《UNIX内核分析》教学课件

《UNIX内核分析》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《UNIX内核分析》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使1软中断(1)软中断是Unix系统提供的进程间通讯的一个机构，进程间可以利用其发送少量信息，并作适当处理；同组之间可以通过37#系统调用kill相互发送软中断信号S5提供了19种软中断信号，13个具有标准名字的约定，终端类型号0解释为“没有中断〞相关构造：p-sig：进程接收的信号类型数u-signal[NSIG]：软中断处理程序入口表，20个元素软中断(1)软中断是Unix系统提供的进程间通讯的一个机构，2软中断(2)发送软中断信号，按信号类型设置p-sig的某一位；如果承受进程睡眠在可被中断的优先级上，那么唤醒当一个进程从核心态返回用户态，或者进入/离开低优先级睡眠时，核心态检查其是否收到软中断信号；而仅当进程从核心态返回用户态时，核心才处理软中断进程在核心态运行时，软中断不会立即起作用软中断(2)发送软中断信号，按信号类型设置p-sig的某一位3psignal(p,sig)将信号sig发给指定进程；PZERO∈param.h，为25Registersig;registerstructproc*p;{sig--if(sig<||sig>=NSIG)return;p→p-sig|1L<<sig/*按照sig类型，设置p-sig某一位if(p→p-stat==SSLEEP&&p→p-pri>PZERO)/*p在可被中断优先级睡眠setrun(p);}/*运行指定进程，或调入/必要时Issig();测试软中断信号，假设收到不可忽略信号，返回真；否那么，返回假。psignal(p,sig)将信号sig发给指定进程；PZE4软中断处理入口表u-signal[NSIG]根据表项中元素不同值，有三种信号处理方式值为0：处理方式为终止本进程；值为奇数：对该信号不作处理；值为非零偶数：表示信号处理程序入口地址。u-signal[NSIG]表中各元素的值可通过48#系统调用signal(sig,func)预制，其处理程序是ssig()NSIG=20：0-19sig：信号类型号，保存在u-arg[0]func：对该信号的处理方式，保存在u-arg[1]对于信号SIGKIL/终止进程，func不能设置软中断处理入口表u-signal[NSIG]根据表项中元素不5信号处理方式预制程序ssig(){registera;a=u.u-arg[0];/*取参数sigif(a<=0||a>=NISG||a==SIGKIL){u.u-error=EINVAL;/*非法参数return}u.u-ar0[R0]=u.u-signal[a]/*保存原先处理方式u.u-signal[a]=u.u-arg[1];if(u.u-procp→p-sig==a)/*如果以前已经收到该信号u.u-procp→p-sig=0;/*处理方式已改变，去除原收到信号}信号处理方式预制程序ssig()6signal(sig,func)用户通过该系统调用实现预制例如：signal(2,1);将u-signal[2]设置为1/奇数实现不理会2号类型软中断的设置

signal(sig,func)用户通过该系统调用实现预制7信号产生的5种情况陷入处理子程序trap中，用户态下产生各种故障，除电源失败等外，按照类型转换成信号进程间通过37#系统调用kill(pid,sig)进展信号传送用户在终端输入“DELETE〞等，终端中断处理程序将信号SIGINT/2等发送到与终端有关的所有进程进程使用管道pipe通信，发现读通道已经关闭，那么向本进程发送SIGPIPE/13信号父进程对接收到一个信号的子进程跟踪处理时，可用跟踪命令箱子进程发送一个信号信号产生的5种情况陷入处理子程序trap中，用户态下产生各种8PDP-11内存管理机构UnixS5思想：分页，支持内存、外存之间的进程对换支持请求调页的存储管理PDP-11内存管理机构UnixS5思想：9PDP-11虚地址字字长16位，每个进程的最大程序地址空间216=64KBCPU总线寻址能力18位/256KB。