操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法模擬

1、<p><b>　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法模擬 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： </p><p><b>

2、　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　必做題目：動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法模擬</p><p>　　選做題目：Linux內(nèi)核分析</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：綜合樓808 </p><p><b>　　語(yǔ)言環(huán)境：C語(yǔ)言<

3、/b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>　　必做：模擬單處理機(jī)環(huán)境下的進(jìn)程調(diào)度模型，調(diào)度采用基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)的調(diào)度法。</p><p>　　選做：對(duì)Linux操作系統(tǒng)的處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、文件管理、設(shè)備管理中一個(gè)或幾個(gè)功能進(jìn)行較全面系統(tǒng)分析，分析內(nèi)容包括設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原理、典型算法、主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)，分析內(nèi)

4、容寫(xiě)入綜述報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容還要包括函數(shù)間調(diào)用關(guān)系圖、功能模塊圖、系統(tǒng)主要流程圖。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)報(bào)告的內(nèi)容</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　必做題目：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算

5、法模擬</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：模擬單處理機(jī)環(huán)境下的進(jìn)程調(diào)度模型，調(diào)度采用基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)的調(diào)度算法。</p><p><b>　　選做題目：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：Linux內(nèi)核分析</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：對(duì)Linux操作系統(tǒng)的處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、文件管理、設(shè)備管理中一個(gè)或幾個(gè)功能進(jìn)行較

6、全面系統(tǒng)分析，分析內(nèi)容包括設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原理、典型算法、主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)，分析內(nèi)容寫(xiě)入綜述報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容還要包括函數(shù)間調(diào)用關(guān)系圖、功能模塊圖、系統(tǒng)主要流程圖。</p><p><b>　　前言（緒論）</b></p><p>　　通過(guò)小組一起合作進(jìn)行操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，讓大家對(duì)操作系統(tǒng)的知識(shí)學(xué)習(xí)可以更深入的理解。通過(guò)小組討論設(shè)計(jì)方案，讓大家學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，并且通過(guò)上機(jī)實(shí)踐

7、，給提高大家上機(jī)編程實(shí)踐能力的一個(gè)提供一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。</p><p>　　在操作系統(tǒng)中調(diào)度算法的實(shí)質(zhì)是一種資源的分配，因而調(diào)度算法是指“根據(jù)系統(tǒng)資源分配策略所規(guī)定的資源分配算法”。對(duì)于不同的操作系統(tǒng)和系統(tǒng)目標(biāo)，通常采用不同的調(diào)度算法。為了照顧緊迫作業(yè)，使之在進(jìn)入系統(tǒng)后便獲得優(yōu)先處理，引入了最高優(yōu)先權(quán)先調(diào)度算法。在作為進(jìn)程調(diào)度算法時(shí)，該算法是把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程。這可以分為搶占式優(yōu)先權(quán)算法和非搶

8、占式優(yōu)先權(quán)算法。對(duì)于最高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法，其關(guān)鍵在于：它是使用靜態(tài)優(yōu)先權(quán)還是動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)，以及如何確定進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)。本次課程設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的算法就是動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法的搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法和非搶占式動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法。</p><p>　　而在Linux內(nèi)核分析中大家針對(duì)操作系統(tǒng)的幾個(gè)主要功能分工合作，查閱資料，畫(huà)圖整理，進(jìn)行匯總，使得大家對(duì)Linux內(nèi)核都有了全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　3

9、.設(shè)計(jì)主體（各部分設(shè)計(jì)內(nèi)容、分析、結(jié)論等）</p><p>　　3.1.必做題：動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法模擬</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)內(nèi)容】</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)是指在創(chuàng)建進(jìn)程之初，先賦予其一個(gè)優(yōu)先級(jí)，然后其隨進(jìn)程的推進(jìn)或等待時(shí)間的增加而改變，以獲得更好的調(diào)度性能。</p><p>　　非搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)

10、度算法。在這種方式下，系統(tǒng)一旦把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程后，該進(jìn)程便一直執(zhí)行下去，直至完成；或因發(fā)生某事件使該進(jìn)程放棄處理機(jī)時(shí)，系統(tǒng)方可再將處理機(jī)重新分配給另一優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程。</p><p>　　搶占式優(yōu)先權(quán)算法。系統(tǒng)同樣把處理機(jī)分配給優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程，使之執(zhí)行。但在其執(zhí)行期間，只要又出現(xiàn)了另一個(gè)優(yōu)先權(quán)更高的進(jìn)程，進(jìn)程調(diào)度程序就立即停止當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，重新將進(jìn)程分配給優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程。</

11、p><p><b>　　【算法分析】</b></p><p>　　模擬動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法，在主函數(shù)中選擇采用搶占式進(jìn)程調(diào)度算法還是非搶占式進(jìn)程調(diào)度算法，進(jìn)而調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)完成模擬。</p><p><b>　　設(shè)置進(jìn)程結(jié)構(gòu)體，</b></p><p>　　struct PROCESS</p>

12、<p><b>　　{</b></p><p>　　int id; //進(jìn)程id</p><p>　　double response_rate; //優(yōu)先權(quán)</p><p>　　int cputime; //要求服務(wù)時(shí)間</p><p>　　int waittim

13、e; //等待時(shí)間</p><p>　　int endtime; //進(jìn)程完成時(shí)間，未完成時(shí)標(biāo)記-1</p><p>　　int STATE; //進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)</p><p><b>　　};</b></p><p>　　記錄完成的進(jìn)程id，使用數(shù)組pro_list[

14、10]</p><p><b>　　功能函數(shù)</b></p><p>　　display() 打印各進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)</p><p>　　init() 初始化進(jìn)程狀態(tài)</p><p>　　change() 搶占式調(diào)度算法進(jìn)程狀態(tài)更新</p><p>　　no_change

15、() 非搶占式調(diào)度算法進(jìn)程狀態(tài)更新</p><p>　　函數(shù)調(diào)用順序如圖1：</p><p>　　圖1 函數(shù)調(diào)用順序圖</p><p><b>　　【代碼實(shí)現(xiàn)】</b></p><p>　　#include<iostream></p><p>　　#include<cstri

