簡介：UNIX操作系統(tǒng),主講陳笑蓉貴州大學計算機科學與技術(shù)學院,UNIX操作系統(tǒng)是一個功能很強而且是十分靈活的操作系統(tǒng)和計算機環(huán)境；是使用非常方便的軟件開發(fā)環(huán)境；是當代最有代表性的多用戶多任務(wù)分時系統(tǒng)。,主要內(nèi)容,UNIX操作系統(tǒng)的發(fā)展和特點UNIX的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)UNIX進程管理進程調(diào)度進程通信UNIX存儲管理UNIX設(shè)備管理UNIX操作系統(tǒng)的文件管理,91UNIX操作系統(tǒng)的發(fā)展和特點,20世紀60～70年代，ATC語言的誕生，為了寫UNIX1978年UNIXV7產(chǎn)生,1982年UNIXSYSTEMIII（V7PWBUNIX/RT）1978年BERKELEY分校發(fā)布3BSD（虛擬存儲器支持、按需分頁支持），1979年4BSD（INTERNET支持），1993年44BSD（新文件系統(tǒng)）,,43BSD,43BSD,43BSDTAHOE,SVR31,SVR30,44BSD,,,,,,SVR32,SVR4,POSIX1,ANSIC,XPG3,1986,1987,1988,1989,1990,1991,1992,,,,,,,,,,,,,,,SVRSYSTEMV,UNIX標準化,80年代UNIX版本的劇增以及各種UNIX版本之間的差別不斷擴大導致了許多用戶（例如美國政府）要求對其標準化，以增強各種應用程序在這些UNIX操作系統(tǒng)之間的可移植性。其中幾個重要的標準包括ANSIC、IEEEPOSIX以及X/OPENXPG。所有這些標準只是界面的規(guī)格說明（例如，網(wǎng)絡(luò)界面，進程間的通信，系統(tǒng)管理等），而具體實施則留給制造商。,UNIX的基本特點,多用戶多任務(wù)的分時系統(tǒng)良好的界面可移植性強配置靈活具有一個可裝卸的分層樹型結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)安全機制完善豐富的網(wǎng)絡(luò)功能,UNIX的界面,UNIX有兩種界面，一個是命令控制界面，一個是編程界面。命令控制界面是通過SHELL提供給用戶使用。編程界面是UNIX系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用以標準實用子程序形式提供給用戶編程中使用，從而減少用戶程序設(shè)計和編程難度，節(jié)省用戶的程序設(shè)計和編程時間。,基本命令控制界面包括系統(tǒng)訪問命令，例如LOGIN，LOGOUT等。編輯和文件管理命令，例如VI,EMACS,CP,RM和LS等。編程、鏈接命令，例如CC,LINK等。維護、管理命令，例如ADDUSER,CHOWN等調(diào)試命令，例如DBX等。記帳、日期等命令，例如DATE等。網(wǎng)絡(luò)通信命令，例如MAILX等。,特殊命令包括后臺命令“FOPENWRITEREADCLOSEFCLOSE進程控制類FORKWAITKILLSIGNALPIPESLEEP信號與時間類TIMESTIMEDATE具體使用請用MAN幫助。如MANFOPEN,92UNIX的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),UNIX系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層最內(nèi)層是UNIX操作系統(tǒng)核心，它包括文件控制系統(tǒng)和進程控制系統(tǒng)兩大部分。中間層是SHELLL命令解釋層、實用程序、庫函數(shù)。該層中的SHELL解釋程序是用戶和UNIX操作系統(tǒng)的界面。最外層是用戶程序，包括許多應用軟件。UNIX的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖（92）所示,,UNIX系統(tǒng)核心的體系結(jié)構(gòu),在UNIX操作系統(tǒng)的核心部分有兩個子系統(tǒng)文件子系統(tǒng)進程控制子系統(tǒng)核外程序通過引用兩組被明確定義的系統(tǒng)調(diào)用與核心交往，其中一組用于與文件系統(tǒng)的交互作用，另一組與進程控制子系統(tǒng)的交互作用。如圖9－3所示。,系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用接口是操作系統(tǒng)提供給編程人員的接口。編程人員通過系統(tǒng)調(diào)用使用操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的各種功能。