其中：最高8KB固定为I/O页，所以内存最大容量为248KB程序16位地址称为虚地址，64KB分成8页，8KB/页每页划分为128个字符块，64B/块由于程序可以小于64KB，有些页可能局部/完全空白空白局部留作扩展使用系统按照实际使用页长分配内存PDP-11虚地址字字长16位，每个进程的最大程序地址空间210虚地址字划分构造1514131211109876543210APFActivepagefield0-7页BNBlocknumber0-127块DIBDisplacementinblock0-63B虚地址字划分构造151413121110987654321011内存管理存放器(1)PDP-11设置了2组32位活动页存放器APR，8个/组，分别保存进程核心态/用户态下内存使用情况32位APR可分为2个16位的存放器，分别为页地址存放器PAR(pageaddressregister)页说明存放器PDR(pagedescriptionregister)页地址存放器PARPAF:表示虚地址空间中相应页在内存地址，单位是内存字符块寻址范围：0-(212-1)*64，即0-(256K-64)字节PAF0111512内存管理存放器(1)PDP-11设置了2组32位活动页存放器12内存管理存放器(2)页说明存放器PDR/上图存取控制字段ACF(accesscontrolfield):说明对该页的存取控制权限00：不驻在内存01：readonly10：未用11：R/W扩展方向位：ED(extend)如果某页实际使用小于128块(8KB)，那么ED说明空白局部在高/低地址一侧，即扩展时的扩展方向。ED=0:高地址一侧;ED=1:低地址一侧例如：Unix系统中，共享代码段/数据段：ED=0；栈段：ED=1PLF/pagelengthfieldWEDACF0123681415内存管理存放器(2)页说明存放器PDR/上图PLF/pag13内存管理存放器(3)存取信息位W-修改位W=1，表示修改正页长字段PLF：说明虚页的实际使用长度，1~128块如果ED=0/向高地址方向扩展：那么PLF=实际使用长度-1；例如：实际使用长度为128，那么PLF=127如果ED=1：那么PLF=128-实际使用长度；例如：实际使用长度为128，那么PLF=0用补码表示实际使用长度PLF值表示在相应扩展方向上该虚页实际使用的最末块块号，便于越界检查内存管理存放器(3)存取信息位W-修改位14虚地址到物理地址转换总线寻址能力为18位，形成256KB的物理地址1514131211109876543210APFBNDIBPAF物理块号DIB05617011+找对应页的PAR虚地址到物理地址转换总线寻址能力为18位，形成256KB的物15Unix存储管理PDP-11进程可访问的地址空间为64KB进程在核心态下的虚拟地址空间(图1左)Unix核心代码长度不超过48KB/6页，占0-5页进程在用户态下的虚拟地址空间(图2右/举例)Unix代码现运行进程ppdaI/O页0-5页6页7页共享正文段2.5页数据段2.25页栈段0.5页Unix存储管理PDP-11进程可访问的地址空间为64KB现16虚/实地址映照Unix分别用KISA(0-7)和KISD(0-7)存放核心态下进程内存使用情况KISA类似PAR/页地址存放器KISD类似PDR/页说明存放器用户态下现行进程内存使用情况分别用UISA/UISD存放KISA/KISD(0-5)和KISA/KISD(7)在系统初启后就固定，不再变化；KISA/KISD(6)总是指向当前运行进程的ppda区从KISA6指向的ppda区user构造中可以得到u-procp，它指向当前运行进程的proc[]虚/实地址映照Unix分别用KISA(0-7)和KISD(017用户态虚/实地址映照以前面幻灯片图2数字为例tata+128ta+256dada+128da+256未用da+224128RO128RO64RO128RW128RW32RW0064RW/EDUISAUISDta是进程共享正文段在内存的起始地址da是进程数据段在内存的起始地址：da=p-addr+16内存空间tappda/16块栈段0.5页daP-addrda+352用户态虚/实地址映照以前面幻灯片图2数字为例tata+12818虚/实地址映照UISA/UISD只有一组，保存当前运行进程页表表目；其他进程页表表目保存在user[](u-uisa/u-uisd[16])u-uisd内容与UISD完全一样；而u-uisa内容那么略有区别，它是假设ta、p-addr皆为0而构造的。