16、ng></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<cstdlib></p><p>　　using namespace std;</p><p>　　#define num 6</p><p>　　#define RUN 1</p&

17、gt;<p>　　#define READY 0</p><p>　　#define RUNOUT -1</p><p>　　int time=0;</p><p>　　struct PROCESS</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int

18、 id;</b></p><p>　　double response_rate;</p><p>　　int cputime;</p><p>　　int waittime;</p><p>　　int endtime;</p><p>　　int STATE;</p><p>&l

19、t;b>　　}pro[10];</b></p><p>　　int pro_list[10],q=0;</p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"Time:"<<time<

20、<endl;</p><p>　　cout<<"==========================================="<<endl;</p><p>　　cout<<"ID\t\t0\t1\t2\t3\t4\t5"<<endl;</p><p>　　cou

21、t<<"respone_rate\t";</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<pro[i].response_rate<<'\t';</p><p

22、><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　cout<<"cputime\t\t";</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b><

23、/p><p>　　cout<<pro[i].cputime<<'\t';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　cout<<"waittime\t";</p>&

24、lt;p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<pro[i].waittime<<'\t';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout&

25、lt;<endl;</p><p>　　cout<<"endtime\t\t";</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<pro[i].endtime<<&

26、#39;\t';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　cout<<"STATE\t\t";</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p>

27、;<b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUN)</p><p>　　cout<<"RUN\t";</p><p>　　else if(pro[i].STATE==READY)</p><p>　　cout<<"READY\t&

28、quot;;</p><p>　　else cout<<"RUNOUT\t";</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　cout<<"the end process<end time&g

29、t;: ";</p><p>　　for(int i=0;i<q;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"->"<<pro_list[i]<<'<'<<pro[pro_list[i]].en

30、dtime<<'>';</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　cout<<"==========================================="<<endl;</p

31、><p><b>　　}</b></p><p>　　void init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><

32、;p>　　pro[i].id=i;</p><p>　　pro[i].response_rate=1;</p><p>　　pro[i].waittime=0;</p><p>　　pro[i].endtime=-1;</p><p>　　pro[i].STATE=0;</p><p><b>　　}&

33、lt;/b></p><p>　　pro[0].cputime=5;</p><p>　　pro[1].cputime=3;</p><p>　　pro[2].cputime=1;</p><p>　　pro[3].cputime=2;</p><p>　　pro[4].cputime=4;</p>

34、<p>　　pro[5].cputime=6;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void change()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　double runflag=0;</p><p>　　int ru

35、nprocess=0;</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE!=RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　pro[i

36、].response_rate=1.0*(pro[i].waittime+pro[i].cputime)/pro[i].cputime;</p><p>　　if(pro[i].response_rate>runflag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　runflag=pro[i].response_rate

37、;</p><p>　　runprocess=i;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p

38、><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUN)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　pro[i].STATE=READY;</p><p>　　pro[i].waittime=-1;</p>

39、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　pro[runprocess].cputime--;</p><p>　　pro[runprocess].waittime=-1;</p><p>　　pro[runprocess].STATE=R

40、UN;</p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　cont

41、inue;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　pro[i].waittime++;</p><p>　　if(pro[i].cputime==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　pro[i].endt

42、ime=time;</p><p>　　pro[i].STATE=RUNOUT;</p><p>　　pro[i].response_rate=0;</p><p>　　pro_list[q++]=i;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&

43、gt;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void no_change()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int runprocess=0,flag=0;</p><p>　　double runflag=0;</

44、p><p>　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　continue;<

45、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　pro[i].response_rate=1.0*(pro[i].waittime+pro[i].cputime)/pro[i].cputime;</p><p>　　if(pro[i].response_rate>runflag)</p><

46、p><b>　　{</b></p><p>　　runflag=pro[i].response_rate;</p><p>　　runprocess=i;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

47、t;　　for(int i=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　continue;</b></p&

48、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　if(pro[i].STATE==RUN)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p>　　pro[i].cputime--;</p&g

49、t;<p>　　pro[i].waittime=-1;</p><p>　　for(int j=0;j<num;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[j].STATE==RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></

50、p><p><b>　　continue;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　pro[j].waittime++;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(pro[i].cputime==0)<

51、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　pro[i].STATE=RUNOUT;</p><p>　　pro[i].endtime=time;</p><p>　　pro[i].response_rate=0;</p><p>　　pro_list[q++]=i;</p>

52、;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(!flag)</b>&

53、lt;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　pro[runprocess].cputime--;</p><p>　　pro[runprocess].waittime=-1;</p><p>　　pro[runprocess].STATE=RUN;</p><p>　　for(in

54、t j=0;j<num;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[j].STATE==RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　continue;</b></p><p

55、><b>　　}</b></p><p>　　pro[j].waittime++;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(pro[runprocess].cputime==0)</p><p><b>　　{</b></p>&l

56、t;p>　　pro[runprocess].STATE=RUNOUT;</p><p>　　pro[runprocess].endtime=time;</p><p>　　pro[runprocess].response_rate=0;</p><p>　　pro_list[q++]=runprocess;</p><p><b&

57、gt;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int flag=0,type;<

58、;/p><p>　　cout<<"selecet type£¨1.preemptive scheduling 2.non-preemptive scheduling£©£º";</p><p>　　cin>>type;</p><p><b>　　init

59、();</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p>　　display();</p><p>　　for(int i

60、=0;i<num;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pro[i].STATE!=RUNOUT)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p>&

61、lt;b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(!flag) break;</p><p><b>　　time++;</b></p><p>

62、;　　if(type==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　change();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　

63、no_change();</p><p>　　cout<<endl;</p><p>　　getchar();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl<<endl;</p><p>　　cout<<"

64、;All processes have runed out!!"<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　【結(jié)果截圖】</b></p><p>　　搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法</p><p>　　非搶占式優(yōu)先調(diào)度算法</p>&

