設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)13.3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn) 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件。MINIX在頭文件driver.h中定義了塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要用到的結(jié)構(gòu)定義，它們包括：driver結(jié)構(gòu)：保存各驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行I/O操作所需調(diào)用函數(shù)的地址；13.3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn) 驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)可移植性是在MINIX中得到了相當(dāng)?shù)闹匾?，MINIX的目標(biāo)是當(dāng)它被移植到一臺(tái)機(jī)器上時(shí)，應(yīng)該能夠使用這臺(tái)機(jī)器上原先運(yùn)行的操作系統(tǒng)采用的分區(qū)表格式。在IBM兼容機(jī)上，硬盤分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)由MS-DOS的fdisk命令確定。MINIX包含了支持IBM兼容機(jī)分區(qū)的源代碼，為了方便移植，這些與平臺(tái)有關(guān)但是與具體硬件無(wú)關(guān)的代碼沒(méi)有被放在driver.

2、c文件中，而是單獨(dú)的放在drvlib.h和drvlib.c文件中。13.3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn) RAM盤在MINIX中存在一個(gè)RAM盤的概念,簡(jiǎn)而言之就是保存一局部?jī)?nèi)存作為磁盤來(lái)使用，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，它就像一個(gè)磁盤一樣。RAM盤的驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H上由四個(gè)緊密聯(lián)系的局部組成，也就是具有以下四個(gè)次設(shè)備：0:/dev/ram:真正的RAM盤，它的大小和基址在MINIX啟動(dòng)時(shí)由FS確定；1:/dev/mem:用于讀寫物理內(nèi)存，通常讀出的是起始于內(nèi)存零地址的內(nèi)容，寫操作那么會(huì)改寫中斷向量；2:/dev/kmem:用于讀寫內(nèi)核內(nèi)存，與1的功能類似；3:/dev/null:負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)拋棄掉。13.3

3、.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)2MINIX的系統(tǒng)任務(wù)MINIX中將文件管理和內(nèi)存管理摒棄在內(nèi)核之外,禁止它們把信息寫入內(nèi)核.所以，如果內(nèi)存管理系統(tǒng)想把消息通知給內(nèi)核時(shí)，就需要借助于一個(gè)第三者對(duì)內(nèi)核表?yè)碛写嫒?quán)的內(nèi)核任務(wù)的幫助，這個(gè)任務(wù)一般被稱之為系統(tǒng)任務(wù)。系統(tǒng)任務(wù)和I/O任務(wù)十分類似，它們都實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口，具有相同的權(quán)限，都被鏈入內(nèi)核中，所不同的僅僅是系統(tǒng)任務(wù)不控制具體I/O設(shè)備，它所效勞的對(duì)象是系統(tǒng)中大局部的內(nèi)部組件。 13.3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)的18種消息: 13.4 內(nèi)存管理 13.4.1內(nèi)存管理概述由于MINIX是專門設(shè)計(jì)在IBM兼容機(jī)等微型機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)，因此它的內(nèi)存管理

4、(MM)是比較簡(jiǎn)單的，不分頁(yè)，也不交換：MM保存一張按照地址順序排列的空閑地址列表，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用FORK和EXEC請(qǐng)求內(nèi)存時(shí)，MM利用首次適配算法找到一塊足夠大的空閑內(nèi)存分配給程序使用。而一旦程序裝入內(nèi)存那么一直在原位置運(yùn)行到結(jié)束。可以說(shuō)，內(nèi)存管理的主要工作就是操作進(jìn)程表和空閑地址列表這兩張表格，以及處理系統(tǒng)調(diào)用FORK和EXEC。13.4.1內(nèi)存管理概述1內(nèi)存的消息處理和I/O相仿，MM在系統(tǒng)初始化以后進(jìn)入自己的主循環(huán)，等待消息，一旦收到消息就進(jìn)行處理并發(fā)送應(yīng)答消息。13.4.1內(nèi)存管理概述與MM通信的消息類型、入口參數(shù)和應(yīng)答: 13.4.1內(nèi)存管理概述2系統(tǒng)調(diào)用下面我們來(lái)看看系統(tǒng)調(diào)用FORK

