操作系統(tǒng)第9章 Linux系統(tǒng)

1、 1 2 3 4 5 系系 統(tǒng)統(tǒng) 調(diào)調(diào) 用用 界界 面面 程程 序序 庫庫 進程通信進程通信 進程調(diào)度進程調(diào)度 存儲管理存儲管理 文件子系統(tǒng)文件子系統(tǒng) 高速緩沖高速緩沖 字符設(shè)備字符設(shè)備 塊設(shè)備塊設(shè)備 設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序 用戶程序用戶程序 硬硬 件件 控控 制制 硬硬 件件 用戶級用戶級 核心級核心級 硬件層硬件層 進程管理與存儲管理進程管理與存儲管理 網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動 Linux系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)示意圖 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 abc(); abc(); syscall; system_call: sys_abc SYSEXI

2、T sysabc() 用戶態(tài)用戶態(tài)核心態(tài)核心態(tài) 用戶程序 系統(tǒng)調(diào)用 在libc標(biāo)準庫 中的封裝例程 系統(tǒng)調(diào)用 處理程序 系統(tǒng)調(diào)用 服務(wù)例程 Linux系統(tǒng)調(diào)用過程 16 int main() getuid(); int getuid(void) long_res; int $0 x80; ENTRY(system_call) pushl % esx SAVE_ALL GET_CURRENT(%ebx) call sys_getuid16 RESTORE_ALL asmlinkage long sys_getuid16(void) return high2lowuid (current_uid)

3、; 用戶程序用戶程序系統(tǒng)調(diào)用處理程序系統(tǒng)調(diào)用處理程序標(biāo)準標(biāo)準C庫庫內(nèi)核例程內(nèi)核例程 getuid系統(tǒng)調(diào)用過程 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 指向進程基本控制塊的指針 進程狀態(tài) state 進程標(biāo)識 進程調(diào)度有關(guān)的字段 進程親屬關(guān)系的字段 指向當(dāng)前目錄的指針 指向文件描述符的指針 指向主存描述符的指針 指向信號結(jié)構(gòu)的指針 指向tty結(jié)構(gòu)的指針 task_struct thread_info 當(dāng)前目錄 文件描述符 主存描述符 所接收的信號 與進程相關(guān)的tty 指向進程隊列 prio pid tgid pgrp sessin thread_info run_

4、list tty real_parent parent children sibling fs files mm signal 進程控制塊結(jié)構(gòu) 29 進程描述符中的標(biāo)識符字段 30 31 進程描述符中的親屬關(guān)系字段 32 33 34 35 運行運行 TASKUNNING 進程調(diào)度 等待某事件 等待的 事件發(fā)生 創(chuàng)建創(chuàng)建 新進程新進程 就緒就緒 TASKUNNING 進程進程 終止終止 等待等待 TASKINTERRUPTIBLE TASKUNINTERRUPTIBLE 被搶占 創(chuàng)建 進程完成 Linux系統(tǒng)進程狀態(tài)變遷圖 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

5、48 基本時間片 = 49 表6.6 普通進程的靜態(tài)優(yōu)先級和基本時間片的典型值 更高的優(yōu)先級更高的優(yōu)先級 更高的交互性更高的交互性 更低的優(yōu)先級更低的優(yōu)先級 更低的交互性更低的交互性 最小最小 5ms 默認默認 100ms 最大最大 800ms 進程靜態(tài)優(yōu)先級與基本時間片的關(guān)系圖 50 51 52 53 54 55 *active *expired arrays0 arrays1 task task 優(yōu)先級優(yōu)先級0 優(yōu)先級優(yōu)先級139 task task 優(yōu)先級優(yōu)先級0 優(yōu)先級優(yōu)先級139 過期進過期進 程數(shù)組程數(shù)組 活動進活動進 程數(shù)組程數(shù)組 runqueue結(jié)構(gòu)中的兩個進程數(shù)組 56 57

6、 58 位位9進程鏈表進程鏈表 優(yōu)先級位圖優(yōu)先級位圖 0 1 0 1 9 位位 6 位位 9 位位 13 位位6進程鏈表進程鏈表 位位130進程鏈表進程鏈表 位位130 LinuxO(1)級進程調(diào)度算法圖解 59 60 頁目錄頁目錄 頁表頁表 頁內(nèi)位移頁內(nèi)位移 31 22 21 12 11 0 80X86分頁機構(gòu) 61 62 頁目錄頁目錄 頁表頁表 頁內(nèi)位移頁內(nèi)位移 31 22 21 12 11 0 cr3 +： +： 頁目錄表頁目錄表 頁表頁表 物理頁物理頁 + + + 由線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址 63 64 65 66 67 分區(qū)頁框分配器的組成 管理區(qū)分配器管理區(qū)分配器 每CPU頁框 高速

7、緩存 每CPU頁框 高速緩存 每CPU頁框 高速緩存 伙伴系統(tǒng) 伙伴系統(tǒng) 伙伴系統(tǒng) ZONE_DMA 主存管理區(qū) ZONE_NORMAL 主存管理區(qū) ZONE_HIGHMEM 主存管理區(qū) 68 69 70 71 72 73 主存描述符、線性區(qū)描述符與進程線性地址空間 線性地址空間線性地址空間 主存線性區(qū)域主存線性區(qū)域 vm_area_struct 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 主存描述符主存描述符 mm_struct 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) mmap 74 75 76 77 78 塊設(shè)備文件操作表 79 虛擬文件系統(tǒng)虛擬文件系統(tǒng)VFS 磁盤高速緩存 文件系統(tǒng)映射層 通用塊層 I/O調(diào)度程序 塊設(shè)備 驅(qū)動程序 塊設(shè)備 驅(qū)動程序

8、磁盤磁盤 塊設(shè)備驅(qū)動程序涉及的內(nèi)核組件 80 81 82 83 84 bio_vec結(jié)構(gòu)數(shù)組 總數(shù)為 bi_vcnt bio_idx bio_io_vec bio_vec bio_vec bio_vec bio_vec 頁頁 面面 頁頁 面面 頁頁 面面 頁頁 面面 bio結(jié)構(gòu)、bio_vec結(jié)構(gòu)數(shù)組和page結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 85 86 request_queue結(jié)構(gòu)的字段 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 write(); 用戶程序用戶程序 sys_write()文件系統(tǒng)寫方法文件系統(tǒng)寫方法 VFS虛擬文件系統(tǒng)虛擬文件系統(tǒng) 具體文件系統(tǒng)具體文件系統(tǒng) 如如Ext2 物理存儲介質(zhì)物理存儲介質(zhì) 一個用戶程序?qū)懖僮鞯膶崿F(xiàn)步驟 98 99 fs_struct結(jié)構(gòu)的主要字段 100 fs_struct結(jié)構(gòu)的主要字段 101 102 103 104 105 106 Ext2文件類型 107 108 ext2_dir_extry_2的結(jié)構(gòu) 109 110 數(shù)據(jù)塊 位圖 一個塊 引導(dǎo)塊 塊號塊號0塊號1 塊號n 超級塊組描述符 索引節(jié) 點位圖 索引節(jié) 點表 數(shù)據(jù)塊 n個塊一個塊一個塊n個塊n個塊 Ext2分區(qū)和塊組的分布