65、lt;p>　　3.2.選做題：Linux內(nèi)核分析</p><p><b>　　Linux內(nèi)核分析</b></p><p>　　【摘要】操作系統(tǒng)是控制其他程序運(yùn)行、管理系統(tǒng)資源并為用戶(hù)提供操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。操作系統(tǒng)是一個(gè)龐大的管理控制程序，大致包括四個(gè)方面的管理功能：進(jìn)程與處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理。</p><p>

66、　　【關(guān)鍵詞】Linux操作系統(tǒng)；處理機(jī)管理；存儲(chǔ)器管理；文件管理；設(shè)備管理。</p><p>　　操作系統(tǒng)是控制其他程序運(yùn)行、管理系統(tǒng)資源并為用戶(hù)提供操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。它是管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的程序，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。操作系統(tǒng)理論在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是歷史悠久而又活躍的分支，而操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)則是軟件工業(yè)的基礎(chǔ)與內(nèi)核。操作系統(tǒng)本身負(fù)責(zé)諸如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸

67、入與輸出設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事物。</p><p>　　操作系統(tǒng)能夠使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所喲資源最大限度的發(fā)揮作用，為用戶(hù)提供方便、有效、友善的服務(wù)界面。操作系統(tǒng)是一個(gè)龐大的管理控制程序，大致包括4個(gè)方面的管理功能：進(jìn)程與處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理。本文主要是對(duì)存儲(chǔ)管理進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。</p><p><b>　　一、處理機(jī)管理</b><

68、;/p><p>　　處理機(jī)管理主要就是進(jìn)程管理，進(jìn)程的管理分為進(jìn)程的創(chuàng)建，進(jìn)程的調(diào)度以及進(jìn)程的終止。</p><p>　　進(jìn)程的創(chuàng)建過(guò)程可以分為兩步，一是創(chuàng)建進(jìn)程的管理結(jié)構(gòu)，即以task_struct為核心的進(jìn)程控制塊，二是為進(jìn)程加載應(yīng)用程序，即為進(jìn)程創(chuàng)建虛擬地址空間并設(shè)置初始參數(shù)和環(huán)境變量，做好運(yùn)行前的準(zhǔn)備。</p><p>　　進(jìn)程的調(diào)度：普通類(lèi)進(jìn)程采用CFS調(diào)度算

69、法，它所需要的是一個(gè)按虛擬計(jì)時(shí)器由小到大排序的就緒進(jìn)程隊(duì)列。實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度類(lèi)實(shí)施進(jìn)程的調(diào)度同行比較簡(jiǎn)單，嚴(yán)格遵循優(yōu)先級(jí)即可，。目前的Linux用結(jié)構(gòu)rt_rq定義實(shí)時(shí)就緒隊(duì)列?？臻e進(jìn)程調(diào)度類(lèi)每個(gè)處理器都有空閑的時(shí)候，當(dāng)處理器空閑時(shí)，其上既沒(méi)有就緒的實(shí)時(shí)進(jìn)程也沒(méi)有就緒的普通進(jìn)程，處理器處于輪空狀態(tài)。</p><p>　　進(jìn)程的終止：除了一些特殊的守護(hù)進(jìn)程之外，一般進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間都是有限的，或者在有限的時(shí)間內(nèi)完成處理工

70、作，或者被內(nèi)核或其他進(jìn)程殺死，即進(jìn)程運(yùn)行的終點(diǎn)都是終止。終止的進(jìn)程不會(huì)在運(yùn)行，它所占用的系統(tǒng)資源應(yīng)該被釋放，如內(nèi)存、堆棧、task_struct結(jié)構(gòu)等。</p><p>　　進(jìn)程的終止一般被分為兩步：</p><p>　?。?）進(jìn)程自己執(zhí)行退出操作exit，釋放被占用的系統(tǒng)資源，而后向父進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，報(bào)告自己已經(jīng)退出。</p><p>　?。?）父進(jìn)程響應(yīng)進(jìn)程退出信

71、號(hào)，執(zhí)行回收操作wait，找到已經(jīng)終止的子進(jìn)程，回收其中的統(tǒng)計(jì)信息，釋放其task_struct結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)堆棧，從而徹底將系統(tǒng)注銷(xiāo)。</p><p><b>　　二、存儲(chǔ)器管理</b></p><p>　　Linux是為多用戶(hù)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，所以存儲(chǔ)資源要被多個(gè)進(jìn)程有效共享，Linux內(nèi)存管理的設(shè)計(jì)充分利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所提供的虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬存儲(chǔ)器管理。

72、</p><p>　　1、虛擬空間、內(nèi)核空間和用戶(hù)空間 </p><p>　　Linux將這4GB的空間分為兩個(gè)部分，最高的1GB供內(nèi)核使用，稱(chēng)為“內(nèi)核空間”，較低的3GB，供各個(gè)進(jìn)程使用，稱(chēng)為“用戶(hù)空間”。因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入內(nèi)核，因此，Linux內(nèi)核空間由系統(tǒng)內(nèi)的所有進(jìn)程共享，于是，從具體的進(jìn)程角度來(lái)看，每個(gè)進(jìn)程可以擁有4GB的虛擬地址空間（也叫虛擬內(nèi)存）

73、 </p><p>　　圖1 進(jìn)程虛擬地址空間圖</p><p>　　由圖可以看出，每個(gè)進(jìn)程有各自的私有用戶(hù)空間（0~3GB），這個(gè)空間對(duì)系統(tǒng)的其他進(jìn)程是不可見(jiàn)的。最高的1GB內(nèi)核空間為所有進(jìn)程及內(nèi)核所共享。</p><p>　　1.1內(nèi)存空間到物理內(nèi)存的映射</p><p>　　內(nèi)核空間內(nèi)所有進(jìn)程都是共享的，其中存放的是內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)

74、，而進(jìn)程的用戶(hù)空間中存放的是用戶(hù)程序的代碼和數(shù)據(jù)。 </p><p>　　圖2 內(nèi)核的虛擬地址空間到物理地址空間的映射圖</p><p>　　3GB在Linux中叫PAGE_OFFSET，對(duì)于內(nèi)核空間而言，給定一個(gè)虛地址x，其物理地址為x-PAGE_OFFSET,給定一個(gè)物理地址x，其虛地址為x+PAGE_OFFSET。</p><p><b>　　1.

