UNIX的缓冲区的管理机制
UNIX_Linux操作系统内核结构3章
如果某种类型的空闲缓冲区不够用时，核心也从其它空闲缓冲 区链表中取用空闲缓冲区。
10
6、缓冲区设置
当核心需有一个空闲缓冲区时，它根据要装入的数据类型，
每一个 hash 链表都是一个由链表头指向的双向循环链表， 查找某一个指定 hashno 值的缓冲区时，也是从相应的hash链表 的表头位置开始向表尾方向进行查找。
这 63 个 hash 链表就构成了数据缓冲区高速缓冲的缓冲池， 所有的缓冲区都存放在缓冲池中的某一个链表中。
缓
缓
缓
链
冲
冲
冲
表
区
区
区
头
1
唤醒正在等待“这个缓冲区变为空闲”这一事件的所有进程；
提高处理机执行级别以封锁中断；
if （缓冲区内容有效且缓冲区非“旧”）
将缓冲区送入空闲链表尾部；
else
将缓冲区送入空闲链表头部；
降低处理机执行级别以允许中断；
给缓冲区解锁；
}
20
3、读一个磁盘块 bread
由 getblk 算法申请一个可用的缓冲区 如果缓冲区中的内容有效，则直接返回该缓冲区 如果缓冲区中的内容无效，则启动磁盘去读所需的数据块 等待磁盘操作完成后返回
2
3
hash 链表的结构
缓 冲 区 n
12
Hash链表头 hashno=0 hashno=1
缓冲区 缓冲区
缓冲区 缓冲区
缓冲区 缓冲区
hashno=62 空闲链表头
【学习】第四章UNIX的设备管理
缓冲首部还包括设备号和块号，以分别指 出对应的文件系统和磁盘上的数据块号。必 须说明，在UNIX System V中，设备号并非物 理设备号，而是逻辑设备号，核心把每一个 文件系统看作一个逻辑设备。缓冲首部中的 状态字段用于指出对应缓冲区的当前状态， 用于表示缓冲区是否空闲、缓冲区是否为延 迟写、是否有进程正在等待该缓冲区变为空 闲、核心是否正在读或写该缓冲区等。缓冲 首部还包括两个空闲链表指针及两个散列队 列指针。前者分别指向空闲链表中的上一个 和下一个缓冲区首部；后者分别指向散列队 列中的上一个和下一个缓冲区首部。
28
4
64
17
5
97
blmno 2 mod 4
98
50
10
blmno 3 mod 4
3
编35辑课件
99
3 缓冲区的分配
核心调用getblk过程分配缓冲区。当要读磁盘 数据时，核心首先检查要读入的盘块内容是否已 在某个缓冲区中，若发现已在某个缓冲区中，便 不必再从磁盘上读入。仅当数据未在任何缓冲区 中时，核心才须从磁盘上将数据读入，这时才须 为其分配一空闲缓冲区。类似地，当要把数据写 入一特定盘块时，核心应先检查该块内容是否已 在某缓冲区中，仅当该块内容尚不在缓冲区中时， 才须调用getblk过程，分配一空缓冲区。获取空 闲缓冲区时应提供的输入参数是文件系统号和磁 盘块号。
getblk过程描述如下：
1 数据缓冲区及其首部
每一个数据缓冲区均由两部分组成：一部分是用 于存放数据本身的数据缓冲区，另一部分是缓冲控 制块，也称缓冲首部，用于存放缓冲区的管理信息。 两者一一对应，但缓冲首部与缓冲区在物理上并不 相连，只是在缓冲首部中用一个指向对应缓冲区的 指针，把两者联系起来(如下图所示)。
操作系统简答题1-3
第一章引言1．计算机系统由哪些部分组成？计算机系统是按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。
计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。
硬件系统是计算机系统赖以工作的实体；软件系统保证计算机系统按用户指定的要求协调地工作。
硬件系统主要由中央处理器（CPU）、主存储器、辅助存储器（磁带、磁盘等）以及各种输入输出设备（键盘、显示器、打印机等）组成；软件系统由各种程序和数据组成。
2．名词解释：操作系统。
操作系统，是计算机系统的一种系统软件，由它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。
操作系统既是一种资源管理程序，又是一种其他程序执行的控制程序，其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境。
3．操作系统管理计算机系统的哪些资源？操作系统管理的计算机系统资源包括两大类：硬件资源和软件资源。
计算机系统的硬件资源主要包括中央处理器（CPU）、主存储器、辅助存储器（磁带、磁盘等）以及各种输入输出设备（键盘、显示器、打印机等）；软件资源包括各种程序和数据。
4．操作系统怎样为用户提供良好的运行环境？操作系统是一种系统程序，其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境。
首先操作系统要使得计算机系统使用方便：操作系统为用户提供方便的使用接口，用户按需要输入命令或从提供的“菜单”中选择命令，操作系统按命令去控制程序的执行；用户也可以请求操作系统的功能模块为其服务，而不必了解硬件的特性。
其次操作系统要使得计算机系统能高效地工作：操作系统扩充硬件的功能，使硬件的功能发挥的更好；操作系统使用户合理共享资源，防止各用户间的相互干扰；操作系统以文件形式管理软件资源，保证信息的安全和快速存取。
5．操作系统怎样提高系统的效率？操作系统是一种系统程序，其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境。
配置操作系统可以使得计算机系统能高效地工作：操作系统扩充硬件的功能，使硬件的功能发挥的更好；操作系统使用户合理共享资源，防止各用户间的相互干扰；操作系统以文件形式管理软件资源，保证信息的安全和快速存取。
操作系统-缓冲区管理
操作系统-缓冲区管理操作系统缓冲区管理在计算机操作系统中，缓冲区管理是一个至关重要的组成部分。
它就像是一个默默工作的协调员，在提高系统性能、优化资源利用方面发挥着不可或缺的作用。
想象一下，你正在进行一场繁忙的文件传输操作。
数据源源不断地从一个地方流向另一个地方，如果没有缓冲区的存在，这个过程可能会变得异常混乱和低效。
缓冲区就像是一个临时的存储区域，它为数据的流动提供了一个缓冲的空间，使得数据的传输更加平稳和有序。
缓冲区管理的主要任务之一是解决设备之间速度不匹配的问题。
比如说，CPU 的处理速度通常要远远快于输入输出设备的速度。
如果没有缓冲区，CPU 可能会因为等待慢速设备而浪费大量的时间，导致整个系统的效率低下。
而缓冲区的存在可以让 CPU 在处理当前数据的同时，输入输出设备在缓冲区中准备后续的数据，从而实现了并行操作，大大提高了系统的性能。
缓冲区的类型多种多样，常见的有单缓冲区、双缓冲区和循环缓冲区。
