《《操作系统原理及应用（Linux）（第二版）》-王红-电子教案 第8章 现代操作系统实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《操作系统原理及应用（Linux）（第二版）》-王红-电子教案 第8章 现代操作系统实例（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 现代操作系统实例,本章学习目标 掌握UNIX系统的内核管理方法 了解Windows系统的内核管理方法 了解分布式操作系统特性及进程管理方式,第8章 现代操作系统实例,1,教学内容 8.1 UNIX操作系统 8.2 WINDOWS 2000操作系统 8.3 分布式操作系统,8.1 UNIX操作系统,8.1.1 UNIX操作系统的发展 UNIX是目前最流行的操作系统之一，于1969年，在美国的电报电话公司（AT&T）贝尔实验室诞生的。最初的UNIX系统是用汇编语言编写的，1973年，Ritchie又用C语言重写了UNIX。,第8章 现代操作系统实例,3,8.1.2 UNIX操作系统的特点,
2、1多用户多任务 2可移植性 3树型文件系统结构 4I/O重定向和管道技术 5非富的实用程序 6电子邮件,第8章 现代操作系统实例,4,8.1.3 UNIX系统的内核结构,第8章 现代操作系统实例,5,第8章 现代操作系统实例,6,8.1.4 UNIX系统中的进程管理,1UNIX进程的结构 （1）用户级上下文 用户级上下文主要成分是用户程序。包括正文段即代码(text)、数据段(data)两部分。 （2）寄存器上下文 寄存器上下文主要是由CPU中的一些寄存器的内容组成的。 （3）系统级上下文,第8章 现代操作系统实例,7,系统级上下文包括操作系统为管理该进程所用的信息，可分为静态和动态两部分。它
3、包括： proc结构：该结构常驻内存，内容包括经常需要访问的往息，如进程标识符、进程状态等。 user结构：该结构暂驻内存，进程处于执行状态时调入内存。它包含了进程的一些私有信息，如，进程表项指针、有效用户标识符等各种资源表格。 进程区表：从虚拟地址到物理地址的映射。 核心栈：核心态执行时过程调用的栈结构。 若干寄存器级上下文。,第8章 现代操作系统实例,8,2进程调度算法,UNIX系统是分时系统，它的进程调度采用动态优先数轮转调度算法。优先数越小，优先级别越高。例如，对换进程的优先数是，而等待磁盘I/O进程的优先数是。 UNIX S-5中进程的优先级分为两大类：用户优先级类和核心优先级类。核
4、心用两种方式改变进程的优先级：对核心态进程设置优先数；对用户态进程计算优先数。,第8章 现代操作系统实例,9,3进程状态及转换,UNIX System 5进程的状态存放在进程的proc结构中。这些进程的状态共有9个，它们是： （1）用户态执行。 （2）核心态执行。 （3）内存中睡眠。 （4）睡眠且换出。 （5）内存中就绪。 （6）就绪且换出。 （7）僵死。 （8）被剥夺状态。 （9）创建。,第8章 现代操作系统实例,10,第8章 现代操作系统实例,11,4Unix系统中进程的家族关系,Unix的内核中设置了一个0进程，它是惟一一个在系统引导时被创建的进程。在系统初启时，由0进程再创建1进程及其
5、它核心进程，然后1号进程又为每个终端创建命令解释进程；用户输入命令后又创建若干进程，这样便形成了一棵进程树。以后0号进程作为系统的对换及调度进程，1号进程成为系统始祖进程，同时又创建其它进程。系统中除0进程以外，所有其它进程都是由fork创建的。,第8章 现代操作系统实例,12,8.1.5 UNIX系统的内存管理,UNIX系统采用求请调页存储管理方式，支持内外存的对换功能。内存空间的分配和回收均以页为单位进行。 1交换 将内存中处于睡眠状态的某些进程调到外存交换区中，而将交换区中的就绪进程重新调入内存。为实现这种策略，系统内核应具有交换空间的管理、进程换出和进程换入这三个功能。,第8章 现代操