见右u-uisa/u-uisd由estabur()创立u-uisa/u-uisd->UISA/UISD由sureg()完成01282561616+12816+256未用16+224u-uisa虚/实地址映照UISA/UISD只有一组，保存当前运行进程页19存储资源管理表可用存储区表Unix对内存、盘交换区存储资源分配和释放使用同一算法设置2个数组表示内存/盘交换区可用存储区情况intcoremap[CMAPSIZ]intswapmap[SWAPSIZ]2个数组一般皆为100个元素，每2个元素构成一个表目项，共各有50个表目项，每个表目项描述：Structmap{char*m-size;/*空闲区长度char*m-addr;/*空闲区起址};各空闲区按起始地址从高到低顺序登记在可用存储区表中，m-size为0的表项为空白表目，集中在表的后部存储资源管理表可用存储区表20存储资源管理存储分配：firstfit/malloc(mp,size)mp:coremap/swapmap存储释放：mfree(mp,size,释放区起址)存储资源管理存储分配：firstfit/malloc(mp21存储保护虚/实映射机构根本上使各进程相互隔离，到达保护各进程占用独立的存储区，且不会重叠进程在核心态、用户态下运行使用不同的管理存放器，且用户进程无权修改存放器值，不可能破坏操作系统核心态进程可使用系统提供的特权指令mtpi、mfpi(向当前运行状态存储空间存、取指令信息)对现行运行进程的用户态空间进展操作通过KISD/UISD中页长字段PLF，以及存取控制权限ACF，可以限定进程的访问长度和访问方式存储保护虚/实映射机构根本上使各进程相互隔离，到达保22《UNIX内核分析》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《UNIX内核分析》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使23软中断(1)软中断是Unix系统提供的进程间通讯的一个机构，进程间可以利用其发送少量信息，并作适当处理；同组之间可以通过37#系统调用kill相互发送软中断信号S5提供了19种软中断信号，13个具有标准名字的约定，终端类型号0解释为“没有中断〞相关构造：p-sig：进程接收的信号类型数u-signal[NSIG]：软中断处理程序入口表，20个元素软中断(1)软中断是Unix系统提供的进程间通讯的一个机构，24软中断(2)发送软中断信号，按信号类型设置p-sig的某一位；如果承受进程睡眠在可被中断的优先级上，那么唤醒当一个进程从核心态返回用户态，或者进入/离开低优先级睡眠时，核心态检查其是否收到软中断信号；而仅当进程从核心态返回用户态时，核心才处理软中断进程在核心态运行时，软中断不会立即起作用软中断(2)发送软中断信号，按信号类型设置p-sig的某一位25psignal(p,sig)将信号sig发给指定进程；PZERO∈param.h，为25Registersig;registerstructproc*p;{sig--if(sig<||sig>=NSIG)return;p→p-sig|1L<<sig/*按照sig类型，设置p-sig某一位if(p→p-stat==SSLEEP&&p→p-pri>PZERO)/*p在可被中断优先级睡眠setrun(p);}/*运行指定进程，或调入/必要时Issig();测试软中断信号，假设收到不可忽略信号，返回真；否那么，返回假。psignal(p,sig)将信号sig发给指定进程；PZE26软中断处理入口表u-signal[NSIG]根据表项中元素不同值，有三种信号处理方式值为0：处理方式为终止本进程；值为奇数：对该信号不作处理；值为非零偶数：表示信号处理程序入口地址。u-signal[NSIG]表中各元素的值可通过48#系统调用signal(sig,func)预制，其处理程序是ssig()NSIG=20：0-19sig：信号类型号，保存在u-arg[0]func：对该信号的处理方式，保存在u-arg[1]对于信号SIGKIL/终止进程，func不能设置软中断处理入口表u-signal[NSIG]根据表项中元素不27信号处理方式预制程序ssig(){registera;a=u.u-arg[0];/*取参数sigif(a<=0||a>=NISG||a==SIGKIL){u.u-error=EINVAL;/*非法参数return}u.u-ar0[R0]=u.u-signal[a]/*保存原先处理方式u.u-signal[a]=u.u-arg[1];if(u.u-procp→p-sig==a)/*如果以前已经收到该信号u.u-procp→p-sig=0;/*处理方式已改变，去除原收到信号}信号处理方式预制程序ssig()28signal(sig,func)用户通过该系统调用实现预制例如：signal(2,1);将u-signal[2]设置为1/奇数实现不理会2号类型软中断的设置