75、2內(nèi)核映像</b></p><p>　　內(nèi)核的代碼和數(shù)據(jù)叫內(nèi)核映像。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，Linux內(nèi)核映像裝入在物理地址0x00100000開(kāi)始的地方，即1MB開(kāi)始的區(qū)間，這1MB用來(lái)存放一些與系統(tǒng)硬件相關(guān)的代碼和數(shù)據(jù)，內(nèi)核只占用從 0x00100000開(kāi)始到start_men結(jié)束的一段區(qū)域。從start_men到end_men這段區(qū)域叫動(dòng)態(tài)內(nèi)存，是用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)使用的內(nèi)存區(qū)。</p><

76、;p>　　0 0x100000 start_men end_men</p><p>　　系統(tǒng)啟動(dòng)后的物理內(nèi)存布局</p><p>　　由于在鏈接時(shí)，所有符號(hào)地址都加了PAGE_OFFSET，這樣，內(nèi)核映像在內(nèi)存的起始地址為0xC0100000。</p><p>　　2、 進(jìn)程的用戶(hù)空間管理&

77、lt;/p><p>　　2.1 進(jìn)程用戶(hù)空間的描述</p><p>　　一個(gè)進(jìn)程的用戶(hù)地址空間主要由兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述。一個(gè)是mm_struct結(jié)構(gòu)，它對(duì)進(jìn)程的整個(gè)用戶(hù)空間進(jìn)行描述，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存描述符；另一個(gè)是vm_area_structs結(jié)構(gòu)，它對(duì)用戶(hù)空間的虛存區(qū)進(jìn)行描述。</p><p>　　圖3 虛存區(qū)的操作函數(shù)圖</p><p>　　2.2

78、進(jìn)程用戶(hù)空間的創(chuàng)建</p><p>　　當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程時(shí)，拷貝或共享進(jìn)程的用戶(hù)空間，具體地說(shuō)就是內(nèi)核調(diào)用copy_mm()函數(shù)。該函數(shù)通過(guò)建立新進(jìn)程的所有頁(yè)表和mm_struct結(jié)構(gòu)來(lái)創(chuàng)建進(jìn)程的用戶(hù)空間，通常每個(gè)進(jìn)程都有自己的用戶(hù)空間，但是調(diào)用clone（）函數(shù)創(chuàng)建內(nèi)核線(xiàn)程時(shí)共享父進(jìn)程的用戶(hù)空間。進(jìn)程用戶(hù)空間的創(chuàng)建主要依賴(lài)于父進(jìn)程，而且，在創(chuàng)建的過(guò)程中所作的工作僅僅是mm_struct結(jié)構(gòu)的建立、vm_area

79、_struct結(jié)構(gòu)的建立以及頁(yè)目錄和頁(yè)表的建立，并沒(méi)有真正復(fù)制一個(gè)物理頁(yè)面，這是為什么Linux內(nèi)核能迅速地創(chuàng)建進(jìn)程的原因之一。</p><p><b>　　2.3虛存映射</b></p><p>　　當(dāng)調(diào)用exec（）系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)始執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程的可執(zhí)行映像（包括代碼段、數(shù)據(jù)段）必須裝入進(jìn)程的用戶(hù)地址空間。如果該進(jìn)程用到了任何一個(gè)共享庫(kù)，則共享庫(kù)也必須裝入到進(jìn)程

80、的用戶(hù)空間。將映像鏈接到用戶(hù)空間的方法被稱(chēng)為“虛存映射”，也就是把文件從磁盤(pán)映射到進(jìn)程的用戶(hù)空間，這樣把對(duì)文件的訪(fǎng)問(wèn)轉(zhuǎn)化為對(duì)虛存區(qū)的訪(fǎng)問(wèn)。有兩種類(lèi)型的虛存映射：</p><p>　　共享的：有幾個(gè)進(jìn)程共享這一映射，也就是說(shuō)，如果一個(gè)進(jìn)程對(duì)共享的虛存區(qū)進(jìn)行寫(xiě)，其他的進(jìn)程都能感覺(jué)到，而且會(huì)修改磁盤(pán)上的對(duì)應(yīng)文件。</p><p>　　私有的：進(jìn)程創(chuàng)建的這種映射只為了讀文件，而不是寫(xiě)文件，因此對(duì)虛

81、存區(qū)的寫(xiě)操作不會(huì)修改磁盤(pán)上的文件，因此，私有映射的效率比共享映射的要高。 </p><p>　　如果映射與文件無(wú)關(guān)，叫做匿名映射。</p><p>　　2.4與用戶(hù)相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用</p><p>　　表1 與用戶(hù)相關(guān)的主要系統(tǒng)調(diào)用表</p><p>　　如何調(diào)用mmap（），其原型為：</p><p>　　Vo

82、id*mmap（void*start，int length，int prot，int flags，int fd，int offset）</p><p>　　其中參數(shù)fd代表一個(gè)已打開(kāi)的文件，offset為文件的起點(diǎn)，而start為映射到用戶(hù)空間的起始地址，length為長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位）。參數(shù)prot表示對(duì)映射區(qū)間的 訪(fǎng)問(wèn)模式，如可寫(xiě)、可讀、可執(zhí)行等，而flags用于以下控制目的。</p><

83、;p>　　MAP_SHARED:與子進(jìn)程共享虛存區(qū)。</p><p>　　MAP_PRIVATE:子進(jìn)程對(duì)這個(gè)虛存區(qū)是“寫(xiě)時(shí)復(fù)制”。</p><p>　　MAP_LOCKED:鎖定這個(gè)虛存區(qū)，不能交換</p><p>　　MAP_ANONYMOUS:匿名區(qū)，與文件無(wú)關(guān)</p><p><b>　　請(qǐng)頁(yè)機(jī)制</b>&