系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行不同于一般用戶程序的執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行是在核心態(tài)下執(zhí)行系統(tǒng)子程序，而用戶程序則是在用戶態(tài)下執(zhí)行。,UNIX的系統(tǒng)調(diào)用由一條訪管指令陷阱或陷阱指令實現(xiàn)（TRAP）。該指令是一條機器指令，其操作數(shù)部分對應于系統(tǒng)調(diào)用的編號。另外，在系統(tǒng)中有一張系統(tǒng)調(diào)入口表，用來指示各系統(tǒng)調(diào)用處理程序的入口地址。,文件子系統(tǒng)文件管理用于為文件分配存儲空間，管理空閑盤塊，控制對文件的存取，以及為用戶檢索數(shù)據(jù)。高速緩沖機制緩沖機制與I/O設(shè)備驅(qū)動程序間交互作用，以控制各種外設(shè)到核心的數(shù)據(jù)傳送和核心到外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送。設(shè)備驅(qū)動程序用以控制I/O設(shè)備進行操作的核心模塊,進程控制子系統(tǒng)進程控制FORK，EXEC，EXIT，進程通信原語，軟中斷，管道，SOCKET，存儲器管理采用了段頁存儲管理方式進程調(diào)度多級反饋輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。,93UNIX進程管理,整個UNIX系統(tǒng)就是一個進程家族，有一個最高的祖先。一般情況下，UNIX系統(tǒng)的進程家族樹如下圖94所示，0＃進程和1＃進程是UNIX系統(tǒng)中兩個最重要的進程，其中0＃進程是UNIX系統(tǒng)中唯一只在核心態(tài)下運行的進程。它有三種功能調(diào)度分配處理器、管理進程交換和創(chuàng)建1＃進程，所有其他進程都由1＃進程直接或間接創(chuàng)建。,進程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在UNIX系統(tǒng)V中，把PCB分成兩部分，一是進程表項，稱為PROC結(jié)構(gòu)。其中含有最常用的信息，由核心對它們進行存??；另一部分是U區(qū)，稱為USER結(jié)構(gòu)。存放進程表項的一些擴充信息，它只能被運行在核心態(tài)的進程所存取。,UNIX系統(tǒng)把一個進程的虛擬地址空間劃分為若干個連續(xù)的邏輯區(qū)，有正文區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、棧區(qū)等。為了對區(qū)進行管理，在核心中設(shè)置了一個系統(tǒng)區(qū)表（簡稱區(qū)表），各表項中記錄了描述活動區(qū)的有關(guān)信息。進程區(qū)表中每一項記錄一個區(qū)的起始虛地址及指向系統(tǒng)區(qū)表中對應的區(qū)表項。,表項區(qū),進程的狀態(tài),用戶態(tài)運行在CPU上執(zhí)行用戶程序；核心態(tài)運行在CPU上執(zhí)行核心程序；在內(nèi)存就緒具備運行條件，只要內(nèi)核調(diào)度就能執(zhí)行；在內(nèi)存睡眠進程處于內(nèi)存中，只有等到某事件發(fā)生后才能執(zhí)行；在外存就緒進程處于就緒狀態(tài)，但是在其被內(nèi)核調(diào)度去執(zhí)行之前必須被交換進內(nèi)存；在外存上睡眠進程在等待某事件發(fā)生，并被交換到外存上；被剝奪狀態(tài)被調(diào)度程序剝奪了處理機后的進程狀態(tài)；創(chuàng)建態(tài)新進程被創(chuàng)建，還不能運行；終止態(tài)進程終止自己。,進程上下文,用戶級上下文由進程的用戶程序段部分編譯而成的用戶正文段、用戶數(shù)據(jù)、用戶段和共享存儲器組成。共享存儲區(qū)用于實現(xiàn)進程間的通信寄存器上下文；系統(tǒng)級上下文靜態(tài)級上下文和動態(tài)級兩部分。靜態(tài)部分包括PCB結(jié)構(gòu)（PROC結(jié)構(gòu)和USER結(jié)構(gòu)）、進程區(qū)表項、系統(tǒng)區(qū)表項和頁表以及核心棧，區(qū)表和頁表用于實現(xiàn)進程的虛地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，核心棧主要用來裝載進程中所使用系統(tǒng)調(diào)用的調(diào)用序列。動態(tài)部分包括進程在執(zhí)行時使用的核心棧、若干層寄存器上下文,94進程調(diào)度,UNIX系統(tǒng)是分時系統(tǒng)，因而未設(shè)置作業(yè)調(diào)度。