第7章实例分析：UNIX操作系统UNIX是一个通用、多用户的分时操作系统。本章主要从实现的角度出发，讲述四个方面的内容：（1）UNIX的进程以及进程调度；（2）UNIX采用的存储管理策略；（3）UNIX目录结构的特点以及对磁盘存储空间的管理；（4）UNIX对块设备及字符设备的管理以及缓冲技术。7.1UNIX的处理机管理7.2UNIX的存储管理7.3UNIX的文件管理7.4UNIX的设备管理7.1UNIX的处理机管理2．数据段进程运行时用到的数据以及工作区，构成了一个进程的数据段。要注意的是，如果进程执行的程序是不能被共享的，那么也把它归入到数据段中。这样，UNIX进程的数据段分成三个部分：系统数据区、用户数据区和用户栈区。如在基本控制块proc结构中所述，在进程的proc结构中，由p_addr指向该进程数据段的首地址，由p_size给出数据段的长度。其联系如图7-1所示。3．共享正文段为了管理好进程的共享正文段，UNIX在内存专门开辟了一个text结构区域，形成正文段表text[]。其中每一个text结构对应一个共享正文段，主要记录关于这个正文段的有关信息，比如共享正文段在磁盘对换区的地址（x_daddr），共享正文段在内存的地址（x_caddr），共享正文段的长度（x_size），共享本正文段的所有进程数目（x_count）等。综上所述，一个进程的基本控制块proc结构、数据段（包含扩充控制块user结构）以及共享正文段三者之间的关系，可以用图7-2勾画出来。在那里一根虚线把图分成两个部分。标有①的部分表示proc[]表中进程的proc结构以及text[]表中的text结构总是常驻内存。通过proc结构中的p_addr，就能够得到该进程的数据段；通过p_textp，就能够得到该进程共享正文段的text结构，再由这个text结构中的x_caddr或x_daddr就能够得到共享正文段在内存或在磁盘对换区的位置。标有②的部分表示进程的数据段和共享正文段是非常驻内存部分，根据需要和可能，数据段和共享正文段会在内存和磁盘对换区之间换进和换出。另外，通过user结构中的u_procp，可以得到该进程的proc结构的位置。7.1.2UNIX的进程状态UNIX进程在其生命期内，可以处于多种不同的状态，并记录在进程的proc结构中。图7-3给出了进程状态的变迁图。当父进程执行系统调用fork创建一个子进程时，被创建进程处于“创建”状态。如果能够为该进程分配到足够的内存空间，则它变为“在内存就绪”状态；如果当前没有足够的内存空间，则它变为“换出并就绪”状态，被安置在磁盘的对换区。另外，原来已在内存的就绪进程，也可能因为内存紧张而被换出，同样成为“换出并就绪”状态。处于这两种状态的进程，从原则上说都是“就绪”的，都可以参与处理机调度。只是处于“换出并就绪”状态的进程被调度到时，由于它的非常驻内存部分并不在内存，因此要先被换进，才能够真正占用处理机投入运行。一个进程被调度到时，就成为“用户态运行”状态。进程在“用户态运行”状态下时，若程序中使用了系统调用或请求输入/输出，就会使进程从“用户态运行”状态改变为“核心态运行”状态。在“核心态运行”状态下的进程是不能被剥夺的。当系统调用执行完毕，就返回到“在内存就绪”状态。如果要等待输入/输出完成，则变成“在内存睡眠”状态；如果是调用了exit而进入“核心态运行”状态，则意味着进程运行结束，于是进入“僵死”状态，所占用的一切资源被释放。如果在“用户态运行”状态下，由于时间片到等原因，就会直接变成“在内存就绪”状态。一个进程处于“在内存睡眠”状态时，如果内存使用紧张，就会被从内存换出到磁盘的对换区。这时，该进程处于“睡眠并换出”状态。无论是处于“在内存睡眠”状态还是处于“睡眠并换出”状态，都表明这个进程在等待某个事件的发生。当处于“在内存睡眠”状态下等待的事件发生时，进程状态就变为“在内存就绪”；当处于“睡眠并换出”状态下等待的事件发生时，进程状态就变为“换出并就绪”。以上就是一个UNIX进程从被创建开始到被撤消为止的整个生命期内的变化过程。7.1.3UNIX的进程调度与换进换出为了把处理机分配给一个进程使用，UNIX的进程调度程序总去查看系统proc[]表中登记的所有进程。在处于就绪、且全部在内存的进程中，挑选一个优先数最小（即优先权最大）的进程作为分配对象。如果暂时没有这种进程存在，那么进程调度程序就处于“在内存睡眠”的等待状态。直到发生中断请求，被唤醒再次去搜索proc[]表。UNIX赋予进程调度进程极高的优先权，以保证系统能以最快的速度找到可运行的进程，提高CPU的使用效率。为了改变一个进程的优先数，