5、、EXEC和BRK的處理過(guò)程。 FORK。執(zhí)行FORK的過(guò)程很簡(jiǎn)單，收到FORK調(diào)用的請(qǐng)求后，MM就檢查進(jìn)程表中是否存在空閑位置，如果存在,就嘗試為新建立的子進(jìn)程分配內(nèi)存，隨后就將內(nèi)存地址等信息填入一個(gè)空閑的進(jìn)程表項(xiàng)，最后發(fā)出通知公布建立了一個(gè)新進(jìn)程。進(jìn)程的終止那么更復(fù)雜一些，當(dāng)進(jìn)程自己退出或被信號(hào)殺死并且被父進(jìn)程通過(guò)WAIT調(diào)用觀察到以后，該進(jìn)程才會(huì)真正被刪除，如果第二個(gè)條件沒(méi)有滿足，子進(jìn)程就會(huì)被掛起，這種狀態(tài)在MINIX中稱為“僵死。13.4.1內(nèi)存管理概述 EXEC。這個(gè)調(diào)用負(fù)責(zé)內(nèi)存映像的更新，包括設(shè)置新堆棧，它也是MINIX中最復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)用。EXEC的復(fù)雜主要是由兩個(gè)方面的因素決定的

6、：次數(shù)眾多的檢測(cè)：EXEC執(zhí)行時(shí)十分謹(jǐn)慎，為了保證有足夠內(nèi)存容納新映像，必須進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)置初始堆棧：我們通常用庫(kù)函數(shù)execve來(lái)調(diào)用EXEC，這個(gè)函數(shù)包含三個(gè)參數(shù)：被執(zhí)行文件名的地址指針；一個(gè)指針數(shù)組的地址指針，數(shù)組中的元素分別指向一個(gè)參數(shù)；第三個(gè)參數(shù)同樣是一個(gè)指針數(shù)組的地址指針。13.4.1內(nèi)存管理概述 BRK。BRK調(diào)用可以調(diào)整數(shù)據(jù)段的上限。有兩個(gè)過(guò)程都可以調(diào)用BRK：brk過(guò)程以數(shù)據(jù)段的絕對(duì)長(zhǎng)度為參數(shù)；sbrk以當(dāng)前長(zhǎng)度的增量為參數(shù)，計(jì)算出絕對(duì)長(zhǎng)度后調(diào)用BRK。執(zhí)行BRK所完成的工作就是檢查地址空間是否夠用，并根據(jù)情況調(diào)整表格，然后通知內(nèi)核。13.4.1內(nèi)存管理概述 3. 內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

7、主要了解兩個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：進(jìn)程表和空閑表。 進(jìn)程表。MINIX中，內(nèi)核、FS和MM都擁有各自的進(jìn)程表，每局部的進(jìn)程表包含本局部必需的域，同時(shí)，三張進(jìn)程表是對(duì)應(yīng)的，也就是說(shuō)，三張表的第n個(gè)表項(xiàng)指的都是同一個(gè)進(jìn)程。也正是由于這個(gè)原因，三張表必須被同步更新。 空閑表。定義在alloc.h文件中的空閑表按照內(nèi)存地址遞增的順序列出空閑塊?？臻e表的表項(xiàng)主要包含三個(gè)域：空閑塊組的基地址、空閑塊組的大小及指向下一個(gè)空閑塊組的指針。表項(xiàng)以單向鏈表的形式鏈接。13.4.2 實(shí)現(xiàn)1. 頭文件與主程序MM中的table.c文件的主要作用是為全局變量效勞，在table.c被編譯時(shí)，它會(huì)自動(dòng)為下面將介紹到的一些全局變量

8、保存存儲(chǔ)空間。內(nèi)存管理局部有許多自己使用的頭文件，這些頭文件有的和其它局部的頭文件具有相同的名字，但由于它們位于不同的目錄下為不同的局部效勞，所以編譯使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。13.4.2 實(shí)現(xiàn) 頭文件。在內(nèi)存管理器MM中存在著一個(gè)私有的頭文件mm.h，可以將它理解為MM范圍內(nèi)的主控頭文件，它囊括了位于/usr/include及其子目錄中的所有頭文件，以及/kernel/kernel.h中包含的大局部頭文件。MM中每個(gè)文件的編譯都需要引用mm.h。 主程序。MM的主程序也位于main.c中，執(zhí)行的過(guò)程和I/O任務(wù)的主程序類似。首先調(diào)用mm_init,mm_init通過(guò)過(guò)程sys_getmap來(lái)獲得內(nèi)