单缓冲区是最简单的一种形式，只有一个缓冲区用于数据的存储和传输。
当数据被写入缓冲区时，必须等待缓冲区被清空后才能再次写入，这在一定程度上限制了数据传输的效率。
双缓冲区则在单缓冲区的基础上进行了改进，它有两个缓冲区。
一个用于数据的输入，另一个用于数据的输出。
这样，当一个缓冲区正在被使用时，另一个缓冲区可以准备新的数据，从而提高了数据处理的效率。
循环缓冲区则是一种更加灵活和高效的方式。
它将缓冲区看作一个环形的存储空间，当数据到达缓冲区的末尾时，会自动回到开头继续存储。
这种方式可以有效地利用缓冲区的空间，避免了数据的覆盖和丢失。
在缓冲区管理中，还有一个重要的概念是缓冲区的置换策略。
当缓冲区已满，而新的数据需要进入时，就需要选择一个合适的缓冲区中的数据进行置换。
常见的置换策略有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最不经常使用（LFU）等。
FIFO 策略就像是排队买东西，先进入队列的先处理。
这种策略实现简单，但可能会导致一些刚刚进入缓冲区但还未被使用的数据被置换出去，从而降低了系统的性能。
国家开放大学《操作系统》形考任务(单项选择题)参考答案
国家开放大学《操作系统》形考任务（单项选择题）参考答案（为方便查找，已按字母排序）A1.按文件用途来分，编译程序是（C. 系统文件）。
2.按照所起的作用和需要的运行环境，操作系统属于（B. 系统软件）。
3.按照作业到达的先后次序调度作业，排队等待时间最长的作业被优先调度，这是指（B. 先来先服务法）调度算法。
B1.把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作（D. 重定位）。
C1.CPU处理数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用（C. 缓冲技术）。
2.CPU启动通道后，设备的控制工作由（C. 通道独立执行预先编好的通道程序来控制）。
3.采用SPOOLing技术的目的是（D. 提高独占设备的利用率）。
4.操作系统的基本职能是（D. 控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行）。
5.操作系统对缓冲区的管理属于（A. 设备管理）的功能。
6.操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口是（D. 系统调用）。
7.操作系统是通过（A. 按名存取）来对文件进行编辑、修改、维护和检索。
8.操作系统中必不可少的调度是（B. 进程调度）。
9.从系统的角度出发，希望批处理控制方式下进入输入井的作业（D. 平均周转时间）尽可能小。
10.存储管理中，页面抖动是指（A. 被调出的页面又立刻被调入所形成的频繁调入调出现象）。
D1.当前目录是/usr/meng，其下属文件prog/file.c的绝对路径名是（D. /usr/meng/prog/file.c）。
2.当硬件中断装置发现有事件发生，就会中断正在占用CPU的程序执行，让操作系统的（C. 中断处理程序）占用CPU。
3.动态分区分配按照进程的需求量分配内存分区，所以（A. 分区的长度不是预先固定的，分区的个数是不确定的）。
4.动态重定位是在程序（C. 执行）期间，每次访问内存之前进行重定位。
F1.放在输入井中的作业处于（B. 后备）状态。
2.分区管理要求对每一个进程都分配（D. 地址连续）的内存单元。
第8章：unix操作系统
第八章一. 单项选择题1. UNIX是当今世界上广为使用的_________.A. 小型计算机操作系统B. 多用户多任务操作系统C. 大型计算机操作系统D. 实时多任务操作系统2. UNIX是____操作系统.A. 分时B. 批处理C. 单道D. 实时3. UNIX操作系统的SHELL是负责_____的模块.A. 解释并执行来自终端的命令B. 解释并执行来自终端的内部命令C. 解释并执行来自终端的外部命令D. 进行功能调用4. 在UNIX系统中,用户通过____读取磁盘文件中的数据.A. 作业申请表B. 原语C. 系统调用D. 软中断5. UNIX System V的调度原理其于_____.A. 先来先服务B. 短作业优先C. 时间片轮转D. 时间片+优先级6. UNIX System V的存储管理策略基于_____.A. 单一连续分配B. 固定式分区分配C. 可变式分区分配D. 请求分页7. 在UNIX System V中,系统向用户提供的用于创建新进程的系统调用是____.A. readB. forkC. pipeD. exit8. 当进行中断处理和系统调用时,都将涉及到进程上下文的保存和恢复,此时系统所保存和恢复的是_____的上下文.A. 系统进程B. 同一个进程C. 不同的进程D. 其他进程9. 所谓管道是指能连接某些读进程和写进程的、专门用于进程通信的共享文件.它允许读/写进程按____的方式传送数据.A. 后进先出B. 先进先出C. 任意10. UNLX操作系统的文件系统是_____.A. 一级目录结构B. 二级目录结构C. 分级树形结构D. 链表结构11. 下列4个操作系统中,是分时系统的是_____.A. CP/MB. MS-DOSC. UNLXD. UCDOS12. 下列4个操作系统中,_______没有多道程序设计的特点.A. OS/2B. MS-DOSC. UNLXD. Windows NT13. 下列4个操作系统中,_____具有多道程序设计的特点,但不是分时系统.A. OS/2B. Windows 3.1C. UNLXD. Windows NT14. UNIX操作系统中使用全屏幕编辑的命令是______.A. viB. editC. edlinD. ed15. UNIX把外部设备当作特殊的文件,它们都放在一级目录______中.A. /includeB. /binC. /libD. /dev16. 用ls命令以长格式列目录信息时,若某一文件的特征在文件列表中按如下顺序显示在屏幕上:8234 drwxrw-r- 2user gk 3564 COT 1999 /user/asd.h则同组人的访问权限是____.A. 读和执行B. 读或执行C. 写和执行D. 读和写17. UNIX系统中,把输入/输出设备看作是_____.A. 普通文件B. 特殊文件C. 索引文件D. 目录文件18. UNIX系统中,_____用于把一个进程的输出连接到另一进程的输入.A. 普通文件B. 特殊文件C. 目录文件D. 管道文件19. 在UNIX中文件可分为三类:_____、______和_______.A. 