84、lt;/p><p>　　當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，CPU訪(fǎng)問(wèn)的地址是用戶(hù)空間的虛地址。Linux采用請(qǐng)頁(yè)機(jī)制來(lái)節(jié)約物理內(nèi)存，它僅僅把當(dāng)前要使用的用戶(hù)空間的少量頁(yè)裝入物理內(nèi)存。</p><p>　　3.1缺頁(yè)異常處理程序</p><p>　　當(dāng)一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，如果CPU訪(fǎng)問(wèn)到一個(gè)有效的虛地址，但是這個(gè)地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)沒(méi)有在內(nèi)存中，則CPU產(chǎn)生一個(gè)缺頁(yè)異常，同時(shí)將這個(gè)虛地址存入寄存器，

85、然后調(diào)用缺頁(yè)異常處理程序do_page_fault（），do_page_fault（）函數(shù)首先讀取引起缺頁(yè)的虛地址，如果沒(méi)找到，則說(shuō)明訪(fǎng)問(wèn)了非法虛地址，Linux會(huì)發(fā)送信號(hào)終止進(jìn)程。</p><p>　　缺頁(yè)異?？隙ㄒl(fā)生在內(nèi)核態(tài)，如果發(fā)生在用戶(hù)態(tài)，則必定是錯(cuò)誤的，把相關(guān)信息保存在進(jìn)程的PCB中。如果這個(gè)虛存區(qū)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限與引起缺頁(yè)異常的訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型相匹配，則調(diào)用handel_mm_fault函數(shù)，該函數(shù)確定如何給進(jìn)程

86、分配一個(gè)新的物理頁(yè)面如下。</p><p>　　如果被訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)不在內(nèi)存，那么，內(nèi)核分配一個(gè)新的頁(yè)面并適當(dāng)?shù)爻跏蓟?，這種技術(shù)叫“請(qǐng)求調(diào)頁(yè)”。</p><p>　　有兩種原因，被尋址的頁(yè)可以不在主存中：進(jìn)程永遠(yuǎn)也沒(méi)有訪(fǎng)問(wèn)到這個(gè)頁(yè)，內(nèi)核能夠識(shí)別這種情況，這是因?yàn)轫?yè)表相應(yīng)的表項(xiàng)被填充為0.宏pite_none用來(lái)判斷這種情況，如果頁(yè)表項(xiàng)為空返回1，否則返回0；進(jìn)程已經(jīng)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)這個(gè)頁(yè)，但是這個(gè)頁(yè)的內(nèi)容

87、被臨時(shí)保存在磁盤(pán)上，內(nèi)核能夠識(shí)別這種情況，因?yàn)橄鄳?yīng)的表項(xiàng)沒(méi)有被填充為0。在其他情況下，當(dāng)頁(yè)從未被訪(fǎng)問(wèn)時(shí)調(diào)用do_no_page()函數(shù)。do_no_page()函數(shù)通過(guò)檢查虛存區(qū)描述符的nopage域來(lái)確定這一點(diǎn)，如果也與文件建立了映射關(guān)系，則nopage域就指向一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)把所缺的頁(yè)表調(diào)入內(nèi)存。當(dāng)nopage域?yàn)镹ULL，虛存區(qū)沒(méi)有映射磁盤(pán)文件，它是一個(gè)匿名映射，do_no_page()調(diào)用do_anonymous_page()函

88、數(shù)獲一個(gè)新的界面，分別處理寫(xiě)請(qǐng)求和讀請(qǐng)求。當(dāng)處理寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，調(diào)用_get_free_page()分配一個(gè)新的頁(yè)面，并把新頁(yè)面填為0。</p><p>　　如果被訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)已在內(nèi)存但標(biāo)為只讀，內(nèi)核分配一個(gè)新的頁(yè)面并把舊頁(yè)面的數(shù)據(jù)拷貝到新頁(yè)面上初始化它，被稱(chēng)為“寫(xiě)時(shí)復(fù)制”。寫(xiě)時(shí)復(fù)制是一種可以推遲甚至免除拷貝數(shù)據(jù)的技術(shù)。內(nèi)核此時(shí)并不復(fù)制整個(gè)進(jìn)程空間，而是讓父進(jìn)程和子進(jìn)程共享同一個(gè)拷貝。</p><p&g

89、t;　　否 是</p><p>　　是 否</p><p>　　是 否</p><p>　　是 否</p><p>　　否 是

90、否</p><p><b>　　是</b></p><p>　　是 否</p><p>　　是 否 </p><p>　　否 是 </p><p><b>　　是&l

91、t;/b></p><p>　　圖4 缺頁(yè)異常處理程序流程圖</p><p>　　物理內(nèi)存的分配與回收</p><p>　　4.1頁(yè)描述符和伙伴算法</p><p>　　Struct page結(jié)構(gòu)表示系統(tǒng)的每個(gè)物理頁(yè)，也叫頁(yè)描述符。系統(tǒng)中的每個(gè)物理頁(yè)面都要分配這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體。要管理系統(tǒng)中很多的物理頁(yè)面，可以采用最簡(jiǎn)單的數(shù)組結(jié)構(gòu)：&l

92、t;/p><p>　　Struct page *men_map; </p><p>　　在內(nèi)核代碼中，men_map是一個(gè)全局變量，它描述了系統(tǒng)中的全部物理頁(yè)面。</p><p>　　由于頻繁地請(qǐng)求和釋放不同大小一組連續(xù)頁(yè)面，會(huì)導(dǎo)致外碎片，所以要分配一個(gè)大的連續(xù)頁(yè)面無(wú)法滿(mǎn)足，Linux采用著名的伙伴算法來(lái)解決外碎片問(wèn)題?；锇橄到y(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)叫做free_ar

93、ea數(shù)組。滿(mǎn)足以下條件的兩個(gè)塊成為伙伴即兩個(gè)塊的大小相同；兩個(gè)塊的物理地址連續(xù)?；锇樗惴ò褲M(mǎn)足以上兩個(gè)條件的兩個(gè)塊合并為一個(gè)塊，該算法是迭代算法，如果合并后的塊還可以跟相鄰的塊進(jìn)行合并，那么該算法就繼續(xù)合并。</p><p>　　4.2物理頁(yè)面的分配</p><p>　　Linux中采用伙伴算法有效地分配和回收物理頁(yè)塊，該算法試圖分配一個(gè)或多個(gè)連接物理頁(yè)面組成的內(nèi)存塊，大小為1頁(yè)，2頁(yè)或4

