
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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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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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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
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
《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。
unix操作系统原理
unix操作系统原理Unix操作系统是一种强大的多用户、多任务分时操作系统。
其设计原理主要包括以下几个方面：1. 内核：Unix操作系统内核负责管理所有与硬件相关的功能。
内核包括直接控制硬件的各个模块，如进程管理、内存管理、文件系统等。
用户不能直接访问内核，但可以通过系统调用来与内核进行交互。
2. 常驻模块层：常驻模块层也称为系统库，提供了执行用户请求的服务例程。
这些服务包括输入/输出控制、文件/磁盘访问以及进程创建和终止等。
应用程序通过系统调用来访问这些服务。
3. 工具层：工具层是Unix的用户接口，包括常用的shell和其他命令。
这些工具作为单独的程序，是Unix系统软件的组成部分，但并非内核的一部分。
4. 虚拟计算机：Unix操作系统为每个用户提供一个执行环境，包括一个与用户进行交流的终端和共享的其他计算机资源，如CPU。
对于多用户操作系统，Unix视为一个虚拟计算机的集合。
每个用户都有一个自己的专用虚拟计算机，但CPU和其他硬件是共享的，因此虚拟计算机的性能可能会比真实计算机略低。
5. 进程：Unix操作系统通过进程向用户和程序分配资源。
每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID）和一组相关的资源。
进程可以在虚拟计算机环境中执行。
6. 内存管理：Unix操作系统采用虚拟内存技术，将磁盘上的虚拟内存映射到物理内存，实现了对内存资源的有效管理。
7. 文件系统：Unix操作系统采用树状目录结构来组织文件和目录，提供了高效、安全的文件访问机制。
8. 系统调用：Unix操作系统提供了一系列系统调用，使应用程序能够方便地访问内核提供的服务，如进程管理、文件操作等。
总之，Unix操作系统的原理主要包括内核、系统库、用户接口、虚拟计算机、进程、内存管理和文件系统等部分。
这些部分相互协作，实现了对计算机硬件资源的有效管理和高效运行。
操作系统教学大纲
《操作系统》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：《操作系统》总学时与学分：72学时 4学分课程性质：专业必修课授课对象：计算机科学与技术专业二、课程教学目标与任务操作系统原理是一门专业基础课程，是涉及考研等进一步进修的重要课程，是计算机体系中必不可少的组成部分。
本课程的目的和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，掌握操作系统的使用和一般的管理方法，从而为学生以后的学习和工作打下基础。
三、学时安排课程内容与学时分配表章节内容学时第一章操作系统引论5第二章进程管理12第三章处理机调度与死锁12第四章存储管理12第五章设备管理10第六章文件管理8第七章操作系统接口4第八章网络操作系统3第九章系统安全性3第十章UNIX操作系统3四、课程教学内容与基本要求第一章操作系统引论教学目标：通过本章的学习，使学生掌握操作系统的概念，操作系统的作用和发展过程，知道操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对计算机系统的首次扩充，是现代计算机系统必须配置的软件。
基本要求：掌握操作系统的目标和作用、发展过程、基本特征及主要功能；了解操作系统的结构设计本章重点：操作系统的概念、作用，操作系统的基本特征以及操作系统的主要功能。
本章难点：操作系统基本特征的理解，操作系统主要功能的体现。
教学方法：讲授与演示相结合1．操作系统的目标和作用：操作系统的目标、作用、推动操作系统发展的主要动力。
2. 操作系统的发展过程：无操作系统的计算机系统、批处理系统、分时系统、实时系统、微机操作系统的发展。
3．操作系统的基本特征：并发性和共享性、虚拟和异步性。
4. 操作系统的主要功能：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能。
5. OS结构设计。
第二章进程管理教学目标：通过本章的学习使学生了解在现代的操作系统中程序并不能独立运行，作为资源分配和独立运行的基本单位都是进程。
操作系统所具有的四大特征也都是基于进程而形成的，并可以从进程的观点来研究操作系统。
UNIX操作系统结构由哪几部分组成