signal(sig,func)用户通过该系统调用实现预制29信号产生的5种情况陷入处理子程序trap中，用户态下产生各种故障，除电源失败等外，按照类型转换成信号进程间通过37#系统调用kill(pid,sig)进展信号传送用户在终端输入“DELETE〞等，终端中断处理程序将信号SIGINT/2等发送到与终端有关的所有进程进程使用管道pipe通信，发现读通道已经关闭，那么向本进程发送SIGPIPE/13信号父进程对接收到一个信号的子进程跟踪处理时，可用跟踪命令箱子进程发送一个信号信号产生的5种情况陷入处理子程序trap中，用户态下产生各种30PDP-11内存管理机构UnixS5思想：分页，支持内存、外存之间的进程对换支持请求调页的存储管理PDP-11内存管理机构UnixS5思想：31PDP-11虚地址字字长16位，每个进程的最大程序地址空间216=64KBCPU总线寻址能力18位/256KB。其中：最高8KB固定为I/O页，所以内存最大容量为248KB程序16位地址称为虚地址，64KB分成8页，8KB/页每页划分为128个字符块，64B/块由于程序可以小于64KB，有些页可能局部/完全空白空白局部留作扩展使用系统按照实际使用页长分配内存PDP-11虚地址字字长16位，每个进程的最大程序地址空间232虚地址字划分构造1514131211109876543210APFActivepagefield0-7页BNBlocknumber0-127块DIBDisplacementinblock0-63B虚地址字划分构造151413121110987654321033内存管理存放器(1)PDP-11设置了2组32位活动页存放器APR，8个/组，分别保存进程核心态/用户态下内存使用情况32位APR可分为2个16位的存放器，分别为页地址存放器PAR(pageaddressregister)页说明存放器PDR(pagedescriptionregister)页地址存放器PARPAF:表示虚地址空间中相应页在内存地址，单位是内存字符块寻址范围：0-(212-1)*64，即0-(256K-64)字节PAF0111512内存管理存放器(1)PDP-11设置了2组32位活动页存放器34内存管理存放器(2)页说明存放器PDR/上图存取控制字段ACF(accesscontrolfield):说明对该页的存取控制权限00：不驻在内存01：readonly10：未用11：R/W扩展方向位：ED(extend)如果某页实际使用小于128块(8KB)，那么ED说明空白局部在高/低地址一侧，即扩展时的扩展方向。ED=0:高地址一侧;ED=1:低地址一侧例如：Unix系统中，共享代码段/数据段：ED=0；栈段：ED=1PLF/pagelengthfieldWEDACF0123681415内存管理存放器(2)页说明存放器PDR/上图PLF/pag35内存管理存放器(3)存取信息位W-修改位W=1，表示修改正页长字段PLF：说明虚页的实际使用长度，1~128块如果ED=0/向高地址方向扩展：那么PLF=实际使用长度-1；例如：实际使用长度为128，那么PLF=127如果ED=1：那么PLF=128-实际使用长度；例如：实际使用长度为128，那么PLF=0用补码表示实际使用长度PLF值表示在相应扩展方向上该虚页实际使用的最末块块号，便于越界检查内存管理存放器(3)存取信息位W-修改位36虚地址到物理地址转换总线寻址能力为18位，形成256KB的物理地址1514131211109876543210APFBNDIBPAF物理块号DIB05617011+找对应页的PAR虚地址到物理地址转换总线寻址能力为18位，形成256KB的物37Unix存储管理PDP-11进程可访问的地址空间为64KB进程在核心态下的虚拟地址空间(图1左)Unix核心代码长度不超过48KB/6页，占0-5页进程在用户态下的虚拟地址空间(图2右/举例)Unix代码现运行进程ppdaI/O页0-5页6页7页共享正文段2.5页数据段2.25页栈段0.5页Unix存储管理PDP-11进程可访问的地址空间为64KB现38虚/实地址映照Unix分别用KISA(0-7)和KISD(0-7)存放核心态下进程内存使用情况KISA类似PAR/页地址存放器KISD类似PDR/页说明存放器用户态下现行进程内存使用情况分别用UISA/UISD存放KISA/KISD(0-5)和KISA/KISD(7)在系统初启后就固定，不再变化；KISA/KISD(6)总是指向当前运行进程的ppda区从KISA6指向的ppda区user构造中可以得到u-procp，它指向当前运行进程的proc[]虚/实地址映照Unix分别用KISA(0-7)和KISD(039用户态虚/实地址映照以前面幻灯片图2数字为例tata+128ta+256dada+128da+256未用da+224128RO128RO64RO128RW128RW32RW0064RW/EDUISAUISDta是进程共享正文段在内存的起始地址da是进程数据段在内存的起始地址：da=p-addr+16内存空间tappda/16块栈段0.5页da