自考“操作系統(tǒng)原理”復習資料（10）

　　本章考核知識點 ：1.UNIX系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.UNIX系統(tǒng)的進程 3.UNIX系統(tǒng)的存儲管理 4.UNIX系統(tǒng)的文件系統(tǒng) 5.UNIX系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)

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

　　本章不是重點章，學習時注意結(jié)合前面章節(jié)的內(nèi)容來領會。

　　一、UNIX系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（ 領會 ）

　　1、UNIX的層次結(jié)構(gòu)。

　　UNIX可以分為 內(nèi)核層 和 外殼層 兩部分。

　　內(nèi)核層 是UNIX操作系統(tǒng)的核心，它實現(xiàn)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(tǒng)調(diào)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(huán)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(tǒng)庫等組成。

　　2、UNIX系統(tǒng)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(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用，它是內(nèi)核為外殼用戶程序提供的服務界面，也就是操作系統(tǒng)支持用戶程序正常工作的接口。

　　系統(tǒng)調(diào)用 是用戶程序請求操作系統(tǒng)為其服務的唯一形式，UNIX規(guī)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(tǒng)調(diào)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(tǒng)的進程（ 領會 ）

　　1、進程的組成：在UNIX系統(tǒng)中進程由三部分組成： 進程控制塊 、 正文段 和 數(shù)據(jù)段。

　　2、進程的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換：UNIX進程在執(zhí)行過程中由于各種原因使其狀態(tài)　不斷發(fā)生變化，且當內(nèi)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(nèi)存。進程的狀態(tài)有 運行狀態(tài) 、 就緒狀態(tài) 、 睡眠狀態(tài) 、 創(chuàng)建狀態(tài) 、 僵死狀態(tài)。

　　3、Shell進程：UNIX系統(tǒng)初始起動時為每個用戶創(chuàng)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(chuàng)建子進程去解釋執(zhí)行命令，子進程在執(zhí)行過程中可以按需要再創(chuàng)建子進程。形成一棵進程樹。

　　4）進程的創(chuàng)建： 一個進程總是使用 系統(tǒng)調(diào)用fork 來創(chuàng)建新進程，形成父子關系。 父進程 與 子進程 可以并發(fā)執(zhí)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(diào)度算法及其實現(xiàn)：在內(nèi)存 就緒 的進程中，當處理器空閑時可以競爭處理器，UNIX系統(tǒng)對進程的調(diào)度采用 動態(tài)優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法 ，優(yōu)先數(shù)大的進程其優(yōu)先權(quán)低，進程調(diào)度總是讓優(yōu)先數(shù)?。▋?yōu)先權(quán)高）的進程先占用處理器。

　　6、利用管道設施pipe實現(xiàn)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(xiàn)進程間的通信。

　　三、UNIX系統(tǒng)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(qū)域，為 對換區(qū) .當內(nèi)存中的進程要擴大內(nèi)存空間，而當前的內(nèi)存空間又不能滿足時，則可把內(nèi)存中的某些進程暫換出到對換區(qū)中，在適當?shù)臅r候又可以把它們換進內(nèi)存。因而，對換區(qū)可作為內(nèi)存的邏輯擴充，用對換技術解決進程之間的內(nèi)存競爭。 UNIX對內(nèi)存空間和對換區(qū)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(qū)段： 系統(tǒng)區(qū)段 、 進程控制區(qū)段 、 進程程序區(qū)段 .系統(tǒng)區(qū)段占用系統(tǒng)空間，系統(tǒng)空間中的程序和數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存。其余兩個區(qū)段占用進程空間，是進程中非常駐內(nèi)存部分。 通過頁表和硬件的地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)完成虛擬地址和物理地址之間的轉(zhuǎn)換。

　　四、UNIX系統(tǒng)的文件系統(tǒng)（ 領會 ）

　　1、UNIX系統(tǒng)中的邏輯文件采用流式文件組織

　　在UNIX系統(tǒng)中，文件的邏輯結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是采用索引結(jié)構(gòu)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(tǒng)分成 基本文件 和可裝卸的 子文件系統(tǒng) 兩部分。

　　2、UNIX的樹形目錄結(jié)構(gòu)： UNIX采用 樹形目錄 ，因而從用戶角度來看，UNIX文件系統(tǒng)是一個 倒樹形 的層次結(jié)構(gòu)。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(qū)），每塊為512個字節(jié)或1K字節(jié)……

　　3、UNIX系統(tǒng)中的物理文件采用索引結(jié)構(gòu)組織。 UNIX中的文件在磁盤上是按 索引結(jié)構(gòu) 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(jié)點。UNIX中每個文件有一個唯一的索引節(jié)點，索引節(jié)點靜態(tài)地存放在磁盤上，故稱為 磁盤索引節(jié)點 .當建立一個新文件時就要為該文件分配一個索引節(jié)點號和存放索引節(jié)點的盤空間。

　　活動索引節(jié)點 是為了加快文件訪問速度而在內(nèi)存中對磁盤索引節(jié)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(jié)點復制到 活動索引表中 ，這樣才能根據(jù)文件的控制和管理信息實現(xiàn)相應的操作。在活動索引表中的節(jié)點被稱為 活動索引節(jié)點 。

　　5、UNIX系統(tǒng)中基本文件操作：通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)，文件操作類的系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)（基本文件系統(tǒng)或子文件系統(tǒng)）的磁盤空間可分成幾個部分： 一、 引導塊 二、 超級塊 三、 索引節(jié)點區(qū) 四、 文件存儲區(qū) .

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

　　五、UNIX系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)（ 領會 ）

　　1、塊設備和字符設備

　　塊設備 以 塊為單位 每次與內(nèi)存交換一組信息。 字符設備 以 字節(jié)為單位 與內(nèi)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(tǒng)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(xiàn)設備的讀寫操作。對寫操作，驅(qū)動程序分配一個“緩沖區(qū)”，先從用戶空間把信息拷貝到緩沖區(qū)，再從緩沖區(qū)輸出到設備；對讀操作，先從設備接收信息到緩沖區(qū)，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(shù)，提高整個系統(tǒng)的吞吐率。

　　4、塊設備的管理： 塊設備來與文件系統(tǒng)之間有一個接口實現(xiàn)對緩沖區(qū)的管理，通過 啟動驅(qū)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：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(jié)數(shù)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(qū)容量較小的、易管理的字符緩沖技術。