UNIX操作系统结构由哪几部分组成UNIX操作系统结构由哪几部分组成UNIX的系统结构（1）UNIX系统分为核心层和实用层两部分（2）内核可按其功能划分为：存储管理，进程管理，进程通信，中断、陷阱与系统调用，输入输出管理，文件系统。
（3）所有用户进程通过陷阱方式调用内核提供的服务云计算之后的OA系统将会如何发展？云计算作为未来互联网、IT应用的标准模型，已经上升到国家战略的层面，各地政府纷纷出资构建云计算中心，而在应用为王的时代，OA即将成为云计算的核心应用，伴随着OA市场的需求刚性化，OA 即将进入云计算时代。
那么云计算之后的OA系统，对提高OA项目成功率，是否会有帮助呢?这要我们从云的模型去进行分析。
云概念的提出，其本质是资源的分布部署和协同应用，云计算落地要求后台处理能力、调动能力达到相当水平，要有足够成熟的应用模式，足够配合云端惊醒应用的能力，也就是说云的价值更多的是体现在后台处理能力上，因此与我们在调研中讲到的，影响OA成功率的原因关系并不是很大，也就是说，云计算后，OA项目成功率依然堪忧。
当然，云计算也分公有云和私有云两种模式。
鉴于安全需要和可管控性需要，未来OA主流模式应该向私有云靠拢。
早在4年前，九思软件已经在云技术上有了实质的储备和创新，比如在服务器资源、应用程序资源的`分布部署技术、负载均衡技术和多线程应用技术上的突破，使得OA系统可以支持大量用户数的、超大并发应用的应用场景。
其iThink产品在基于3G基础上的MAS应用、SAAS应用、云计算等各种新型信息化模式上具有良好的适应性。
私有云的典型客户案例，如焦煤集团作为资产1000亿、拥有17.6万员工的国资委一级集团公司，在部署大型应用的时候，采用的就是私有云技术，通过负载均衡保障系统在大并发、大信息量的情况下，性能依然稳定、访问速度快捷。
私有云是未来大集团应用OA的主要模式，公有云会成为中小企业应用OA的选择之一，长期来看，产业链的协同应用需求将会前景广阔。
课后练习题(问答题)
第一章操作系统引论1、设计现代 OS 的主要目标是什么？2、OS 的作用可表现在哪几个方面？3、试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么。
4、何谓脱机 I/O 和联机 I/O ？5、实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？6、为什么要引入实时操作系统？7、试在交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。
8、OS 有哪几大特征？其最基本的特征是什么？9、处理机管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？10、内存管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？11、设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？12、文件管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？13、是什么原因使操作系统具有异步性特征？14、何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？第二章进程管理1 程序并发执行，为什么会失去封闭性和可再现性？2 试画出下面四条语句的前趋图：S 1 ： a ： =x+y ；S 2 ： b ： =z+1 ；S 3 ： c ： =a-b ；S 4 ： w ： =c+1 ；3 为什么程序并发执行会产生间断性特征？4 在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响？5 试从动态性、并发性和独立性上比较进程和程序。
6 试说明 PCB 的作用，为什么说 PCB 是进程存在的惟一标志？7 试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
8 在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？9 试说明引起进程创建 / 撤消的主要事件。
10 在创建 / 撤消一个进程时所要完成的主要工作是什么？11 试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？12 进程在运行时，存在哪两种形式的制约？并举例说明之。
13 同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？14 如何利用信号量机制来实现多个进程对临界资源的互斥访问？并举例说明之。
15 在生产者 - 消费者问题中，如果缺少了 signal(full) 或 signal(empty) ，对执行结果将会有何影响？16 试利用记录型信号量写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的算法。
UNIX_Linux操作系统内核结构
1.3.1 文件系统
/
bin
usr
etc
home
tmp
dev
who
ls
bin
lib
rc
ttys
st
teach
tty0
hd02
admin
hwconf
liu
wang
chen
aa
dir2 save
UNIX文件系统树示例