9、核的內(nèi)存使用信息，為所有第二層及第三層的進(jìn)程初始化進(jìn)程表項(xiàng)，同時(shí)也為init進(jìn)程初始化進(jìn)程表項(xiàng)。 13.4.2 實(shí)現(xiàn)2. 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn) FORK。FORK調(diào)用由文件forkexit.c中的do_fork過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 EXIT。由過(guò)程do_mm_exit接收調(diào)用，然后具體工作交由mm_exit完成。 WAIT。WAIT和WAITPID調(diào)用都由過(guò)程do_waitpid完成。 EXEC。過(guò)程do_exec負(fù)責(zé)執(zhí)行本調(diào)用。 BRK。BRK調(diào)用的處理代碼位于break.c中，由過(guò)程do_brk完成。 13.4.2 實(shí)現(xiàn)3.信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)MINIX中所有信號(hào)及與信號(hào)有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用都被包含在文件signa

10、l.c中，具體功能如下所示：ALARM:經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后向自己發(fā)送ALARM消息；KILL:給別的進(jìn)程發(fā)出信號(hào)指示其下一步的動(dòng)作；PAUSE:在收到下一個(gè)信號(hào)前掛起自己；REBOOT:發(fā)出信號(hào)終止所有的進(jìn)程；SIGACTION:改變調(diào)用進(jìn)程對(duì)將來(lái)收到信號(hào)的響應(yīng)方式；SIGPROCMASK:改變阻塞信號(hào)的集合；SIGSUSPEND:改變阻塞信號(hào)集合后執(zhí)行PAUSE調(diào)用；SIGPENDING:對(duì)未處理的阻塞信號(hào)進(jìn)行檢查；SIGRETURN:處理完信號(hào)后進(jìn)行清理工作。13.4.2 實(shí)現(xiàn)4其它的系統(tǒng)調(diào)用 MM還有幾個(gè)很簡(jiǎn)單但是又必需的系統(tǒng)調(diào)用，MINIX把它們單獨(dú)放在一個(gè)文件getset.c中，由過(guò)程d

11、o_getset執(zhí)行：GETUID：返回有效的用戶標(biāo)號(hào)；GETGID：返回有效的分組號(hào)；GETPID：返回父子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)；SETUID：設(shè)置調(diào)用者有效的用戶號(hào)；SETGID：設(shè)置調(diào)用者的有效分組號(hào)；SETSID：創(chuàng)立新的會(huì)話并返回進(jìn)程號(hào)；GETPGRP：返回進(jìn)程的分組標(biāo)識(shí)。13.5 文件系統(tǒng) 13.5.1文件系統(tǒng)概述 MINIX文件系統(tǒng)(FS)的功能包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:站在用戶的角度，文件系統(tǒng)使得用戶可以知道文件由什么組成、如何命名以及可以怎樣操作文件?？梢岳斫鉃槲募到y(tǒng)為用戶和文件間提供了一個(gè)接口。從系統(tǒng)的角度來(lái)考慮，文件系統(tǒng)的功能包括：決定以怎樣的方式存儲(chǔ)文件和目錄，包括分配空間和釋放空

12、間的過(guò)程；管理磁盤空間，比方是以鏈接表或是以位圖的方式記錄空閑存儲(chǔ)空間等等。本節(jié)中將詳細(xì)介紹以上這些功能怎樣實(shí)現(xiàn)。13.5.1文件系統(tǒng)概述1.消息MINIX文件系統(tǒng)接收的消息種類比較多，一共有39種，其中兩個(gè)是異常消息。其中以下圖列出的前面31種來(lái)自用戶進(jìn)程。后面6種來(lái)自系統(tǒng)調(diào)用，它們由MM先處理，然后調(diào)用FS完成其余工作。 13.5.1文件系統(tǒng)概述13.5.1文件系統(tǒng)概述13.5.1文件系統(tǒng)概述2. i節(jié)點(diǎn)和位圖在MINIX里為了改進(jìn)順序讀取文件時(shí)的性能，要確保同一文件的所有磁盤塊都位于同一個(gè)柱面上，為此引入了區(qū)段的概念，一個(gè)區(qū)段包含了多個(gè)塊。MINIX中為每個(gè)文件建立了一個(gè)索引表，表中存儲(chǔ)

