2012年自考工學類“操作系統原理”復習資料(9)

更新時間：2012-10-30 11:30:53 來源：|0

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　　自學要求：在學習操作系統基本工作原理的基礎上，了解一個具體操作系統UNIX的實現方法。

　　本章不是重點章，學習時注意結合前面章節的內容來領會。

　　一、UNIX系統結構(領會)

　　1、UNIX的層次結構。

　　UNIX可以分為內核層和外殼層兩部分。

　　內核層是UNIX操作系統的核心，它實現存儲管理、文件管理、設備管理、進程管理等功能并為外殼層提供系統調用。

　　外殼層為用戶提供各種操作命令(UNIX把它們稱為shell命令)和程序設計環境。外殼層由shell解釋程序、支持程序設計的各種語言(如C、PASCAL和BASIC等)、編譯程序和解釋程序、實用程序和系統庫等組成。

　　2、UNIX系統的主要特點。

　　短小精悍

　　簡潔有效

　　易移植

　　可擴充

　　開放性

　　3、UNIX的程序員接口和用戶接口。

　　UNIX的程序員接口就是其內核提供的系統調用，它是內核為外殼用戶程序提供的服務界面，也就是操作系統支持用戶程序正常工作的接口。

　　系統調用是用戶程序請求操作系統為其服務的唯一形式，UNIX規定用戶程序用“trap”指令請求服務。

　　UNIX的中粗略地分為三類：文件操作類、進程控制類和信號與時間類。

　　shell命令是終端用戶與UNIX的接口。因為用戶不能直接使用系統調用，而只能使用外殼層的用戶程序。一個在終端上登錄成功的用戶可以用UNIX提供的shell命令來得到用戶程序。

　　二、UNIX系統的進程(領會)

　　1、進程的組成：在UNIX系統中進程由三部分組成：進程控制塊、正文段和數據段。

　　2、進程的狀態及狀態轉換：UNIX進程在執行過程中由于各種原因使其狀態　不斷發生變化，且當內存空間不夠時可把一些進程換出到磁盤上，需要時又可把它換進內存。進程的狀態有運行狀態、就緒狀態、睡眠狀態、創建狀態、僵死狀態。

　　3、Shell進程：UNIX系統初始起動時為每個用戶創建一個shell進程，每個shell進程等待用戶輸入命令。當shell進程接收了用戶命令后再創建子進程去解釋執行命令，子進程在執行過程中可以按需要再創建子進程。形成一棵進程樹。

　　4)進程的創建：一個進程總是使用系統調用fork來創建新進程，形成父子關系。父進程與子進程可以并發執行，子進程可以共享父進程的正文段和已打開的文件。

　　5、進程調度算法及其實現：在內存就緒的進程中，當處理器空閑時可以競爭處理器，UNIX系統對進程的調度采用動態優先數調度算法，優先數大的進程其優先權低，進程調度總是讓優先數小(優先權高)的進程先占用處理器。

　　6、利用管道設施pipe實現進程間的通信：UNIX的管道機制pipe是連接在進程間的共享文件，稱為pipe文件。通過管道機制對進程讀寫pipe文件進行操作，使得一個進程可以把信息寫入pipe文件，別的進程可以從pipe文件中讀取信息，實現進程間的通信。

　　三、UNIX系統的存儲管理(領會)

　　1、對換(Swapping)技術：這就是前面我們所學的虛擬存儲器在UNIX中的應用。磁盤上設置開辟一個足夠大的區域，為對換區。當內存中的進程要擴大內存空間，而當前的內存空間又不能滿足時，則可把內存中的某些進程暫換出到對換區中，在適當的時候又可以把它們換進內存。因而，對換區可作為內存的邏輯擴充，用對換技術解決進程之間的內存競爭。UNIX對內存空間和對換區空間的管理都采用最先適應分配算法。

　　2、虛擬頁式存儲管理技術。UNIX把進程的地址空間劃分成三個功能區段：系統區段、進程控制區段、進程程序區段。系統區段占用系統空間，系統空間中的程序和數據常駐內存。其余兩個區段占用進程空間，是進程中非常駐內存部分。通過頁表和硬件的地址轉換機構完成虛擬地址和物理地址之間的轉換。