94、頁(yè)等。只要系統(tǒng)有滿(mǎn)足需要的足夠的空閑頁(yè)面，就會(huì)在free_area數(shù)組中查找滿(mǎn)足需要大小的的一個(gè)頁(yè)塊。函數(shù)_get_free_pages用于物理頁(yè)塊的分配，其定義如下：</p><p>　　Unsigned long_get_free_pages（int gfp_mask，unsigned long order）</p><p><b>　　{ </b></p&

95、gt;<p>　　struct page *page; </p><p>　　VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0); </p><p>　　page = alloc_pages(gfp_mask, order); </p><p>　　if (!page) </p><p>

96、;　　return 0; </p><p>　　return (unsigned long) page_address(page); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　Gfp_mask 是分配標(biāo)志，order是指數(shù)，所請(qǐng)求的頁(yè)塊大小為2的order次冪個(gè)物理頁(yè)面，即塊的索引。</p><p>

97、;　　該函數(shù)所做的工作主要是檢查所請(qǐng)求的頁(yè)塊大小是否滿(mǎn)足；檢查系統(tǒng)中空閑物理頁(yè)的總數(shù)是否低于允許的下界；正常分配；換頁(yè)，通過(guò)調(diào)用函數(shù)try_to_free_pages()啟動(dòng)換頁(yè)進(jìn)程。</p><p>　　4.3物理頁(yè)面的回收 </p><p>　　分配頁(yè)塊的過(guò)程中將大的頁(yè)塊分為小的頁(yè)塊，會(huì)使內(nèi)存更為零散。頁(yè)分配與頁(yè)回收的過(guò)程相反，它會(huì)盡可能把小頁(yè)塊合并成大的頁(yè)塊。</p>

98、<p>　　函數(shù)free_pages用于頁(yè)塊的回收，定義如下：</p><p>　　Void free_pages(unsigned long addr,unsigned long order)</p><p>　　{ if (addr != 0) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　

99、　VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr)); </p><p>　　__free_pages(virt_to_page((void *)addr), order); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><

100、p>　　自此我們知道伙伴算法分配內(nèi)存時(shí)，每次至少分配一個(gè)頁(yè)面，當(dāng)我們需要的內(nèi)存少于一個(gè)頁(yè)面時(shí)，或者更小的數(shù)據(jù)時(shí)，該如何做？Linux引入了slab分配模式。</p><p>　　4.4slab分配模式</p><p>　　slab的主要思想是對(duì)內(nèi)核數(shù)據(jù)進(jìn)行頁(yè)面分配時(shí)，首先要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化，用完之后就要回收。對(duì)小對(duì)象的分配，它們會(huì)在系統(tǒng)生命周期內(nèi)進(jìn)行無(wú)數(shù)次分配。slab 緩存分配

101、器通過(guò)對(duì)類(lèi)似大小的對(duì)象進(jìn)行緩存而提供這種功能，從而避免了常見(jiàn)的碎片問(wèn)題。slab 分配器還支持通用對(duì)象的初始化，從而避免了為同一目而對(duì)一個(gè)對(duì)象重復(fù)進(jìn)行初始化。最后，slab 分配器還可以支持硬件緩存對(duì)齊和著色，這允許不同緩存中的對(duì)象占用相同的緩存行，從而提高緩存的利用率并獲得更好的性能。</p><p>　　緩沖區(qū)的創(chuàng)建通過(guò)kmem_cache_create()建立，其原型如下：</p><p

102、>　　struct kmem_cache *kmem_cache_create( const char *name, size_t size, size_t offset,</p><p>　　unsigned long c_flags; void (*ctor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long), void (*dtor)(void*, struct k

103、mem_cache *, unsigned long)); </p><p>　　其中name為緩沖區(qū)的名字，size為對(duì)象的大小，offset參數(shù)定義了每個(gè)對(duì)象必需的對(duì)齊。 c_flags 參數(shù)指定了為緩存啟用的選項(xiàng)。其可能取值SLAB_HWCACHE_ALIGN表示與第一個(gè)緩沖區(qū)中的緩沖行邊界對(duì)齊；SLAB_NO_REAP表示允許系統(tǒng)回收內(nèi)存；SLAB_CACHE_DMA表示使用的是DMA內(nèi)存（DMA是直接存

104、儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)的縮寫(xiě)，他允許不同速度的硬件裝置來(lái)溝通，而不需要依于 CPU 的大量 中斷 負(fù)載）；最后兩個(gè)函數(shù)分別是構(gòu)造函數(shù)（用于對(duì)數(shù)據(jù)初始化）和析構(gòu)函數(shù)（用于對(duì)數(shù)據(jù)回收處理）。其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)kmem_cache是用來(lái)對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行管理的。</p><p>　　緩沖區(qū)的分配與釋放函數(shù)分別如下：</p><p>　　kmem_cache_alloc(struct

105、 kmem_cache *cachep, gfp_t flags);</p><p>　　kmem_cache_free(struct kmem_cache *cachep, void *objp) </p><p>　　內(nèi)核函數(shù) kmem_cache_destroy 用來(lái)銷(xiāo)毀緩存。這個(gè)調(diào)用是由內(nèi)核模塊在被卸載時(shí)執(zhí)行的。在調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)，緩存必須為空。</p><p&g

106、t;　　void kmem_cache_destroy( struct kmem_cache *cachep );</p><p><b>　　通用緩沖區(qū)：</b></p><p>　　通用緩沖區(qū)中分配和釋放緩沖區(qū)的函數(shù)為：</p><p>　　void *kmalloc(size_t,int flags );</p><p

107、>　　void kfree(const void *objp);</p><p>　　當(dāng)然還有其他函數(shù)來(lái)輔助slab完成任務(wù)。kmem_cache_size 函數(shù)會(huì)返回這個(gè)緩存所管理的對(duì)象的大小。您也可以通過(guò)調(diào)用 kmem_cache_name 來(lái)檢索給定緩存的名稱(chēng)（在創(chuàng)建緩存時(shí)定義）。具體函數(shù)原型如下：</p><p>　　unsigned int kmem_cache_size(