6、作系统实例,13,2请求分页,UNIX系统为实现请求分页的功能，配置了四种数据结构，分别为： （1）页表。 （2）磁盘块描述字。 （3）页面数据表。 （4）交换使用表。,第8章 现代操作系统实例,14,3换页进程,换页进程为核心进程。该进程的主要任务是增加内存中所有的有效页年龄，并将内存中长期不用的页面换出。 4缺页 在UNIX系统中可能会出现两类缺页：有效缺页和保护性缺页。当出现缺页时，缺页处理程序可能要从盘上读一个页面到内存，并在I/O执行期间睡眠。,第8章 现代操作系统实例,15,8.1.6 UNIX系统的文件管理,UNIX系统中的文件子系统，既具有很强的功能，又具有灵活性。按文件的内部
7、构造方式，UNIX系统将文件分为三类，即：普通文件、目录文件和特别文件（即设备文件）。UNIX系统的目录结构为有向非循环图结构。,第8章 现代操作系统实例,16,1文件卷的组织结构,UNIX系统中，文件是以块为单位存放在介质上的，存储介质可以是磁盘或磁带。通常把每个磁盘或磁带看作一个文件卷。上图示出了UNIX系统的文件卷结构。 其中，0号块是系统的引导块或空闲，当该系统需引导时才有引导程序放在这里，其它一般文件系统都不使用引导块；1号块为超级块（也称为专用块），它既是文件系统的控制块，也是对空闲盘块和I结点等资源的管理表。从2号块到第K号块为索引结点区，（K值由系统配置给定），用来存放该文件卷
8、中所有文件的索引结点；从第K+1块至第N块为文件区，用来存放系统中所有的文件。,第8章 现代操作系统实例,17,超级块包括以下内容： （1）文件系统大小。 （2）空闲盘块数目。 （3）空闲索引结点数目。 （4）空闲索引结点索引表。 （5）封锁标记。 （6）专用块修改标记。 （7）其它信息。,第8章 现代操作系统实例,18,2文件的目录结构,UNIX系统的目录结构采用了将文件名与文件描述信息分开的方法。文件目录由文件名和该文件的索引结点号构成。其中，文件名占14个字节，索引结点号占2个字节。因此，在1KB的盘块中就可以存放64（1K/16）个目录项。这样就节省了系统查找及访问文件的时间。,第8章
9、 现代操作系统实例,19,UNIX一个文件的磁盘索引结点占64个字节，主要包括文件标识符、文件存取权限、文件物理地址、文件长度、文件连接系数、文件存取时间等一些文件的重要信息。,第8章 现代操作系统实例,20,3文件的物理结构,UNIX系统文件的物理结构采用混合索引方式，对分配给文件的磁盘块进行管理。在UNIX文件系统的索引结点中，存在一项i.addr13，用于存放该文件的磁盘块号。如图8-7示出了UNIX系统的混合索引文件结构。,第8章 现代操作系统实例,21,（1）直接寻址 i.addr0 i.addr9这10项。直接从索引结点中找出该文件所在的磁盘块号，访问速度较快。 （2）一次间接寻址
10、方式 i.addr10这一项中存放的磁盘块号。 （3）二次间接寻址方式 i.addr11存放的磁盘块号，采用两级索引的方式。 （4）三次间接寻址方式 i.addr12存放的磁盘块号，采用三级索引的方式。,第8章 现代操作系统实例,22,4磁盘空间的管理方式,UNIX系统对于空闲盘块的管理，采用成组链接法。该方法把第一组中的所有空闲盘块号放入超级块的空闲盘块号栈中。 5系统为打开文件建立的数据结构 UNIX系统打开文件的操作，就是由操作系统在内存为文件建立相应的数据结构。系统为打开文件建立的数据结构有三个，即：用户文件描述符表、文件表和内存索引结点。,第8章 现代操作系统实例,23,第8章 现代
11、操作系统实例,24,8.1.7 UNIX系统的设备管理,UNIX系统把设备分为两类，即字符设备和块设备。 在UNIX系统中有两种类型的I/O，即：缓冲I/O和无缓冲I/O。 1缓冲高速缓存 UNIX系统中的缓冲Cache实际上是一个磁盘Cache。对于磁盘的I/O操作通过缓冲Cache处理。,第8章 现代操作系统实例,25,2字符队列,缓冲Cache可支持像磁盘、磁带这样的块设备。另一种缓冲则适用于面向字符的设备，如终端、打印机等。字符队列可以由I/O设备写、处理器读或由处理器来写、I/O设备读。 3无缓冲I/O 无缓冲I/O是进程进行I/O的最快的方法，它在设备和进程空间之间使用DMA，进行