系统文件B. 普通文件C. 数据文件D. 目录文件E. 特殊文件F. 临时文件20. 在UNIX系统的多用户环境下,各个用户都是通过口令在各自的注册账号下行使自己的系统权限.系统对每个文件实行了____三级保护和______三种权限,从而大大加强了文件的保密性和安全性.A. 文件的系统、隐含及私有B. 文件的所有者、同组用户及其他人C. 读、写及执行D. 读、写、执行及拷贝21. UNIX中显示文件内容用_____命令.A. typeB. catC. dirD. more22. 指出下列左边的命令与右边所列的哪个功能相匹配.(1)who (______)(2)passwd (______)(3)date (______)(4)cal (_______)(5)su (_______)A. 显示日期B. 显示日历C. 使自己成为特权用户D. 显示哪些用户在使用系统E. 修改口令23. 下列命令执行的结果是(以字母形式):(1)chmod 755 file1 (____)(2)chmod 664 file2 (_____)(3)chmod 700 file3 (_____)(4)chmod 644 file4 (_____)A. rwxr-xr-xB. rw-rw-r-C. rwx-----D. rw-r-r-24. 下列功能和右边哪个命令相匹配.(1)改变工作目录(______)(2)建立目录(______)(3)删除目录(______)(4)列目录(______)(5)复制(______)(6)显于当前的工作目录(______)(7)目录改名或移动目录(______)A. pwdB. mvC. cpD. cdE. mkdirF. rmdirG. ls25. 假设当前目录为HOME目录,选择命令完成下列操作.(1)列出该目录中所有文件和目录(______)(2)读名为file2的文件(_____)(3)建立file2的一个副本,名为file5 (______)](4)建立一个子目录D2 (____________)(5)转到子目录D2 (______)(6)把file2移到D2 (_____)(7)列出HOME中的所有文件夹(_______)(8)建立与D2同级的子目录D3 (______)(9)在D3中为file2建立一个链接,名为file4 (_______)(10)删除子目录D3 (_____)A. rm*;cd..;rmdir D3B. cd D3;ln;;/D2/file2 file4C. cd..;mkdir D3D. ls-la;;/*E. mv../file2F. cd D2G. mkdir D2H. cp file2 file5I. cat file2或more file2J. ls-la26. 下列关于UNIX的叙述中,______是不正确的.A. UNIX是一个多道的分时操作系统B. PIPE机制是UNIX贡献之一C. 提供可动态装卸的文件卷是UNIX的特色之一D. 路径名是UNIX独有的实现文件共享的机制单项选择题答案******************************************一. 单项选择题1. B2. A3. A4. C5. D6. D7. B8. B9. B10. C11. C12. B13. B14. A15. D16. D17. B18. D19. B D E20. B C21. B22. E F A B C23. A B C D24. D E F G C A B25. J I H G F E D C B A26. D填空题1．UNIX系统为用户提供了面向操作的接口___和面向___的接口____.2．在UNIX System V中,将PCB分成进程表项和U区.除进程表项和U区外,管理进程的数据结构还有_____和___.3．UNIX把执行状态分为两种:一种是_____执行;另一种是核心态执行.4．软中断信号是一种实现______的实施,用于同志对方发生了异常事件.5．在UNIX系统中,为实现请求调页,核心配置了四种数据结构:_____、______、_______和_______.6．在UNIX系统中有两种读方式:一般读方式和______方式. 7．UNIX系统中的每个目录项由______及其相应的_____组成.8．用户在第一次访问任何文件之前,都必须先使用系统调用______来打开指定文件,然后才能对该文件执行读,写和修改等操作.9．在UNIX系统中,键盘,中断,打印机等以_____为单位组织和处理信息的设备称为_____;而磁盘,磁带等以_____为单位组织和处理信息的设备称为________10．. .通往一个文件的路径数目称为此文件的_____.11．用户当前目录下有一子目录temp,在该子目录下有文件test.c 和clock,给出完成以下操作的命令_____,______,_______,______.(1).用MV命令将test.c文件更名为同一目录下的para.c(2). 用MV命令将test.c文件更名为当前目录下的para.c(3).用cp命令完成(1)的操作(4).用cp命令完成(2)的操作12.一个UNIX系统中文件目录如图8.24所示,设当前目录是根目录,给出删除liu的manu子目录的两个命令______,_______.图8.24 一个UNIX系统中文件目录13.一个UNIX系统中文件目录如图8.25所示,设工作目录是u1,给出实现以下功能的UNIX命令________,_________,_______.(1) 显示test.txt文件的内容(2) 在当前目录中查找名为test.txt的文件(3) 将test.txt文件拷贝到temp子目录下,命名为temp1图8.25 一个UNIX系统中文件目录14.缓冲区可分为_____,______,______和______.15.一个进程只有在获得_____,_____和所需设备三者之后,才具备进行______的物质条件.填空题答案****************************1.Shell 程序系统调用2．本进程区表系统区表3．用户态4．进程间简单通信5.页表磁盘块描述表页面数据表对换使用表6.提前读7.文件名索引接点号8.open9.字符字符设备块块设备10.联结计数11. 1)$cd temp$mv test.c para.c2)$cd..$mv temp/test.c para.c3) $cd temp$cp test.c para.c$rm test.c4) $cd.$cp temp/test.c para.c$rm temp/test.c12.1)$cd/usr/liu/manu$rm chap1 chap2$cd..