　　四、UNIX系統的文件系統(領會)

　　1、UNIX系統中的邏輯文件采用流式文件組織

　　在UNIX系統中，文件的邏輯結構是由一串順序的字符組成的流式文件，即用戶文件是不劃分記錄的。文件的物理結構是采用索引結構方式，即把文件按一定的長度分塊后存放到磁盤上。UNIX的文件系統分成基本文件和可裝卸的子文件系統兩部分。

　　2、UNIX的樹形目錄結構：UNIX采用樹形目錄，因而從用戶角度來看，UNIX文件系統是一個倒樹形的層次結構。UNIX把普通文件、目錄文件保存在磁盤上，一個具體的文件可以用路徑名確定。磁盤被分成塊(扇區)，每塊為512個字節或1K字節……

　　3、UNIX系統中的物理文件采用索引結構組織。UNIX中的文件在磁盤上是按索引結構組織的，每個文件都有一張索引表記錄文件占用的磁盤空間塊號。

　　4、UNIX的索引節點。UNIX中每個文件有一個唯一的索引節點，索引節點靜態地存放在磁盤上，故稱為磁盤索引節點。當建立一個新文件時就要為該文件分配一個索引節點號和存放索引節點的盤空間。

　　活動索引節點是為了加快文件訪問速度而在內存中對磁盤索引節點進行復制而成。若要對文件進行各種操作，則必須把相應的磁盤索引節點復制到活動索引表中，這樣才能根據文件的控制和管理信息實現相應的操作。在活動索引表中的節點被稱為活動索引節點。

　　5、UNIX系統中基本文件操作：通過系統調用實現，文件操作類的系統調用主要有creat(建立)、open(打開)、read(讀)、write(寫)、close(關閉)、link(鏈接)、unlink(刪除)等。

　　6、文件存儲空間――磁盤空間的管理(參閱第五章)：UNIX中的每一個文件系統(基本文件系統或子文件系統)的磁盤空間可分成幾個部分：一、引導塊二、超級塊三、索引節點區四、文件存儲區。

　　UNIX中可分配的磁盤空間有兩類：一類是索引節點區，另一類是存放文件的存儲區UNIX對這兩類存儲空間采用不同的管理方法。

　　五、UNIX系統的I/O系統(領會)

　　1、塊設備和字符設備

　　塊設備以塊為單位每次與內存交換一組信息。字符設備以字節為單位與內存交換信息。塊設備是用來存儲信息的設備，進程可以從塊設備上讀取所需的信息，也可以把信息保存到塊設備上。字符設備是計算機用來接收外部信息或把處理好的信息傳向外部的設備。塊設備包括硬盤、軟盤、磁帶等，字符設備包括終端、打印機等。

　　2、設備文件：UNIX系統把設備也當作文件來對待，每個設備都有一個文件名，并對它像文件那樣進行操作。

　　3、緩沖技術：這個技術就是前面我們學過的虛擬設備(SPOOL技術)在UNIX中的實際應用UNIX采用緩沖技術實現設備的讀寫操作。對寫操作，驅動程序分配一個“緩沖區”，先從用戶空間把信息拷貝到緩沖區，再從緩沖區輸出到設備;對讀操作，先從設備接收信息到緩沖區，再將信息拷貝到指定的用戶空間。這樣做的目的是為了減少啟動設備的次數，提高整個系統的吞吐率。

　　4、塊設備的管理：塊設備來與文件系統之間有一個接口實現對緩沖區的管理，通過啟動驅動程序完成相應的打開、關閉、讀和寫等操作。

　　5、字符設備的管理：字符設備管理為各種字符設備設置了一些反映它們各自工作特性的數據結構：開關表、設備表和I/O隊列等。字符設備工作速度低，一次輸入輸出要求傳送的字節數少而且不固定。所以不適宜采用塊設備管理中的緩沖技術，而是采用緩沖區容量較小的、易管理的字符緩沖技術。

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