13、了文件屬性和各個(gè)塊在磁盤上的地址，這個(gè)索引表被稱為i節(jié)點(diǎn)。MINIX使用位圖來(lái)記錄空閑的i節(jié)點(diǎn)和區(qū)段，保存位圖的磁盤塊被稱為位圖塊。當(dāng)創(chuàng)立一個(gè)文件時(shí)，F(xiàn)S在位圖塊中查找第一個(gè)空閑的i節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)i節(jié)點(diǎn)被分配后，就修改指針指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 13.5.1文件系統(tǒng)概述3. 目錄管理目錄管理是文件系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，我們查找一個(gè)文件，實(shí)際上就是先在目錄樹中找到文件名，然后通過(guò)對(duì)應(yīng)的i節(jié)點(diǎn)在磁盤上找到文件數(shù)據(jù)。 目錄查找過(guò)程: 13.5.1文件系統(tǒng)概述4管道和設(shè)備文件管道和設(shè)備文件與普通文件的最大不同在于，普通文件的操作通常很快就能完成，而管道有時(shí)那么需要等待幾個(gè)小時(shí)才能有進(jìn)程把數(shù)據(jù)寫進(jìn)來(lái)。而調(diào)用設(shè)備文

14、件的進(jìn)程，為了等待終端或其它設(shè)備上的I/O，時(shí)間也是不能確定的。 FS通過(guò)不發(fā)送信號(hào)的方式使得等待應(yīng)答信號(hào)的調(diào)用進(jìn)程被阻塞，一旦有別的進(jìn)程修改了管道的狀態(tài)使得被掛起的進(jìn)程可以運(yùn)行，F(xiàn)S就會(huì)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。到下一次主循環(huán)時(shí)，F(xiàn)S提取以前保存在進(jìn)程表中的各項(xiàng)參數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行先前被掛起的進(jìn)程。13.5.2 實(shí)現(xiàn)1頭文件及全局變量 FS使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表，這些在頭文件中得到定義。const.h:定義了表長(zhǎng)、標(biāo)志位等一些文件系統(tǒng)中使用的常量的值；glo.h:和內(nèi)存管理中的glo.h文件一樣，定義了一些全局變量；proto.h:提供了ANSI標(biāo)準(zhǔn)C編譯器所支持的函數(shù)原型；type.h:定義了i節(jié)點(diǎn)在磁盤上的組

15、織結(jié)構(gòu)。 13.5.2 實(shí)現(xiàn)2表格管理及其使用塊、超級(jí)塊及i節(jié)點(diǎn)是文件系統(tǒng)中最重要的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)它們的管理和使用是通過(guò)一系列的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 用于管理塊的過(guò)程有：alloc_zone：用于在區(qū)段位圖中查找空閑區(qū)段，并將其分配給文件；flushall：通常被系統(tǒng)調(diào)用SYNC所調(diào)用，刷新某設(shè)備的緩沖，同時(shí)將其中內(nèi)容寫回設(shè)備；get_block：取要讀寫的塊，先檢查高速緩存，假設(shè)找到就直接返回指針，否那么就將其讀入緩存；put_block：釋放由get_block請(qǐng)求得到的塊；13.5.2 實(shí)現(xiàn)free_zone：負(fù)責(zé)將不再使用的區(qū)段歸還給空閑區(qū)段位圖，以區(qū)段位圖和位號(hào)為參數(shù)調(diào)用free_bit；r

