UNIX系统内核结构培训教材.ppt

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1、第十章UNIX系统内核结构10.1UNIX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110.1UNIX系统概述10.1.1UNIX系统的发展史10.1.2UNIX系统的特征1、开放性2、多用户、多任务环境3、功能强大，实现高效4、提供了丰富的网络功能5、支持多处理器功能210.1.3UNIX系统的内核结构图10-1UNIX核心的框图字符设备块设备设备驱动程序硬件控制高速缓存文件子系统系统调用接口进程间通信调度存储管理进程控制子系统核

2、心级硬件级硬件核心级用户级库函数用户程序捕俘31、进程控制子系统进程控制(2)进程通信(3)存储器管理(4)进程调度10.1.3UNIX系统的内核结构2、文件子系统文件管理(2)高速缓冲机制(3)设备驱动程序410.2进程的描述和控制10.2.1进程控制块PCB在UNIX系统Ⅴ中，把进程控制块分为四部分：(1)进程表项(2)U区(3)进程区表(4)系统区表5图10-2进程区表项、系统区表项和区的关系正文数据栈正文数据栈abcdeabcde系统区表A进程区表B进程区表4、本进程区表(Pe

3、rProcessRegionTable)6图10-3进程的数据结构4、本进程区表(PerProcessRegionTable)U区进程表abcabc本进程区表系统区表710.2.2进程状态与进程映像1、进程状态图10-4进程的状态转换62379845唤醒换出换出换入内存中睡眠睡眠且换出睡眠调度核心态执行1抢夺被抢夺内存中就绪内存足内存不足创建fork用户态执行返回到用户态系统调用中断中断中断返回返回僵死唤醒就绪且换出82、进程映像（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

4、(PSR)栈指针通用寄存器（3）系统级上下文静态部分动态部分910.2.3进程控制1、fork系统调用为新进程分配一个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。102、exec系统调用图10-5execⅤ的参数组织方式trappathargvarg2parg1parg0p0文件名字符串参数字符串113、exit系统调用(1)关闭软中断；(2)回收资源；(3)写记账信息；(4)置

5、进程为“僵死”状态。4、wait系统调用1210.2.4进程调度与切换1、引起进程调度的原因2、调度算法3、进程优先级的分类4、进程优先数的计算5、进程切换1310.3进程的同步与通信1、sleep与wakeup同步机制2、信号（signal）机制3、管道机制4、消息机制5、共享存储区机制6、信号量集机制1410.3.4消息机制图10-6消息机制中的数据结构…队列i…队列n…消息首部msgh0消息首部msgh3消息首部msgh2消息缓冲区消息缓冲区消息缓冲区消息首部m消息缓冲区消息队列头表032

6、1510.3.5共享存储区机制图10-7利用共享存储区进行通信AB正文进程的虚空间数据栈共享存储区B正文数据B′栈内存空间进程的虚空间A′A16图10-8信号量集表与信号量表sem0sem1sem20sem31sem42sem53sem6sem7sem80sem91sem102sem110…信号量集表信号量表信号量集信号量集10.3.6信号量集机制1710.4存储器管理10.4.1请求调页管理的数据结构1、页表和磁盘描述表图10-9页表项和磁盘描述表项物理页号年龄写时拷贝修改位访问位有效位保护（

7、a）页表项对换设备号设备块号存储器类型（b）盘块说明18图10-10页框数据表项及其散列队列2、页框数据表和对换使用表19图10-11四种数据结构之间的关系页表项页框号794磁盘块描述项对换设备1块号2743引用数1对换设备1块号2743物理页794引用数1对换设备块2743对换使用表项页框数据表项794虚地址1493K2010.4.2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、缺页在内存页面

8、缓冲区中2110.5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图10-12空闲字符缓冲区队列cblock[0]c_nextc_nextc_nextcblock[1]cblock[2]c_nextcblock[N1]cfreelist…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2210.5.2块设备缓冲区管理1、盘块缓冲区及其首部图10-13缓冲首部设备号块号状态缓冲区指针散列队列的前向指针散列队列的后向指针空闲表上的前向指针空闲表上的后向指针232、盘块缓冲池结