$rmdir manu2) $rm-r manu13.1)$cd text$cat test.txt2)$ find -name test.txt3)$cp test.txt/usr/u1/temp/temp114.单缓冲区双缓冲区多缓冲区缓冲池15.通道控制块I/O操作解析题8 *****************************************1 试利用UNIX 的进程状态说明一个进程在其生命周期内的变化过程.解一个进程从被创建开始到被释放为止的整个生命周期内的变化过程.状态之间的转化有些是通过系统原语或核心函数完成(如唤醒或调度等),有些则由外部事件的发生而导致状态转换(如陷入或中断).下面我们参照图8.2讨论一个进程可能的状态变迁过程,其中的事件说明了各种可能的转换原因,但进程不一定总是要经历这些事件.首先,当父进程执行调用FORK时,被创建进程进入创建状态(图中状态1).当被创建进程处于该状态时,核心为该进程分配U 区以及必要的内存工作集.内存管理分配程序如果能为该进程分配足够的内存,则进程状态发生,由创建状态变为内存中的就绪状态(图中状态2) .此时，由于该进程一分得存放U 区.各种页表和堆栈以及部分正文段和数据段等的内存空间,因此，该进程可以经调度选中后占有CPU.如果内存分配程序不能为该进程分配足够的内存,则该进程的进程上下文被存放到外存交换区中,进程由创建状态变为就绪且换出状态(图中状态3).如果进程处于就绪且换出状态,则只有在交换程序将进程上下文换入内存成为状态2(内存中就绪)之后,才有可能被调度执行.当进程进入内存中就绪状态后,进程调度程序将会在适当时机选择该进程去执行.折实,该进程在核心态下执行(图中状态4) ,以装配该进程的进程上下文.在这个状态下,该进程完成它的FORK 部分的工作.当进程完成FORK 系统调用后,它可能返回用户态下执行用户程序,这时该进程进入状态5, 即用户态下执行状态.另外,UNIX System V 调度策略规定,在进程完成系统调用后返回用户态之前,若此时有优先级高于当前进程的进程存在,则系统将调度优先级高的进程去占据处理机,从而使当前运行进程进入状态8(被剥夺状态).进程进入被剥夺状态后,所出的状态与内存中就绪状态相同,几要等到再一次进程调度时才能返回用户态执行.当进程处于用户态执行时,拥护程序中由于使用系统调用或输入/输出数据等而发生陷入或中断.这样,进程又进入状态4而变为在核心态执行.进程在核心态执行时,因为等待谋事件发生,如等待输入/输出完成等,调用SLEEP原语进入内存中睡眠状态(图中状态6).处于内存中睡眠状态的进程因为内存的限制,将在睡眠一段时间后被交换程序换出内存而进入睡眠且换出状态(图中状态7),知道时间发生后被唤醒原语唤醒而进入状态3,即就绪且换出状态.当进程完成时,将士用系统调用EXIT,从而似的进程进入僵死状态.2.(中国科学技术大学1996年试题)在UNIX System V 中，当一贯进程所访问的一页既不在内存又不在文件系统中时,该页面可能在什么地方?存储管理模块是如何把它调入内存的?解:在UNIX System V 中,一个进程所访问的页面或者正在内存中,或者在文件系统中,或者在对换设备上.因此,当一个进程所访问的一页既不在内存又不在文件系统中时,改页面可能在对换设备上.此时有核心调用有效性错误处理程序加以处理.当所缺页面在对换设备上但不在内存时,则说明该页曾一度在内存中,但已被偷页进程换出.为从对换设备上调入该页面,核心从磁盘块描述项中找到存放该页面的对换设备和块号,然后为缺页分配一内存页,修改此进程的相应页表项,使之指向该内存页,并将页面数据表放入相应散列队列中,再把该页从对换设备上调入内存.3.(中国科学技术大学1998年试题)在UNIX System V K ,如果一个盘块的大小为 1 KB,每个盘块号4个字节,那么,一个进程要访部偏移量为263168字节处的数据时,需要经过几次间接?解:偏移量度263168的逻辑性块号为:363168/1024=257块内偏移量为:263168-1024 *257=0因为10 <257 <266,所以偏听偏信移地址263168的块号在一次间接块内,故一个进程要访问偏移量为263168 字节处的数据时,只需要经过一次间接.4.在UNIX 系统中运行下面程序,最多可产生多少个进程?画出进程家族树.MAIN(){fork();fork();fork();}分析:系统调用fork的功能是一个创建新进程,新进程运行与其创建者一样的程序,新创建的进程称为子进程,调用fork的进程成为父进程,父子进程都从fork调用后的那条语句开始执行.当程序执行时,若所有进程都能成功地执行系统调用fork ,则会产生最多数目的进程.为了描述方便,将开始执行的进程称为 A 进程,此时程序PC 指向第一个fork 调用.main(){fork();fork(); /* PC, 进程A*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程B*/fork();}当进程 A. B 成功地执行完第二个fork 调用时,它们分别创建了一个子进程,将这些子进程分别成为进程C .D .此时,进程A . B .C .D 的程序计数器PC指向第三个fork 调用,进程A 派生了3个子孙进程. main(){fork();fork(); /* PC, 进程A*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程B*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程C*/fork();}main(){fork();fork();}当进程A . B .C .D 成功地执行完第三个fork 调用时,它们分别创建了一个子进程,将这些子进程分别称为进程E.F.G.H .此时,进程A . B .C .D.E.F.G.H 的程序计数器PC 指向程序结束处,进程A 派生了7个子孙进程.main(){fork();fork(); /* PC, 进程A*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程B*/fork();}main(){fork();fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程D*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程E*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程F*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程G*/fork();}main(){fork();fork(); /* PC, 进程H*/fork();}进程家族树是一棵有向树,有向树的节点代表进程,由进程P 指向Q 的边表示由进程P创建了进程Q .