對進程的調(diào)度采用多級反饋隊列輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式。相應地，在系統(tǒng)中便為就緒進程設(shè)置了多個就緒隊列。調(diào)度程序在進行調(diào)度時，總是先從最高優(yōu)先級隊列中，取出排在隊列最前面的進程。僅當最高優(yōu)先隊列中沒有進程時,才從次高優(yōu)先級隊列中找出其隊首進程，令他執(zhí)行一個時間片后，又剝奪該進程的執(zhí)行，將該進程放到下一個優(yōu)先級隊列的末尾，再從優(yōu)先級最高的隊列中取出下一個就緒進程投入運行。,95進程通信,UNIXSYSTEMV的進程通信有三種方式信號是對硬件中斷的一種模擬，也稱為軟中斷。這種方式是利用軟中斷信號實現(xiàn)同一用戶的各進程之間的通信。這種通信的目的是通知對方發(fā)生了異步事件。管道一個管道的執(zhí)行將用到兩個FILE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們其中一個進程可以向管道寫，而另一個進程從管道讀IPC機制（進程間通信）IPC機制包括消息隊列、共享內(nèi)存和信號量三種,96UNIX存儲管理,UNIX系統(tǒng)V中采用了請求分頁存儲管理機制和對換機制。這樣，當進程運行時不必整個進程的映象都在內(nèi)存，而只需在內(nèi)存保留當前用到的頁面。當進程訪問到某些尚未在內(nèi)存的頁面時，就由核心把這些頁面裝入內(nèi)存。,緩存技術(shù),UNIX采用了一系列涉及到高速緩存的內(nèi)存管理技術(shù)。緩沖區(qū)緩存頁緩存交換緩存硬件緩存,UNIX使用最近最少使用策略（LRU）決定把哪個頁面換出。頁面的“年齡”變量表示頁面的被訪問次數(shù)。初始值默認為3，每訪問一次，值增加3，直到最大值20；每當交換進程嘗試換出一頁時，年齡值減1，直到0。變量“年齡”值越小，頁面越“老”，老的頁面，首先被換出。,97UNIX設(shè)備管理,UNIX系統(tǒng)中也將設(shè)備分為兩類，塊設(shè)備和字符設(shè)備。對這些設(shè)備管理的目的之一是使特定硬件設(shè)備的特性與用戶無關(guān)，這種特征稱為透明性，在UNIX中，大部分I/O設(shè)備的特性由于I/O系統(tǒng)的緣故甚至對內(nèi)核也是透明的。I/O系統(tǒng)是由一個超高速緩存系統(tǒng)、一般設(shè)備的驅(qū)動程序和特殊設(shè)備的驅(qū)動程序構(gòu)成的、現(xiàn)又增加了一種網(wǎng)絡(luò)界面，主要用于支持網(wǎng)絡(luò)的I/O操作。,設(shè)備驅(qū)動程序,UNIX系統(tǒng)中每類設(shè)備都有一個驅(qū)動程序，設(shè)備驅(qū)動程序是驅(qū)動物理設(shè)備和DMA控制器或I/O控制器等直接進行I/O操作的子程序集合。它們負責設(shè)置相應設(shè)備有關(guān)寄存器的值，啟動設(shè)備進行I/O操作，指定操作的類型和數(shù)據(jù)流向等。,98文件管理,UNIX文件系統(tǒng)具有四個顯著特點1．有層次的多級樹型目錄結(jié)構(gòu)，而且還是可以靈活裝卸的文件系統(tǒng)；2．把輸入/輸出的硬件和特別文件連接起來；3．對I/O設(shè)備的存取和對普通磁盤文件的存取一樣看待，統(tǒng)一化為文件處理，從而簡化了用戶的操作；4．對文件提供了良好的保護機構(gòu)。,文件系統(tǒng)存儲結(jié)構(gòu),索引點是指在UNIX的文件系統(tǒng)中，每一個文件都有一個且僅有一個主結(jié)點，簡稱I結(jié)點。I結(jié)點中包含的是對應文件的特征參數(shù)，如文件類型，文件長度，文件存放位置等。所有文件的I結(jié)點組成系統(tǒng)的I結(jié)點表，它存放了該文件系統(tǒng)中的所有I結(jié)點，主結(jié)點從0號開始依次向后編號,文件的尋址,1．直接尋址方式2．一次間接尋址方式3．多次間接尋址方式（二次間接尋址、三次間接尋址）,空閑盤塊的管理,UNIX系統(tǒng)采用成組鏈接法對空閑磁盤加以組織，系統(tǒng)將若干空閑塊組成一個組，將每組中的盤,目錄文件,文件的常用命令,1．文件管理命令LS列當前目錄文件；CP復制文件；2．文本加工命令CAT顯示文件內(nèi)容；PR打印機打印文件內(nèi)容；3．軟件開發(fā)CCC語言編譯程序；VI全屏幕編輯程序。4．進程管理PS顯示當前各進程狀況；KILL終止進程；SLEEP使進程睡眠；使命令在后臺執(zhí)行。5．通信6．系統(tǒng)維護和服務(wù)MOUNT安裝文件卷到指定目錄；UNMOUNT拆文件卷WHO顯示系統(tǒng)各用戶狀態(tài)。,
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