12、无缓冲I/O的进程在主存中被锁起来，不能被换出。通过给高端内存加锁，减少了交换的机会，但也降低了整个系统的性能。同时，I/O设备也固定于一个进程，在传输中，不能为其他进程使用。,第8章 现代操作系统实例,26,4UNIX设备,UNIX系统本身可识别如下5种设备，即：磁盘驱动器、磁带驱动器、终端、通信线、打印机。 5磁盘的读/写方式 （1）读方式 一般读方式。 提前读方式。 （2）写方式 一般写方式。 异步写方式。 延迟写方式。,第8章 现代操作系统实例,27,8.2 Windows 2000操作系统,8.2.1 Windows 2000概述 Windows操作系统家族是微软公司的核心产品之一，
13、其产品包括Windows 95、Windows98、Windows Me等桌面型操作系统以及Windows NT、Windows2000服务器操作系统。 Windows 2000是一个商用多用户操作系统，其开发目标是开发工作站和服务器上的32位操作系统，以充分利用32位微处理器等硬件的新特性，并使它很容易适用将来的硬件变化，增加它的兼容性，同时，又不影响已有的应用程序的兼容性。,第8章 现代操作系统实例,28,8.2.2 Windows 2000中的进程和线程的特点,Windows 2000操作系统对CPU的管理可体现为它的进程和线程模型。它具有以下特点： 1它是多任务（多进程）、多线程、对称
14、多处理的。 2由于采用了客户/服务器模型, Windows 2000体现为多个服务器进程 。 3Windows 2000的进程以及线程全部作为对象实现，并通过对象服务访问。 4进程管理程序在它所管理的子进程之间不具有父进程/子进程或其他关系。 5在该系统中，基本的调度实体是线程，采用动态优先级多级调度队列算法，允许可抢占CPU，但核心代码不可被抢占。 6.可以在进程间共享对象，以及具有灵活的内部进程通信能力。 7Windows NT原设计可以Intel、MIPS等多种CPU上运行,但出于市场因素的考虑,Windows 2000只在Intel上运行。,第8章 现代操作系统实例,29,8.2.3
15、Windows 2000中的进程,1进程与线程 Windows 2000中的进程由以下几部分组成： （1）该进程所执行的程序。 （2）一个由该进程专用的地址空间。 （3）系统资源。 （4）至少有一个线程。 2进程的管理 在Windows 2000中，每个进程由一个进程对象结构表现，并有一个执行现场。进程执行现场包括进程的虚地址空间、该进程可见的资源集合、该进程的所有线程的集合。,第8章 现代操作系统实例,30,3进程的同步与互斥 Windows 2000中提供了互斥对象、信号量对象和事件对象等3种不同对象和相应的系统调用，用于进程和线程的同步。 4 进程通信 有以下几种：信号（Signal）通
16、信、共享存储区、管道通信 、邮件槽通信 、Windows套接字 、剪贴板。,8.2.4 Windows 2000中线程的实现,1线程的构成 在Windows 2000中，一个线程由以下几部分构成： （1）线程标识符。 （2）一组易变寄存器的内容，用来表示CPU的状态。 （3）两个栈。 （4）一个供该线程专用的存储区域 。,第8章 现代操作系统实例,32,2线程的状态,Windows 2000的线程状态共有以下六个： （1）就绪（ready）。 （2）备用（standby）。 （3）运行（running）。 （4）等待（waiting）。 （5）转换（transition）。 （6）终止（terminated）。,第8章 现代操作系统实例,33,8.2.5 Windows 2000 的调度算法,Windows 2000/NT中，基本的调度实体是线程。线程调度算法采用多级调度队列动态优先级算法。实现该调度算法的是内核中的一个数据结构，称为“调度程序数据库”。 Windows 20