我们称进程P是进程Q的父进程,进程Q 是进程P的子进程,这样便形成了进程树.解:从上面的分析过程可以看出,执行第一个fork 调用时,进程 A 创建了进程B;执行第二个fork 调用时,进程A 创建了进程C,进程B 创建了进程D;执行第一个fork 调用时,进程A 创建了进程E,进程B 创建了进程F,进程C 创建了进程G,进程D 创建了进程H.因此,在UNIX 系统中运行题目中的程序,最多可产生7 个进程,其进程家族树如图8.26 所示.5.UNIX 采用一般写.异步写和延迟写三种方式将缓冲中的内容写回磁盘。
Unix文件
空闲buf队列： Buf1
Buf2
Bufn
NODEV设备buf队列：
b_back
Buf1
Buf2
Bufn
读操作
所谓读操作就是将所需的字符块从指定 的设备上读入缓冲区，并传送到用户指 定的内存区 若该字符块已被读到某个缓冲区中，则 不需对物理设备进行读操作，只是将这 个缓区的信息传到指定的内存区。
安装文件系统要用到Mount命令。 文件系统的拆卸用Umount命令。
3 UNIX文件系统的索引结构
在 UNIX 索引节点中，有一个 di_addr[40] 数组， 这个数组就是一个索引表。 在这个40个字节的数组中，只用了39个字节， 分为13组（项），每项3个字节，记录一个块号， 所以一个文件系统的数据区最多有2^24个块。 设计为40个字节是为了让索引节点的大小刚好 为 64 字节，那么，一个块就能放整数个索引节 点。
块较大时，磁盘与内存之间的传输效率 将会提高。因为每寻道一次可以读取几 个扇区，从而减少寻道时间。但块较大 时，可能造成浪费。有人做过统计，当 块大小为4K时，一个实用的系统中存储 空间浪费可达45%。后来Berkeley把文 件后面的那些零头数据集中起来用某些 磁盘块存放，以减少零头造成的浪费， 实践证明，这种方法很有效。
2.4 数据区
引导块、超级块、索引节点表都是文件 系统用于管理的数据，文件的实际数据 都存放在数据区。 还有另外的一些管理用数据也放在数据 区，如文件目录表，文件索引表中的一 次、二次、三次间接块等。
在一个文件系统中，有两个参数非常关键：索 引节点表的大小、块的大小。 索引节点表的大小决定了整个文件能创建的文 件数目，因为索引节点表的每一个表目唯一地 对应一个文件。索引节点表过小，文件系统只 能创建有限的文件，可能导致数据区大量磁盘 块的浪费；而索引节点表过大，可能造成索引 节点表本身的浪费。
缓冲区管理制度
缓冲区管理制度一、引言随着信息技术的迅猛发展，网络应用越来越广泛，数据量也越来越庞大。
为了提高数据传输的效率和稳定性，缓冲区管理成为了至关重要的一环。
缓冲区是计算机内存中用作数据临时存储的区域，它在数据传输过程中起到了缓冲和优化数据流的作用。
缓冲区管理制度的实施可以有效地提高系统的性能和稳定性，保证数据传输的顺利进行。
本文将探讨缓冲区管理制度的重要性、原则和实施步骤，以及常见的缓冲区管理技术。
二、缓冲区管理制度的重要性1. 提高系统性能缓冲区管理的目的是提高数据传输的效率和速度，减少数据传输的延迟。
通过合理设置缓冲区的大小和调度策略，可以充分利用系统资源，减少数据的等待时间，提高系统的响应速度和效率。
2. 保证数据的完整性缓冲区管理可以避免数据传输时出现的丢包或者错误处理问题，保证数据的完整性和正确性。
在数据传输的过程中，缓冲区可以暂时存储数据，等待数据的接收端就绪后再进行传输，从而确保数据的安全传输。
3. 防止数据拥堵在高并发情况下，数据传输频繁，如果没有合理管理缓冲区，很容易导致数据拥堵或者死锁现象。
通过缓冲区管理制度的实施，可以有效地避免数据拥堵现象，保证数据传输的畅通无阻。
4. 提高系统稳定性缓冲区管理可以提高系统的稳定性和可靠性，避免系统因为数据传输问题导致的崩溃或者故障。
通过合理管理和调度缓冲区，可以减少系统的崩溃和故障风险，保证系统的稳定运行。
三、缓冲区管理制度的原则1. 合理设置缓冲区大小缓冲区大小应根据系统的实际情况来设置，既要考虑系统的性能和资源利用率，又要考虑数据传输的实时性和稳定性。
设置过大的缓冲区会占用过多的系统资源，设置过小的缓冲区又会导致数据传输延迟，影响系统的性能。
2. 度量数据传输负载根据数据传输的负载情况和流量大小，灵活调整缓冲区的大小和调度策略。
在高负载情况下，可以适当增加缓冲区的大小，以提高数据传输的效率和速度；在低负载情况下，可以适当减少缓冲区的大小，以节省系统资源。
UNIX内核-内存管理机制
段的增长
当你希望从包围在中间的内存段（segment)中提高内存容（swapping)。交换概念的实质在于允许在系统中同时运行比内存实际能容纳的更多的进程。这包括另外设置交换区（通常在磁盘上）作为内存的溢出区。当需要启动一个新的进程而内存中由没有足够的空间允许这样做时，将调用交换程序，它将选择内存中的一个或者几个新进程将它们写到交换区中，留出内存空间供新的进程装入和运行。当进程运行一段时间后，一些进程因等待输入/输出而挂起。另一些进程将结束，这就给交换出去的进程调回内存的机会（也可能将其他进程交换出去作为代价,使它们能继续执行下去。
本页允许读、写还是只允许读访问？
本页是用户进程访问页，还是管理进程访问页？
是否对任何页内地址进行了读或写访问？
是否对任何页内地址进行了写操作？
本页在内存中还是在磁盘上？
Unix网络编程-端口号及缓冲区限制
TCP端口号多个进程可能同时使用TCP、UDP传输层协议来进行数据传输，传输层怎样知道要送给哪个进程呢？端口号由此产生，用来标识这些进程。
通常服务端，TCP、UDP会使用众所周知的端口来标识服务，举例来说，支持FTP的任何TCP/IP实现都是把21这个众所周知的端口分配给FTP服务。
分配给简化文件传输协议TFTP的是UDP端口号69。
通常客户端，使用短期存活的临时端口。
这些端口通常由传输层协议自动赋予客户端。
客户端通常不关心其临时端口的具体值，而只需该端口在此主机中是唯一的就性。
传输协议的代码确保这种唯一性。
端口号被划分为一下3段。
1）众所周知的端口为0 ~1023。
这些端口由**分配和控制。
可能的话，相同端口号就分配给TCP、UDP、和SCTP的同一给定服务。
