第10章Linux操作系统李春强清华大学出版社

1、第第10章章 Linux操作系统操作系统lLinux内核设计内核设计 l Linux系统的启动与初始化系统的启动与初始化 l Linux进程管理进程管理 l Linux内存管理内存管理 l Linux文件管理文件管理 l Linux设备管理设备管理 第第10章章 Linux操作系统操作系统10.1 Linux内核设计内核设计Linux的设计目标l清晰性l兼容性l可移植性l健壮性和安全性l高速性微内核与单内核微内核与单内核 l微内核的优点有：l方便移植l便于维护l便于对内核裁剪 l单内核l单内核的好处是简单，便于理解和实现。l单内核的缺点不利于移植和维护。Linux的内核类型lLinux继承了U

2、nix的风格，将整个操作系统看作一个大的程序，属于单内核的风格。lLinux在单内核设计的基础上加入了微内核的设计观念，形成了特有的模块机制。Linux被组织成一组相对独立的块，称作可加载模块（loadable module）。Linux可加载模块有两个基本点重要特征：l动态链接l模块分层Linux内核结构内核结构 10.2 Linux系统的启动与初始化系统的启动与初始化加电或复位BIOS的启动Boot Loader操作系统初始化初始化系统初始化系统 l系统加电和复位lBIOS启动l加电自检。l（测系统中的硬件设备。lBIOS从软盘或硬盘读入Boot Loader。并将系统的控制权交给Boot

3、 Loader。lBoot Loader操作系统的初始化操作系统的初始化 lSetup.SlHead.Sl初始化内核INIT进程进程 linit 是一个非常特殊的进程，它是内核运行的第一个进程，它要负责触发其它必需的进程以使系统作为一个整体进入可用状态。linit是系统中所有进程的祖先。l由于idle进程已经占据了进程ID号0，inti就被赋值为下一个可用的进程标识符1 。10.3 Linux进程管理进程管理lLinux中的进程与线程中的进程与线程 lLinux中的进程仍然保留着传统的意义，它包括四个要素：l内存空间的正文段l内存空间数据段ltask_struct结构进程控制块l系统堆栈lLi

4、nux中的线程模型是一种一对一模型l因为线程已经被处理成进程的一个特例，而不是那种一对多模式下的包含与被包含的关系。同时进程和线程概念也就不是那么严格，线程可以产生新的进程，是进程还是线程，在某个阶段也不是很明确的划定，要根据上下文来理解。进程的状态进程的状态 进程的的优先级Linux系统的调度优先级有三种：l静态优先级l动态优先级l实时优先级进程与线程的创建与撤消进程与线程的创建与撤消 l进程与线程的创建 lfork()lvfork()lclone() l进程与线程的撤消lexit () 进程调度进程调度 l进程切换方式l主动自愿方式l非主动方式l进程的切换的动作lswitch_mm()ls

5、witch_to() 3进程调度流程l进程调度lschedule() 进程通信进程通信 l管道（pipe）及有名管道（named pipe）l信号（signal）l消息队列（message）l信号量（semaphore）l共享内存l套接字（sockets） 10.4 Linux内存管理内存管理l虚拟内存管理虚拟内存管理l内存管理单元（MMU）l页目录、页表和快表l页表项物理内存管理物理内存管理 l页面分配程序l页面置换l页面调入l页面错误l写拷贝10.5 Linux文件管理文件管理l Linux支持的文件系统 lMINIXlEXTlXIAFSlEXT2lSYSTEM VlNFSlISO9660

6、l/PROClMSDOSlUMSDOSlVFATlNTFSlHPFS虚拟文件系统虚拟文件系统进程管理子系统网络子系统VFSMINIXEXT2MS-DOS设备缓冲区设备驱动程序内存管理子系统进程通信子系统逻辑文件系统内核子系统文件系统的安装与卸载文件系统的安装与卸载 l文件系统的注册l文件系统的安装l文件系统的卸载 EXT2逻辑文件系统逻辑文件系统 lEXT2是Linux 支持的逻辑文件系统之一，也是当前Linux 文件系统的标准。l逻辑块：逻辑文件系统操作的基本单位是逻辑块，逻辑块的大小一般是物理块大小的整数倍。l片（fragment）：片也是一个逻辑空间中的概念，其大小在1KB4KB之间，片

7、的大小总是小于逻辑块的大小。l物理块：磁盘块的大小。EXT2的磁盘布局 引导块 块组0 块组1 块组n 超级块 组描述符 块位图 索引结点位图 索引结点表 数据区EXT2的目录l目录是一个特殊的文件：它是由结构ext2_dir_entry组成的列表。目录中有文件和子目录，目录中的每一项对应一个ext2_dir_entry结构，其中包括：索引结点号、目录项长度、文件名长度和文件名。l索引结点：系统通过索引结点号可以找到文件或目录文件所在的位置。l两个特殊文件：“ ”和“ ”，它们分别代表当前目录和父目录。链接文件l链接是实现文件共享的方式。l硬链接：系统提供了命令In为一个已经存在的文件建立一个新的硬链接。l符号链接：要在多个文件系统中的文件之间建立链接，必须使用符号链接。符号链接与硬链接最大的不同在于，符号链接不是与索引结点建立链接，而是建立一条指向某个文件的路径。10.6 Linux设备管理设备管理Linux设备的类型设备的类型 l字符设备：字符设备是以字节流方式访问的设备，字符设备驱动程序实现对字符设备的访问。l块设备：能够容纳文件系统的设备是块设备。 l网络设备是Linux系统中非常特殊的一类设备。中断中断 支持设备请求更好、更有效的方法是，当操作系统发出请求外设操作后，转去完成其它的工作，当外设完成任务后，向操作系统发出中断信号