UNIX系统内核结构培训教材.ppt

* 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 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 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 10.1.3 UNIX系统的内核结构 图 10-1 UNIX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 核心级 硬件级 硬件 核心级 用户级 库函数 用户程序 捕俘 1、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 10.1.3 UNIX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 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， 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 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 a b c d e a b c d e 系统区表 A 进 程 区 表 B 进 程 区 表 4、 本进程区表(Per Process Region Table) 图 10-3 进程的数据结构 4、 本进程区表(Per Process Region Table) U 区 进程表 a b c a b c 本进程区表 系统区表 10.2.2 进程状态与进程映像 1、进程状态 图 10-4 进程的状态转换 6 2 3 7 9 8 4 5 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 2、 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(PSR) 栈指针 通用寄存器 （3）系统级上下文 静态部分 动态部分 10.2.3 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。 2、exec系统调用 图 10-5 exec Ⅴ的参数组织方式 trap path arg v arg 2p arg 1p arg 0p 0 文件名字符串 参数字符串 3、exit系统调用 (1) 关闭软中断； (2) 回收资源； (3) 写记账信息； (4) 置进程为“僵死”状态。 4、wait系统调用 10.2.4 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 10.3 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 10.3.4 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 msgh 0 消息首部 msgh 3 消息首部 msgh 2 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 0 3 2 10.3.5 共享存储区机制 图 10-7 利用共享存储区进行通信 A B 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′ A 图 10-8 信号量集表与信号量表 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 … 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 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 图 10-9 页表项和磁盘描述表项 保护 有效位 访问位 修改位 写时拷贝 年龄 物理页号 （a）页表项 存储器类型 设备块号 对换