例如，不论TCP还是UDP端口号80都被赋予web服务器2）已登记的端口为1024 ~49151。
这些端口不受**控制，不过由**登记并提供他们的使用情况清单，以方便整个群体。
可能的话，相同端口号也分配给TCP和UDP的同一给定服务。
3）49152 ~ 65535是动态的或私用的端口。
IANA不管这些端口。
他们就是我们所称的临时端口。
上图展示了端口号的划分情况和常见的分配情况。
a）Unix系统有保留端口的概念（reserved port）的概念，指的是小于1024的任何端口。
这些端口只能赋予特权用户进程的套接字。
所有IANA众所周知的端口都是保留端口，分配使用这些端口的服务器必须以超级用户特权启动。
b）由于历史原因，源自Berkeley的实现曾在1024~5000范围内分配临时端口。
这在20世纪80年代初期是可行的，但是如今很容易找到一个在任何给定世纪内同时支持多于3977个连接的主机。
于是许多较新的系统从另外的范围分配临时端口以提供更多的临时端口，他们或者使用由IANA定义的临时端口范围，或者使用一个更大的其他范围。
(如上图的solaris)。
Unix系统的缓冲区溢出防御体系(上)
栈溢出(stack smashing)未检查输入缓冲区长度，导致数组越界，覆盖栈中局部变量空间之上的栈桢指针%ebp 以及函数返回地址retaddr，当函数返回执行ret指令时，retaddr从栈中弹出，作为下一条指令的地址赋给%eip寄存器，继而改变原程序的执行流程指向我们的shellcode.堆溢出(malloc/free heap corruption)一种是和传统的栈溢出一样，当输入超出malloc()预先分配的空间大小，就会覆盖掉这段空间之后的一段存储区域，如果该存储区域有一个重要的变量比如euid，那么我就可以用它来攻击。
另一种是典型的double-free堆腐败，在内存回收操作中，合并相邻空闲块重新插入双向链表时会有一个写4字节内存的操作，如果弱点程序由于编程错误free()一个不存在的块，我们就可以精心伪造这个块，从而覆盖任何我们想要的值：函数的返回地址、库函数的plt地址等。
格式化字符窜漏洞(format string vulnerability)如果格式窜由用户定制，攻击者就可以任意伪造格式窜，利用*printf()系列函数的特性就可以窥探堆栈空间的内容，超常输入可以引发传统的缓冲区溢出，或是用“%n”覆盖指针、返回地址等。
整形变量溢出(integer variable overflow)利用整数的范围、符号等问题触发安全漏洞，大多数整形溢出不能直接利用，但如果该整形变量决定内存分配等操作，我们就有可能间接利用该漏洞。
其他的攻击手法(others)只能算是手法，不能算是一种单独的类别。
利用ELF文件格式的特性如：覆盖。
plt(过程连接表)、。
dtor(析构函数指针)、。
got(全局偏移表)、return-to-libc(返回库函数)等的方式进行攻击。
一、编译保护技术Stackguard因为缓冲区溢出的通常都会改写函数返回地址，stackguard是个编译器补丁，它产生一个"canary"值(一个单字)放到返回地址的前面，如果当函数返回时，发现这个canary的值被改变了，就证明可能有人正在试图进行缓冲区溢出攻击，程序会立刻响应，发送一条入侵警告消息给syslogd，然后终止进程。
Unix系统的缓冲区溢出防御体系(下)
Unix下的缓冲区溢出防御分析如下：一、数据段不可执行kNoXLinux内核补丁，功能：数据段的页不可执行，撤销共享内存，加强对execve系统调用的限制，对文件描述符0、1、2的特殊处理，/proc目录的限制，FIFO限制，符号链接限制，该补丁只支2.2内核。
RSXLinux内核模块，数据段(stack、heap)不可执行。
Exec shieldExec-shield从内核态显示的跟踪一个应用程序所包含的可执行映像的最大虚拟地址，动态的维护这个“可执行虚拟地址的最大值”称为“可执行限界”，每次发生进程切换的时候调度进程就会用这个值更新代码段描述符写入GDT，exec-shield动态的跟踪每个应用程序，所以每个程序运行时都有不同的“可执行限界”，因为可执行限界通常是个很低的虚拟地址，所以除了stack以外mmap()映射的区域以及malloc()分配的空间都处在可执行限界之上，因此都是不可执行的。
当然Exec-shield无法防御跳转到低16M地址空间和return-to-libc的攻击，不过还是能阻止绝大多数把shellcode安置在数据段的攻击。
二、增强的缓冲区溢出保护及内核MACOpenBSD security featureOpenBSD和Hardened Gentoo、Adamantix、SELinux都是属于默认安全等级非常高的操作系统。
OpenBSD经过代码审计，漏洞非常少。
同样他具有很多安全特性：使用strlcpy()和strlcat()函数替换原有的危险函数内存保护：W^X、只读数据段、页保护、mmap()随机映射、malloc()随机映射、atexit()及stdio保护、特权分离特权回收BSD chroot jail其他的很多特性其中W^X有不少内容：stack、mmap随机映射，只读GOT/PLT/.ctor/.dtor等。
虽然理论上OpenBSD无法阻止所有类型的攻击，但已经阻断了不少攻击手法。
UNIX系统(一)进程管理
区的类型和大小 区的状态 区在物理存储器中的位置 引用计数 指向文件索引结点的指针
P324
本进程区表： 本进程区表： 系统为每个 进程配置一张。 进程配置一张。
区的起始虚地址 指向系统区表中对应的区 表项的指针 P325
核心通过查找进程区表和系统区表， 核心通过查找进程区表和系统区表，将区的逻辑 地址变为物理地址。 地址变为物理地址。这里使用两张表来实现地址映 是为了实现对区的共享。 射，是为了实现对区的共享。
fork系统调用的格式是： 系统调用的格式是： 系统调用的格式是 int fork() 核心为fork完成下列操作： 完成下列操作： 核心为 完成下列操作 1) 为新进程分配一进程表项和进程标识符 2) 检查同时运行的进程数目 3) 拷贝进程表项中的数据 4) 子进程继承父进程的所有文件 5) 为子进程创建进程上下文 6) 子进程执行 P327
消息队列头表 其每一表项作为一个消息队列的头结点。 其每一表项作为一个消息队列的头结点。 它包括如下内容： 它包括如下内容： 指向消息队列的队首及队尾的指针 队列中消息的数目 队列中消息数据的总字节数等