108、 struct kmem_cache *cachep ); const char *kmem_cache_name( struct kmem_cache *cachep );</p><p>　　4.5內(nèi)核空間非連續(xù)內(nèi)存區(qū)分配</p><p>　　非連續(xù)內(nèi)存的線(xiàn)性地址空間是從VMALLOC_START~VMALLOC_END,共128MB大小。當(dāng)內(nèi)核需要用vmalloc類(lèi)的函數(shù)進(jìn)行非連續(xù)內(nèi)

109、存分配時(shí)，就會(huì)申請(qǐng)一個(gè)vm_struct結(jié)構(gòu)來(lái)描述對(duì)應(yīng)的vmalloc區(qū)，若分配多個(gè)vmalloc的內(nèi)存區(qū)，那么相鄰兩個(gè)vmalloc區(qū)之間的間隔大小至少為4KB，即至少是一個(gè)頁(yè)框大小PAGE——SIZE。內(nèi)核中描述非連續(xù)區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是struct vm_struct：</p><p>　　struct vm_struct {        

110、;    struct vm_struct *next;                 void *addr;              </p><p>　　unsigned lo

111、ng size;            </p><p>　　unsigned long flags;                       struct page **pages; &

112、#160;                 unsigned int nr_pages;               phys_addr_t phys_addr;       

113、;        const void *caller;        };  內(nèi)核中用get_vm_area函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的非連續(xù)區(qū)結(jié)構(gòu)，在該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中又會(huì)調(diào)用kmallloc函數(shù)和kfree函數(shù)分別為vm_struct結(jié)構(gòu)分配和釋放所需的內(nèi)存。vmalloc給內(nèi)核分配一個(gè)非連續(xù)的內(nèi)存區(qū)，其原型為: 

114、            void *vmalloc(unsigned long size)       函數(shù)首先把size參數(shù)取為頁(yè)面的大小(即4KB)的倍數(shù)，然后進(jìn)行有效性檢查，若有大小適合的可用內(nèi)存，就調(diào)用get_vm_area()獲得一個(gè)內(nèi)存區(qū)的結(jié)構(gòu)，最后會(huì)調(diào)用vmalloc_area_pages()進(jìn)行真正的

115、的非連續(xù)內(nèi)存的分配，該函數(shù)實(shí)際上建立了非連續(xù)內(nèi)存到物理頁(yè)</p><p><b>　　交換機(jī)制 </b></p><p>　　當(dāng)物理內(nèi)存出現(xiàn)不足時(shí) ，Linux內(nèi)存管理子系統(tǒng)需要釋放部分物理內(nèi)存頁(yè)面。這一任務(wù)由內(nèi)核的交換守護(hù)進(jìn)程kswapd，該守護(hù)進(jìn)程實(shí)際是一個(gè)內(nèi)核線(xiàn)程，它在內(nèi)核初始化時(shí)啟動(dòng)，并周期性地運(yùn)行。在Linux中用于交換的磁盤(pán)空間叫做交換文件或交換區(qū)。<

116、;/p><p><b>　　文件管理</b></p><p>　　系統(tǒng)調(diào)用（trap）</p><p><b>　　I/O請(qǐng)求</b></p><p>　　圖5 文件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　文件系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)化管理塊設(shè)備上的數(shù)據(jù)的機(jī)制。它通過(guò)文件和目錄等概念，是管理設(shè)

117、備上的數(shù)據(jù)成為可能。Linux文件系統(tǒng)是由兩大模塊構(gòu)成的：(一)VFS虛擬文件系統(tǒng)。(二)具體的文件系統(tǒng)。而文件系統(tǒng)主要有文件系統(tǒng)的建立，文件系統(tǒng)的安裝與卸載，文件的注冊(cè)與注銷(xiāo)這幾個(gè)部分，基于文件系統(tǒng)的概念又可以把數(shù)據(jù)成分分為數(shù)據(jù)、記錄和文件三級(jí)。</p><p>　　文件結(jié)構(gòu)是文件存放磁盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備上的組織方法，只要體現(xiàn)在對(duì)文件和目錄的組織上。目錄提供了管理文件的一個(gè)方便而有效的途徑。Linux采用的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

118、最上層是根目錄，其他所有目錄都是從根目錄出發(fā)而生成的。</p><p><b>　　/（根目錄）</b></p><p>　　Bin dev etc home lib sbin tmp root mnt proc usr var</p><p>　　Linux下主要目錄的功能：</p><p>　

119、　/bin 存放二進(jìn)制可執(zhí)行文件。</p><p>　　/dev 存放設(shè)備文件。</p><p>　　/etc 存放系統(tǒng)管理和配置文件。</p><p>　　/home 用戶(hù)主目錄的幾點(diǎn)，如用戶(hù)usr的主目錄就是/usr。</p><p>　　/lib 標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)庫(kù)，又叫動(dòng)態(tài)鏈接共享庫(kù)。</p><p>　

120、　/sbin 系統(tǒng)管理命令目錄，存放的是系統(tǒng)管理員使用的管理程序。</p><p>　　/tmp 公用的臨時(shí)文件目錄。</p><p>　　/root 系統(tǒng)管理員的主目錄。</p><p>　　/mnt 用于用戶(hù)零食安裝其他文件系統(tǒng)的目錄。</p><p>　　/proc 虛擬的目錄，是系統(tǒng)內(nèi)存的映射?？芍苯釉L(fǎng)問(wèn)這個(gè)目錄來(lái)獲取系統(tǒng)信

121、息。</p><p>　　/var 某些大文件的溢出區(qū)，存放例如各種服務(wù)的日志文件。</p><p>　　/usr 最龐大的目錄，會(huì)用到的應(yīng)用程序和文件幾乎都在這個(gè)目錄下。</p><p><b>　　文件類(lèi)型</b></p><p>　　·常規(guī)文件 供計(jì)算機(jī)用戶(hù)和曹組系統(tǒng)存放數(shù)據(jù)、程序等信息的文件。<