UNIX文件系统的特征： 1、树状层次结构 树根、树枝、树叶、路径 2、对文件数据的一致对待 文件为有序无格式的字节流，逻辑意义由使用者解释 3、文件管理 建立、删除、修改、备份、移动、替换 存储空间的分配和释放 4、文件的访问和保护 索引节点（inode）、文件描述符(fd) 用户分组、权限划分 5、设备文件管理 统一各外部设备的访问模式
1.3.3 构件原语
“软件复用”和“模块组装”理念
程序内部： 简单功能划分；纯代码设计 程序外部： 使用构件原语进行功能重叠和组装 UNIX包含两种构件原语： ① 输入输出重定向 ② 管道
I/O重定向（I/O redirect）： 一个进程通常(default)打开三个文件： 标准输入文件（fd=0） 标准输出文件（fd=1） 标准错误输出文件（fd=2）
例如： grep grep grep grep
abc abc < file1 abc < file1 > file2 abc < file1 > file2 2> file3
管道（pipe）：
A进程的输出 B进程的输入
A进程将标准输出重新定向到管道中去； B进程将标准输入重新定向从管道中来。 例如： ps -e | grep student3 | wc -l 查看当前系统中与用户student3相关的进程有多少
UNIX操作系统介绍71绪言UNIX操作系统的结构
四、磁盘块的读写
1、读磁盘的方式
A、一般读方式：把磁盘中的信息读入缓冲区
B、提前（预先）读方式：在一个进程顺序地读一 个文件各盘块时，会预先看见下一个要读的盘块， 因此可以在读出指定盘块的同时，要求提前将下一 个盘块的信息读入缓冲区。
2、写磁盘的方式 A、一般写方式：把缓冲区的数据写入磁盘，调用 者进程因为等待写操作完成而进入睡眠状态，写操 作完成后释放缓冲区。
系统调用fork完成的功能： ⑴为子进程在proc结构表中分配一个空项 ⑵ 为子进程赋一个唯一的进程标识号pid
⑶ 复制一个父进程上下文的逻辑副本。(只复制 不共享的部分)
⑷增加与父进程相关联的有关文件系统的进程引 入计数。 ⑸对父进程返回子进程的进程标识号，对子进程 返回零。 当父进程使用fork()创建了子进程后，子进程就 继承了父进程的正文段，数据段和栈。子进程的 状态为创建态。
2、存储区分配策略：最先适应策略
3、存储区的分配与释放 三、现代UNIX操作系统的存储管理 1、管理方式：请求调页的存储管理 2、内存空间的管理 A、位示图 B、页的大小：512B-----4KB
C、所用的数据结构：
页表
一个进程的虚地址空间在逻辑上被分成三个区段：系 统区段(常驻内存)、进程控制区段、进程程序区段。 每个区段都有自己的虚拟地址空间，故每个区段都有 自己的页表。
C、所有空闲缓冲区通过指针形成一个空闲缓冲区队 列
D、缓冲区的分配和回收通过GETCF（）和PUTCF （）函数完成。
2、块设备缓冲区管理 A、组成 用于真正存放数据的缓冲区 用于管理的缓冲区控制块 B、分配和回收 它们二者一一 对应
C、UNIX块设备的缓冲区构成三个队列： 空闲缓冲区队列： UNIX将系统中的空闲缓冲区控制块用两个指 针构成双向链表，并对这个队列采用先进先出的管 理算法，当释放一个空闲缓冲区时，将它链入队列 尾，当申请一个缓冲区时，就从队列首摘下分配 。 输入/输出请求队列： 将对某一设备提出的I/O请求所对应的缓冲区 控制块用一个指针构成单向链表。UNIX对这个队 列采用先进先出的管理算法。服务完一个就把它从 队首摘下，然后再为下一个服务。
第十章 UNIX操作系统
低优先睡眠 进程等待的事件不那么紧迫，则进入低优睡 眠(或称等待)状态 状态 p_ stat设置为SWAIT 标志 p_ flag中的SLOAD=1(或=0) 在什么情况下，进程进入低优先睡眠状态？ 进程在用户态下运行，进行同步操作时， 优先数=90 进程等待低速字符设备I/O操作而睡眠， 优先数=10
2. 程序设计语言
shell具有程序设计语言的特点： 具有控制语句、循环语句、参数传递、变 量和字符替换等； 具有子程序调用及中断处理能力； 可以用shell语言写成一个shell过程，成为一 个命令程序。
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三. UNIX的系统调用
1. 有关进程管理的系统调用
fork exec wait exit brk sleep signal kill alarm pause nice ptrace 建立一个进程 执行一个文件 等待子进程 进程中止 改变用户数据区大小 等待一段时间 设置软中断处理程序 发送软中断 在指定时间后发送软中断 等待软中断 改变进程优先数计算结果 跟踪子进程
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5. 进程扩充控制块user结构的内容
struct user { int u_ rsav[2]； /* 保留现场保护区指针 */ char u_ segflg； /* 用户/核心空间标志 */ ┇ int u_ procp； /* proc结构地址 */ char *u_ base； /* 主存地址 */ char *u_ count； /* 传送字节数 */ char *u_ offset[2]； / * 文件读写位移*/ int *u_ cdir； / ** 当前目录i节点地址 */ char *u_ dirp； /* i节点当前指针 */ int u_ ofile[NOFILE]；/* 用户打开文件表，NOFILE=15 */ int u_ tsize； /* 正文段大小 */ int u_ dsize； /* 用户数据区大小 */ int u_ ssize； /* 用户栈大小 */ int u_ utime； /* 用户态执行时间 */ int u_ stime； /* 核心态执行时间 */ int u_ cutime； /* 子进程用户态执行时间 */ int u_ cstime； /* 子进程核心态执行时间 */ ┇ } u；
