UNIX内核分析PPT课件

1、UNIX内核分析,UNIX 内核分析(2),参考教材： UNIX操作系统教程,UNIX内核分析,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” 相关结构： p-sig：进程接收的信号类型数 u-signalNSIG：软中断处理程序入口表，20个元素,UNIX内核分析,软中断(2),发送软中断信号，按信号类型设置p-sig的某一位；如果接受进程睡眠在可被中断的优先级上，则唤醒 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,UNIX内核分析,psignal(p,sig),将信号sig发给指定进程；PZEROparam.h，为25 Register sig; register struct proc *p; sig- if (sig=NSIG) retur

2、n; pp-sig|1LPZERO) /*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，若收到不可忽略信号，返回真； 否则，返回假。,UNIX内核分析,软中断处理入口表u-signalNSIG,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-signalNSIG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=20：0-19 sig：信号类型号，保存在u-arg0 func：对该信号的处理方式，保存在u-arg1 对于信号SIGKIL/终止进程，func不能设置,UNIX内核分析,信号处理方式预制程序,ssig() register a; a=u.u-arg0; /*取参数sig if (a=NISG|a=SIGKIL) u.u-error=EINVAL; /*非法参数 return u.u-ar0R0=u.u-signala /*保存原先处理方式 u.u-

3、signala=u.u-arg1; if (u.u-procpp-sig=a) /*如果以前已经收到该信号 u.u-procpp-sig=0; /*处理方式已改变，清除原收到信号 ,UNIX内核分析,signal(sig,func),用户通过该系统调用实现预制 例如：signal(2,1); 将u-signal2设置为1/奇数 实现不理会2号类型软中断的设置,UNIX内核分析,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)进行信号传送 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，则向本进程发送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,UNIX内核分析,PDP-11内存管理机构,Unix S5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,UNIX内核分析,PDP-11虚地址字,字长16位，每个进程

4、的最大程序地址空间216=64KB CPU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 空白部分留作扩展使用 系统按照实际使用页长分配内存,UNIX内核分析,虚地址字划分结构,UNIX内核分析,内存管理寄存器(1),PDP-11设置了2组32位活动页寄存器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位的寄存器，分别为 页地址寄存器PAR(page address register) 页说明寄存器PDR(page description register) 页地址寄存器PAR PAF: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,0,11,15,12,UNIX内核分析,内存管理寄存器(2),页说明寄存器PDR/上图 存取控制字段ACF(access control field):说明

5、对该页的存取控制权限 00：不驻在内存 01：read only 10：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)，则ED说明空白部分在高/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=1,0,1,2,3,6,8,14,15,UNIX内核分析,内存管理寄存器(3),存取信息位W-修改位 W=1，表示修改过 页长字段PLF：说明虚页的实际使用长度，1128块 如果ED=0/向高地址方向扩展：则PLF=实际使用长度-1；例如：实际使用长度为128，则PLF=127 如果ED=1：则PLF=128-实际使用长度；例如：实际使用长度为128，则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,UNIX内核分析,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,0,5,6,17,0,11,+,找对应页的PAR,UNIX内核分析,Unix存储管理,PDP-11进程可访问的

6、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),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内核分析,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/页地址寄存器 KISD类似PDR/页说明寄存器 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结构中可以得到u-procp，它指向当前运行进程的proc,UNIX内核分析,用户态虚/实地址映照,以前面幻灯片图2数字为例,UISA,UISD,ta 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,ta,da+352,UNIX内核分析,虚/实地址映照,UISA/UISD只有一组，保存

7、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-uisd16) u-uisd内容与UISD完全相同；而u-uisa内容则略有区别，它是假设ta、p-addr皆为0而构造的。见右 u-uisa/u-uisd由estabur()创建 u-uisa/u-uisd- UISA/UISD由sureg()完成,u-uisa,UNIX内核分析,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 int coremapCMAPSIZ int sS 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： Struct map 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,UNIX内核分析,存储资源管理,存储分配：first fit/malloc(mp,size) mp:coremap/s 存储释放：mfree(mp,size,释放区起址),UNIX内核分析,存储保护,虚/实映射机构基本上使各进程相互隔离，达到保护 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寄存器，且用户进程无权修改寄存器值，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行操作 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,

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