《UNIX内核分析》课件2.pptVIP

UNIX内核分析深入探索UNIX操作系统内核的奥秘。从系统启动、内存管理、进程管理等方面进行全面解析。

UNIX操作系统简介起源与历史UNIX起源于20世纪70年代，由贝尔实验室的肯·汤普森和丹尼斯·里奇开发，最初是用于小型机。多任务和多用户UNIX支持多任务和多用户，允许多个用户同时访问系统资源，并运行多个程序。命令行界面UNIX使用命令行界面，用户通过输入命令来控制系统，提供灵活性和强大的功能。

内核的概念及作用内核是操作系统的核心，管理硬件资源并为应用提供服务。内核直接与硬件交互，控制CPU、内存、磁盘等资源。内核负责处理网络连接，实现进程间通信，保障系统安全。内核提供系统调用接口，供应用程序调用以访问底层资源。

内核的基本组成进程管理创建、终止、挂起、恢复进程。负责进程调度，分配处理器时间。内存管理分配、回收内存空间。负责地址空间管理，虚拟内存管理，页面置换算法。文件系统管理文件和目录，组织、存储和检索数据。负责文件控制块管理、目录管理。设备管理管理系统中的各种硬件设备。负责设备驱动程序、缓冲区管理、中断处理。

进程管理1创建进程使用fork()函数创建新的进程2调度进程操作系统选择并执行一个进程3终止进程使用exit()函数终止进程4通信进程进程之间相互交换信息5同步进程协调多个进程之间的执行顺序

进程状态1运行状态进程正在使用CPU资源执行代码。2就绪状态进程已准备好运行，但目前没有可用CPU资源。3阻塞状态进程正在等待某个事件发生，例如I/O操作完成。4终止状态进程已经完成执行并被系统清除。

进程控制块进程控制块进程控制块（PCB）是操作系统用于管理进程的重要数据结构。它包含了进程运行所需的所有信息，例如进程ID、进程状态、内存地址、CPU寄存器等。进程状态PCB中记录了进程的当前状态，例如就绪、运行、阻塞、终止等。操作系统根据进程状态来调度进程。内存地址PCB包含了进程在内存中的地址信息，以便操作系统可以访问进程的数据和代码。其他信息PCB还包含了其他一些信息，例如进程优先级、进程创建和终止时间等。

进程调度1调度目标最大化系统吞吐量最小化平均响应时间保证实时进程的及时响应2调度算法先到先服务(FCFS)最短作业优先(SJF)优先级调度时间片轮转3调度策略抢占式调度非抢占式调度

内存管理1物理内存计算机系统中的实际内存2虚拟内存通过硬盘空间扩展物理内存3内存分配为进程分配内存空间4内存回收释放不再使用的内存操作系统负责管理计算机系统的内存资源。虚拟内存是通过将硬盘空间用作内存扩展的一种技术。内存分配是将可用内存分配给不同的进程，内存回收则负责释放不再使用的内存。

虚拟内存概念虚拟内存是一种内存管理技术，它将物理内存和磁盘空间组合在一起，为应用程序提供更大的地址空间。通过这种技术，操作系统可以允许程序使用比物理内存更多的内存，从而提高系统效率和资源利用率。机制虚拟内存利用了分页机制，将程序的虚拟地址空间划分为固定大小的页面，并将这些页面映射到物理内存和磁盘空间上的页面帧。当程序访问一个虚拟地址时，操作系统会检查该地址对应的页面是否在物理内存中。如果不在，就会将该页面从磁盘空间加载到物理内存中。

页面置换算法时间局部性程序在一段时间内倾向于访问最近访问过的页面。空间局部性程序在一段时间内倾向于访问与最近访问过的页面相邻的页面。页面置换算法当内存不足时，选择哪个页面替换出内存。

文件系统组织文件文件系统管理着操作系统中所有文件和目录，提供对这些文件的存储和访问。层次结构文件系统以树形结构组织文件，每个目录都包含子目录和文件。数据管理它负责创建、读取、写入、删除文件，以及其他文件操作，确保数据安全和一致性。命名空间通过为每个文件提供唯一的名称，文件系统帮助用户方便地管理和访问各种文件。

文件组织形式线性文件结构文件以连续的线性地址空间组织，文件以字节为单位存储，数据按照顺序排列。索引文件结构文件存储在磁盘上的多个分散的块中，索引节点记录文件数据块的地址。链接文件结构每个文件块包含指向下一个数据块的指针，形成链表结构，允许文件分散存储。混合文件结构结合多种文件结构的优点，例如，使用索引节点记录文件信息，但采用链接方式管理文件块。

文件控制块11.文件信息包含文件名、文件大小、文件类型、访问权限等信息。22.文件位置记录文件在磁盘上的物理地址，方便系统快速定位和访问。33.文件状态表示文件当前的状态，如打开、关闭、被修改等。44.文件指针指向文件内容的当前位置，用于控制文件读取和写入操作。

目录管理树形结构文件系统采用树形结构组织目录和文件，每个目录都是一个节点，根目录是树的根节点。目录操作内核提供了一组目录管理函数，允许用户创建、删除、重命名和访问目录。目录条目每个目录条目包含文件名