设备管理系统内核结构
设备管理系统内核结构1. 引言设备管理系统是一个为了管理和控制硬件设备的计算机软件系统。
该系统负责管理计算机系统中的所有设备，包括输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印机）以及存储设备（如硬盘、光盘）。
设备管理系统的内核结构是该系统中最核心的部分，它负责设备的初始化、驱动程序的加载和设备的管理。
2. 设备管理系统内核结构的组成设备管理系统内核结构由以下几个部分组成：2.1 设备初始化模块设备初始化模块负责在系统启动时对设备进行初始化。
该模块会遍历系统中的所有设备，并为每个设备分配资源，如内存，IO端口等。
设备初始化模块还负责加载设备的驱动程序，并将设备与对应的驱动程序进行关联。
2.2 设备驱动模块设备驱动模块是设备管理系统内核结构的核心组成部分。
它将设备的硬件接口抽象成统一的接口，使得上层应用程序可以通过统一的接口来访问不同类型的设备。
设备驱动模块负责向上层应用程序提供设备的操作接口，如读取设备数据、向设备写入数据等。
设备驱动模块还负责处理设备的中断、异常等事件，以及与设备相关的各种操作，如设备的打开、关闭、配置等。
2.3 设备管理器设备管理器是设备管理系统内核结构的另一个重要组成部分。
它负责管理系统中的所有设备，并提供对设备的高层次管理接口。
设备管理器可以通过设备驱动模块获取设备的状态信息，并对设备进行管理和控制。
设备管理器还负责设备的插拔检测和设备的热插拔操作。
2.4 设备文件系统设备文件系统是设备管理系统内核结构的一部分，它将设备抽象成文件的形式，使得应用程序可以通过文件系统的接口来访问设备。
设备文件系统允许应用程序通过文件操作的方式来读取和写入设备数据，从而提供了一种方便的方式来访问设备。
3. 设备管理系统内核结构的工作原理设备管理系统内核结构的工作原理如下：1.在系统启动时，设备初始化模块会对系统中的所有设备进行初始化。
它会遍历系统中的设备列表，并为每个设备分配资源，加载设备的驱动程序并进行关联。
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第十章 UNIX系统内核结构
(3) 设备驱动程序。UNIX系统把设备分成块设备(如磁盘、 磁带等)和字符设备(如打印机)两类。相应地，也把驱动程序 分成两类，文件子系统将在缓冲机制的支持下，与块设备的 驱动程序之间交互作用。
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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。
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第十章 UNIX系统内核结构
应当看到，虽然两种UNIX系统并存，但在他们之间并 不相互兼容，这对用户非常不利。因而，这无疑会影响到 UNIX对用户的吸引力，加之，随着Microsoft公司的迅速崛 起， 并以惊人的速度由传统的PC机市场向工作站和网络市 场扩张，迫使UI和OSF两大集团不得不相互让步、携手言和， 从而共同制定了应用程序接口API(Application Program Interface)标准技术规范，并联合开发共同开放软件环境 COSE(Common Open Software Enviroment)。
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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
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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
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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
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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
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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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第十章 UNIX系统内核结构