122、;/p><p>　　·目錄文件 Linux文件系統(tǒng)將文件索引節(jié)點(diǎn)號(hào)和文件同時(shí)保存在目錄中。</p><p>　　·設(shè)備文件 Linux把所有的外設(shè)都當(dāng)作文件來(lái)處理。</p><p>　　·管道文件 主要用于在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)。</p><p>　　·鏈接文件 提供了共享文件的一種方法。</p>

123、<p><b>　　設(shè)備管理</b></p><p>　　系統(tǒng)中有兩種設(shè)備文件：塊設(shè)備文件和字符設(shè)備文件。第三種設(shè)備類(lèi)型是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它是兼有塊設(shè)備屬性和字符設(shè)備屬性的特殊設(shè)備，但并不用文件來(lái)表示?；镜耐ㄓ脡K設(shè)備有open、close（或release）和ioct1函數(shù)，以及最重要的request函數(shù)。字符設(shè)備與塊設(shè)備不同，字符設(shè)備用于傳送數(shù)據(jù)流。所有串行設(shè)備都是字符設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

124、兼有塊設(shè)備和字符設(shè)備的一些屬性，通常被認(rèn)為是一組特殊的設(shè)備。與字符設(shè)備類(lèi)似，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)在物理層上串行傳輸。</p><p>　　輸入輸出:Linux內(nèi)核可以運(yùn)行與一個(gè)或多個(gè)處理器上。處理器為系統(tǒng)中其余部分提供的接口離不開(kāi)硬件的支持。在硬件依賴(lài)性極強(qiáng)的底層，內(nèi)核使用匯編語(yǔ)言指令與這些設(shè)備“對(duì)話(huà)”。通過(guò)將對(duì)頂層虛擬文件系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)為底層想物理介質(zhì)寫(xiě)入二進(jìn)制位，來(lái)分析Linux內(nèi)核如何將軟硬件結(jié)合起來(lái)。</

125、p><p>　　廣義上說(shuō)，操作系統(tǒng)包括內(nèi)核和運(yùn)行在內(nèi)核之上的所有工具軟件，如瀏覽器等。狹義上說(shuō)，操作系統(tǒng)就是內(nèi)核，其余軟件都是應(yīng)用程序。一個(gè)操作系統(tǒng)可以擁有許許多多的應(yīng)用程序，但卻只有一個(gè)內(nèi)核。</p><p>　　為了管理資源、提供服務(wù)，在內(nèi)核中需要實(shí)現(xiàn)許多程序，如各種中斷的處理程序、各種服務(wù)請(qǐng)求的處理程序、各種資源的管理程序、各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等。為了實(shí)現(xiàn)這些程序，在內(nèi)核中還需要定義多種數(shù)

126、據(jù)結(jié)構(gòu)。由于操作系統(tǒng)內(nèi)核完成的都是核心管理工作，因而內(nèi)核本身必須被嚴(yán)格地保護(hù)起來(lái)，以免被破壞。另外，操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序的能力也應(yīng)該有所區(qū)別，有些工作只能在內(nèi)核中做，不應(yīng)由應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　人們?cè)谟?jì)算機(jī)上使用程序，操作系統(tǒng)內(nèi)核的唯一任務(wù)就是幫助這些程序運(yùn)行。所有操作系統(tǒng)內(nèi)核本身從來(lái)沒(méi)有主動(dòng)做任何事，它僅僅是等待應(yīng)用程序請(qǐng)求某些資源或者請(qǐng)求硬盤(pán)上的某些文件或者請(qǐng)求程序把它們連接到外部世界等等，

127、然后操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)了，它干預(yù)并且試圖讓人們更容易地運(yùn)行程序。</p><p><b>　　【結(jié)束語(yǔ)】 </b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)由小組成員一起討論，合作完成。大家結(jié)合課本及平時(shí)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，討論出算法的可行性、各個(gè)變量，函數(shù)使用，結(jié)構(gòu)定義和界面安排等。然后根據(jù)討論結(jié)果確定主要變量、結(jié)構(gòu)體和主要函數(shù)等編寫(xiě)出程序。通過(guò)大家之間的合作與討論，互補(bǔ)不足，解決了很

128、多編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題，同時(shí)也使我們對(duì)動(dòng)靜態(tài)優(yōu)先權(quán)，搶占式和非搶占式等操作系統(tǒng)知識(shí)都有了更深刻的了解。除了課本上的知識(shí)，我們更學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性和上機(jī)實(shí)踐對(duì)學(xué)習(xí)的幫助。 </p><p>　　動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)算法保證了緊急任務(wù)的高優(yōu)先權(quán)先處理，同時(shí)彌補(bǔ)了靜態(tài)優(yōu)先權(quán)事先設(shè)置數(shù)值不能完全適合每一個(gè)時(shí)刻的缺點(diǎn)，動(dòng)態(tài)賦值，更加的靈活。</p><p>　　在選做題的Linux內(nèi)核分析設(shè)計(jì)中，我們小

129、組成員根據(jù)Linux操作系統(tǒng)的幾個(gè)重要功能分工合作去圖書(shū)館查閱資料，根據(jù)內(nèi)容畫(huà)圖整理，最后進(jìn)行匯總，從而使得小組成員對(duì)操作系統(tǒng)的各個(gè)功能都有了全面系統(tǒng)的了解，收獲很大。</p><p><b>　　【參考資料】</b></p><p>　　[1]郭玉東，尹青，董衛(wèi)宇．Linux原理與結(jié)構(gòu)[M]．西安：電子科技大學(xué)出版社，2012． </p><p&

130、gt;　　[2]陳莉君，康華．Linux操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2012．</p><p>　　[3]何炎祥，李飛，李寧．計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)[M]．北京:清華大學(xué)出版社，2011．</p><p>　　[4]陳莉君，賀炎，劉霞林．Linux內(nèi)核編程[M]．北京：人民郵電大學(xué)出版社，2011．</p><p>　　[5]吳小平，羅俊松．操作系統(tǒng)．[