16、w_block：提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的磁盤界面，負(fù)責(zé)在內(nèi)存和磁盤間傳送塊；invalidate：刪除某個(gè)設(shè)備在高速緩存中用過(guò)的所有塊；rw_scattered：以設(shè)備標(biāo)志符、緩沖區(qū)指針數(shù)組的指針、數(shù)組長(zhǎng)度及讀寫標(biāo)志為參數(shù)，執(zhí)行在設(shè)備上讀/寫分散數(shù)據(jù)的任務(wù)；rm_lru：只被get_block調(diào)用，負(fù)責(zé)從LRU鏈中刪除一個(gè)塊。13.5.2 實(shí)現(xiàn)用于超級(jí)塊管理的過(guò)程略少一些，下面的五個(gè)過(guò)程用于超級(jí)塊和位圖的管理：alloc_bit：從區(qū)段位圖或i節(jié)點(diǎn)位圖中分配一位，通常被alloc_inode或alloc_zone以循環(huán)嵌套的方式調(diào)用；free_bit：從區(qū)段位圖或i節(jié)點(diǎn)位圖中釋放一位，首先計(jì)算哪一個(gè)位

17、圖塊包含了要釋放的位，調(diào)用get_block將這個(gè)位圖塊讀入內(nèi)存，將相應(yīng)位置0，再調(diào)用put_block將該塊寫回磁盤；get_super：用于在超級(jí)塊表中搜索特定設(shè)備；mounted：關(guān)閉塊設(shè)備時(shí)調(diào)用，以一個(gè)指向設(shè)備i節(jié)點(diǎn)的指針為參數(shù)，返回報(bào)告這個(gè)i節(jié)點(diǎn)是否在被掛裝的文件系統(tǒng)上。Read_super：在讀超級(jí)塊時(shí)調(diào)用，檢查所讀出的文件系統(tǒng)的版本號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。13.5.2 實(shí)現(xiàn)用于管理i節(jié)點(diǎn)的過(guò)程有：get_inode：將一個(gè)i節(jié)點(diǎn)讀入內(nèi)存，首先搜索inode表，假設(shè)找到那么將指針?lè)祷兀患僭O(shè)不在內(nèi)存中那么調(diào)用rw_inode將其讀入；put_inode：返回不再使用的i節(jié)點(diǎn)，并把計(jì)數(shù)器

18、icount減1；alloc_inode：為新文件分配i節(jié)點(diǎn)；wipe_inode：將i節(jié)點(diǎn)中某些域去除，同時(shí)也負(fù)責(zé)局部初始化i節(jié)點(diǎn)的工作；free_inode：釋放i節(jié)點(diǎn)；update_times：從系統(tǒng)時(shí)鐘獲得時(shí)間，同步修改i節(jié)點(diǎn)中的時(shí)間域；rw_inode：負(fù)責(zé)在內(nèi)存和磁盤間傳送i節(jié)點(diǎn)；old_icopy：轉(zhuǎn)換要執(zhí)行寫操作的i節(jié)點(diǎn)內(nèi)容；new_icopy：對(duì)由i節(jié)點(diǎn)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；dup_inode：向其它進(jìn)程標(biāo)明某個(gè)進(jìn)程正在使用i節(jié)點(diǎn)。13.5.2 實(shí)現(xiàn)3.管道管道文件的代碼在文件pipe.c中，它和普通文件在很多方面都類似，我們主要看看它們的不同之處。PIPE調(diào)用通過(guò)過(guò)程do_pipe創(chuàng)立一個(gè)擁有權(quán)屬于系統(tǒng)的管道,并保存在指定的管道設(shè)備上。Do_pipe負(fù)責(zé)為管道分配一個(gè)i節(jié)點(diǎn)，同時(shí)返回兩個(gè)文件描述符。Pipe_check過(guò)程利用release過(guò)程來(lái)判斷能否喚醒那些被掛起的過(guò)程。除此之外，它也利用函數(shù)suspend將調(diào)用參數(shù)保存在進(jìn)程表中同時(shí)將dont_reply置為TRUE，從而使進(jìn)程掛起，以便進(jìn)行各種檢查，保證對(duì)管道的操作能夠完成。過(guò)程do_unpause用于處理MM向FS發(fā)送的消息，假設(shè)這條消息的目標(biāo)進(jìn)程被阻塞，那么do_unpause負(fù)