五、UNIX进程通信 进程通信 UNIX进程的同步和通信有多种方式： 进程的同步和通信有多种方式： 进程的同步和通信有多种方式 Sleep和wakeup同步工具 和 同步工具 信号(signals)机制 信号 机制 管道(pipes)机制 管道 机制 消息队列机制 共享存储器机制 信号量集机制
Sleep和wakeup同步工具 1. Sleep和wakeup同步工具 Sleep过程 过程——进程睡眠 进程睡眠 过程 Wakeup过程 过程——进程唤醒 过程 进程唤醒
对信号的处理： 对信号的处理： 正在执行的进程每隔一定时间就要检查有无软中 断信号到达。 断信号到达。 若有，则按预置的处理方式进行处理。 若有，则按预置的处理方式进行处理。 当处理方式值为1时 当处理方式值为 时，进程不做任何处理便立即 返回； 返回； 当处理方式值为0时 进程自我终止； 当处理方式值为 时，进程自我终止； 当其值为非0非 整数时 整数时， 当其值为非 非l整数时，系统从核心态转为用 户态的软中断处理程序(因为该程序是用户程序 因为该程序是用户程序， 户态的软中断处理程序 因为该程序是用户程序， 故应运行在用户态)，处理完毕后，再返回到用 故应运行在用户态 ，处理完毕后， 户程序的断点。 户程序的断点。
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。
国开电大 操作系统 形考作业1-3答案
形考作业一题目随机，请使用Ctrl+F组合键查找题目题目：按照所起的作用和需要的运行环境，操作系统属于（）。
题目：UNIX操作系统核心层的实现结构设计采用的是（）。
题目：UNIX命令的一般格式是（）。
[选项] [参数]题目：操作系统的基本职能是（）题目：操作系统对缓冲区的管理属于（）的功能。
题目：操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口是（）。
题目：工业过程控制系统中运行的操作系统最好是（）。
题目：进程从运行状态变为阻塞状态的原因是（）。
题目：进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构，一个进程（题目：进程与程序之间有密切联系，但又是不同的概念。
题目：两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来信息，或者建立某个条件后再向前执行，这种关系是进程间的（）关系。
题目：两个进程争夺同一个资源（）。
题目：某进程由于需要从磁盘上读入数据而处于阻塞状态。
题目：批处理系统的主要缺点是（）。
题目：如果信号量S的值是0 , 此时进程A执行P（S）操作，那么，进程A会（）。
CPU题目：若P、V操作的信号量S初值为2，当前值为-1，则表示有（）个等待进程。
题目：实时操作系统追求的目标是（）。
题目：死锁的四个必要条件中，无法破坏的是（）。
题目：为了描述进程的动态变化过程，采用了一个与进程相联系的（），根据它而感知进程的存在。
题目：为了使系统中所有的用户都能得到及时的响应，该操作系统应该是（）。
题目：为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。
题目：系统出现死锁的原因是（）。
题目：系统调用是由操作系统提供的内部调用，它（）。
题目：下列关于进程和线程的叙述中，正确的是（）。
题目：下列关于引入线程的好处的描述中，不正确的是（）。
题目：下列进程状态的转换中，不正确的是（）。
题目：下列系统中，属于实时系统的是（）。
题目：下面不属于分时系统特征的是（）。
题目：现代操作系统的基本特征是（）、资源共享和操作的异步性。
unix磁盘分区的空闲分区管理策略
在Unix和类Unix操作系统中，磁盘分区的空闲分区管理策略通常是由文件系统和磁盘管理工具来处理的。
以下是一些常见的空闲分区管理策略：1. **文件系统的空闲块管理**：- 大多数Unix系统使用的文件系统，如Ext4、XFS、ZFS等，都有自己的空闲块管理策略。
这些文件系统会跟踪哪些块是空闲的，并确保在需要时将数据写入这些块。
- 文件系统通常使用位图、空闲块链表或其他数据结构来管理空闲块，以便快速查找和分配。
2. **磁盘分区表**：- Unix系统通常使用分区表来跟踪整个磁盘上的分区信息，包括哪些分区是空闲的。
- 分区表中的每个分区都有一个状态，可以是已分配、空闲或损坏。
管理工具会根据这些状态来管理分区。
3. **磁盘空间分配策略**：- 磁盘管理工具负责根据需要分配或释放磁盘块。
它们会考虑各种因素，如磁盘碎片、文件大小、文件系统的剩余空间等。
- 常见的空闲分区管理策略包括首次适应、最佳适应和最坏适应。
这些策略决定了在哪里分配新数据以及如何回收已删除数据的空间。
4. **定期磁盘维护**：- Unix系统通常会定期运行磁盘维护工具，如fsck（用于检查和修复文件系统）和trim （用于固态硬盘的空闲块回收）。
- 这些工具可以帮助维护文件系统的完整性和性能，确保空闲分区的有效管理。
5. **监控和警报**：- 系统管理员可以设置监控和警报机制，以便在磁盘空间不足或分区管理问题出现时及时采取行动。
- 常见的监控工具包括Nagios、Zabbix等，它们可以定期检查磁盘空间使用情况并发出警报。
总的来说，Unix系统使用多种策略和工具来管理磁盘分区的空闲空间，以确保文件系统的稳定性和性能。
这些策略和工具的具体实施可能会因文件系统类型和操作系统版本而有所不同。
UNIX的存储器管理共25页
运行进程的user结构，核
心栈
操作系统第6页
核心态地址映射
KISA
0 0200 0400 0600 01000 01200 (u.u_procp ->p_addr)/16 07600
KISD
077406 077406 077406 077406 077406 077406 007406 077406
内存中进程的分布情况
Unix利用KISA6寻找现运行进程
u-uisa，u-uisd
• 进程user结构中又 一个重要的分量
• UISA中的大部分 内容和UISD中的 全部内容与进程在 内存中存放的位置无关， 是由应用程序的结构决定 的。将它们抽取出来形成 进程的u-uisa，u-uisd，便 于系统为上台进程构造 UISA,UISD
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。— —裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
UNIX的存储器管理
动态分区的实现
UNIX V6 for PDP-11
PDP-11的内存管理机构（1）
• 支持一维线性逻辑地址
• 字长16bit 程序地址空间为64K，0字 节处存放第一条指令，最 后一个字节是堆栈的栈底。 程序运行之前，空栈时， SP=0；
• 注：程序地址空间就是进 程的虚地址空间，即逻辑 地址空间。右图为用户态 下的逻辑地址空间
Unix 连续存储管理方式
• 正文段占据连续的存储空间 • 进程的可交换部分也占据连续的存储空间
user+核心栈+数据段+堆栈段
UNIX的缓冲区的管理机制
1、盘块缓冲区及其首部 2、盘块缓冲池结构
缓3、盘块缓冲区的分配
getblk()过程 该过程用于从空闲缓冲区队列中获得任一空闲缓冲区。 该过程 首先检查空闲块缓冲队列是否为空，若空，便调用sleep过程进 入睡眠等待，直至在空闲块缓冲队列中出现空闲缓冲区为止； 否则，从空闲块缓冲队列中摘下第一个缓冲区。若在其缓冲首部 中还有延迟写标志，则还须调用 bdwrite 过程，将此缓冲区中的 数据写回到磁盘中，再从空闲队列中取得一个空缓冲区；否则， 便将 b-flag 中的 b[CD*2]busy 标志置为 1 ， 并返回指向该缓冲 区 的指针 bp 。 getblk过程分配缓冲区时，可分为如下两种情况： （1）缓冲区在散列队列上。进入getblk过程后，首先根据文件 系统号和盘块号去查找散列队列，若找到与文件系统号和盘块号 相匹配的缓冲区，便可进一步检查该缓冲区是否空闲。若空闲， 则应先上锁，以防止其他进程对它进行访问，然后把它从空闲缓 冲区链上摘下；若忙，则表明缓冲区已被其他进程上锁，因此暂 时不能对它进行访问，进程进入睡眠，直至该缓冲区变为空闲时 再将进程唤醒。
5. 当一个buf在自由队列中移动时，只要原设备队列又重新使用 它，立即将其从自由队列中间抽取，使用完毕，再次送入自由队 列尾（LRU算法）。 6．对于写，如一块未写满，在b_flags中设置B_DELWRI标志， 推迟写，再清B_BUSY，释放至自由队列尾。 7. 当设置 B_DELWRI标志的缓 存排到自由队列首时， 不能立即淘汰，它作 重新分配处理，而是 提出I/O，将其内容 复制到块设备后，再 次释放到自由队列尾 ( 也有释放到自由队 列首） ，也清 B_DELWRI标志。
从原来的设备buf队列中移走该buf； /* 找到空闲的buf */ 把它放在新的设备buf队列中; return(buf); } } } brelse(bp) { 唤醒所有等待自由队列成为“非空”的进程； 唤醒所有等待本buf成为空闲的进程； 提升处理机执行级别，屏蔽中断； if(buf内容有效且不是过时的) 把本buf放入自由队列末尾； /* 以备 将来使用 */ else /* 如偶尔遇到出错 */ 把本buf放入自由队列的开头； 用它 */ 降低处理机执行级别，开放中断； 解除封锁(buf); }
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Home page
1.多种缓冲区管理队列
系统设置了多种队列对所有缓冲区进行管理， 因为buf记录了与缓冲区有关的各种管理信息，所 以缓冲区管理队列实际上是缓存控制块buf队列。
图5-9
自由buf 队列
(1)自由buf队列
系统把空闲缓冲区的buf组成空闲buf队列，即自由buf队列。这个队列 是双向链结构，队首块为bfreelist，bfreelist和自由buf通过av_forw和 av_back作为双向指针，见图5-9。
(2)设备缓冲区队列
设备缓冲区队列连接所有各类设备使用过的缓冲区，这也是一个双向队列， buf中的b_forw和b_back分别为该队列的前指针和后指针，头部为hbuf，共64个 队列。如图5-10所示。
一个缓冲区被分配用于读、写某个设备的字符块时，其相应的buf就进入该设 备的设备buf队列，并一直保留在该设备buf队列中，除非被移作它用。
资料：朱晓科 p p t：卢毅 演示：辛一雄
1. Unix系统内核结构简介 2. 多种缓冲区管理队列 3. 字符设备缓冲区管理
4. 块设备缓冲区管理
UNIX系统分成四个层次。其中最低层是
硬件。次低层是OS核心。上面第二层是OS与用 户的接口Shell以及编译程序等。最高层是应 用程序。
在Unix系统中，不论是块设备缓冲区管理，
putcb过程 该过程用于将由bp所指向的缓冲区放入指定的设备字符缓冲区队列的
末尾，然后将该队列的可用字符计数加上bp缓冲区中的块缓冲区及其首部 2、盘块缓冲池结构
缓冲首部
空闲队列 ( 链 ) 及散列队列 Home page
Home page
(4)设备I/O请求队列
每个块设备有一个设备I/O请求队列，单向连接，头部为iobuf，b_actf 和b_actl分别指向队首和队尾。
Home page
1、空闲字符缓冲区队列
空闲字符缓冲区队列
2、空闲字符缓冲区的分配与回收
在字符设备进行I/O时，内核可利用getcf过程从 空闲字符缓冲区队列中取得一个空闲缓冲区，若 队列空，表明已无空闲缓冲区可提供，便返回； 否则，从队首取得一个空闲缓冲区，并把指向该 缓冲区的指针bp返回给调用者。由于空闲缓冲区 队列属于临界资源，故还须采取互斥访问措施， 在过程开始处，将处理机的优先级提升为6，在 取得空缓冲区之后，再恢复处理机的优先级。
图5-10 设备buf队列
(3)空设备队列（NODEV队列）
NODEV队列是一个特殊的设备buf队列。当系统需要缓存，但它不与 特定的设备字符块相关联时，将分配到的缓存控制块buf送入NODEV队 列。其队列控制块也是bfreelist，用的指针是b_forw和b_back。
在UNIX中有两种情况将buf送入NODEV队列。 一种是在进程执行一个目标程序的开始阶段，它用缓存存放传向该目 标程序的参数； 另一种情况是用缓存存放文件系统的资源管理块。在系统初启时，所 有空闲缓冲区的buf既在自由buf队列，又在NODEV的设备buf队列中。
时该队列空、或队列的最后一个缓冲区已满，且空闲字符缓冲区队列也空， 该过程无法将字符放入队列中，则返回“ -1 ”。
getcb过程 该过程用于从指定的设备字符缓冲区队列中，取出第一个缓冲区，并将
该队列的可用字符计数减去第一个缓冲区中的字符数，然后返回指向该缓冲 区的指针bp。若该缓冲区已是该队列中惟一的缓冲区，则置队尾指针为空。
3、设备的字符缓冲区队列
getc过程 该过程用于从一个clist结构的队首指针所指示的字符缓冲队列中，取出
为首的字符， 然后修改该队列的可用字符计数和队首指针。当取完一个 缓冲区中的所有字符时，将释 放该缓冲区。该过程的返回值是取出的字符。
putc过程 该过程用于将一个字符C放入设备的指定字符缓冲区队列的末尾。若此