ACommentaryonTheSixthEditionUnixOperationgSystem资源-CSDN文库

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根据提供的文件信息，我们可以深入探讨第六版Unix操作系统的关键特性与技术细节。这不仅仅是对文档的简单概述，而是从文档中的各个部分提炼出重要的知识点，并进行详细的解析。 ### 标题：《第六版Unix操作系统的评论》 #### 知识点一：Unix操作系统简介 - **历史背景**：第六版Unix操作系统是1975年发布的一个版本，由贝尔实验室的Ken Thompson和Dennis Ritchie开发。它是早期计算机科学领域的一项重大突破，为后续的操作系统发展奠定了基础。 - **特点**：第六版Unix引入了许多创新概念和技术，包括可移植性、多用户支持以及模块化设计等，这些都极大地提升了系统的灵活性和效率。 #### 知识点二：Unix操作系统的组成部分 - **核心功能**：该系统主要包括内核（Kernel）和一系列工具程序。内核负责管理硬件资源、调度进程等核心任务；工具程序则提供了丰富的命令行工具，用于文件处理、文本编辑等。 - **其他组件**：此外还包括Shell（命令解释器）、文件系统、网络协议栈等关键部分。 ### 描述：《第六版Unix操作系统的评论》 #### 知识点三：Unix编程环境 - **编程语言**：第六版Unix主要采用C语言编写，这标志着C语言首次被大规模应用于操作系统开发，也促进了C语言的广泛传播。 - **编程工具**：为了支持C语言编程，第六版Unix还包含了一套完整的开发工具链，如编译器、链接器、调试器等，极大地便利了程序员的工作。 #### 知识点四：Unix的文件系统 - **文件系统结构**：第六版Unix采用了树状目录结构来组织文件，这种结构至今仍被广泛使用。 - **权限控制**：引入了读写执行三种基本权限，并为每个文件指定了所有者和所属组，从而实现了较为精细的访问控制机制。 ### 部分内容分析 #### 知识点五：处理器和内存管理 - **处理器架构**：这部分详细介绍了与第六版Unix兼容的处理器架构，包括状态寄存器、通用寄存器、指令集等。 - **内存管理**：讨论了分段和分页两种内存管理模式，并介绍了相应的硬件支持机制，如分段寄存器和页描述符寄存器。 #### 知识点六：C程序分析 - **示例程序**：书中通过一系列精选的C语言程序示例，帮助读者理解Unix内部工作原理及编程技巧。例如，如何使用标准库函数、文件操作API等。 - **程序结构**：分析了不同类型的程序结构，比如递归函数、信号处理机制等高级主题。 #### 知识点七：系统概述 - **变量分配**：探讨了程序运行时内存中变量的分配策略，这对于理解程序的动态行为非常重要。 - **全局变量**：讨论了全局变量在Unix程序中的使用方式及其潜在问题。 - **C预处理器**：介绍了C语言的预处理器特性，包括宏定义、条件编译等，这些都是编写高效且易于维护的代码所必需的知识点。 - **源码组织**：描述了Unix源代码是如何组织成多个部分的，包括各种头文件、汇编语言文件以及其他类型的文件。《第六版Unix操作系统的评论》不仅是一本技术手册，更是一部关于操作系统设计与实现的经典著作。它深入浅出地讲解了第六版Unix的核心理念和技术细节，对于学习操作系统原理及C语言编程具有极高的参考价值。

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A COMMENTARY ON THE

SIXTH EDITION

UNIX OPERATING SYSTEM

J. Lions.

Department of Computer Science

The University of New South Wales

This booklet has been produced for students at the University of New South Wales taking courses 6.602B

and 6.657G. It is intended as a companion to, and commentary on, the booklet UNIX Operating System

Source Code, Level Six.

The UNIX Software System was written by K. Thompson and D. Ritchie of Bell Laboratories, Murray Hill,

NJ. It has been made available under a license from the Western Electric Company.

This document may contain information covered by one or more licenses, copyrights and non-disclosure

agreements. Circulation of this document is restricted to holders of a license for the UNIX Software System

from Western Electric. All other circulation or reproduction is prohibited.

UNIX 6th Edition Commentary CONTENTS

Contents

1 Introduction 1

1.1 The UNIX Operating System . . . . 1

1.2 Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.3 Other Documentation . . . . . . . . 1

1.4 UNIX Programmer’s Manual . . . . 1

1.5 UNIX Documents . . . . . . . . . . . 2

1.6 UNIX Operating System Source Code 2

1.7 Source Code Selections . . . . . . . . 3

1.8 Source Code Files . . . . . . . . . . . 3

1.9 Use of these notes . . . . . . . . . . 3

1.10 A Note on Programming Standards . 3

2 Fundamentals 4

2.1 The Processor . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Processor Status Word . . . . . . . . 4

2.3 General Registers . . . . . . . . . . . 4

2.4 Instruction Set . . . . . . . . . . . . 4

2.5 Addressing Modes . . . . . . . . . . 6

2.6 Unix Assembler . . . . . . . . . . . . 7

2.7 Memory Management . . . . . . . . 7

2.8 Segmentation Registers. . . . . . . . 7

2.9 Page Description Register . . . . . . 8

2.10 Memory Allocation . . . . . . . . . . 8

2.11 Memory Management Status Registers 8

2.12 “i” and “d” Spaces . . . . . . . . . . 8

2.13 Initial Conditions . . . . . . . . . . . 8

2.14 Special Device Registers . . . . . . . 8

3 Reading “C” Programs 10

3.1 Some Selected Examples . . . . . . . 10

3.2 Example 1 . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3 Example 2 . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4 Example 3 . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.5 Example 4 . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.6 Example 5 . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.7 Example 6 . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.8 Example 7 . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.9 Example 8 . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.10 Example 9 . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.11 Example 10 . . . . . . . . . . . . . . 14

3.12 Example 11 . . . . . . . . . . . . . . 14

3.13 Example 12 . . . . . . . . . . . . . . 15

3.14 Example 13 . . . . . . . . . . . . . . 15

3.15 Example 14 . . . . . . . . . . . . . . 15

3.16 Example 15 . . . . . . . . . . . . . . 15

3.17 Example 16 . . . . . . . . . . . . . . 16

3.18 Example 17 . . . . . . . . . . . . . . 16

4 An Overview 18

4.1 Variable Allocation . . . . . . . . . . 18

4.2 Global Variables . . . . . . . . . . . 18

4.3 The ‘C’ Preprocessor . . . . . . . . . 18

4.4 Section One . . . . . . . . . . . . . . 18

4.5 The First Group of ‘.h’ Files . . . . . 19

4.6 Assembly Language Files . . . . . . 19

4.7 Other Files in Section One . . . . . . 19

4.8 Section Two . . . . . . . . . . . . . . 19

4.9 Section Three . . . . . . . . . . . . . 20

4.10 Section Four . . . . . . . . . . . . . . 20

4.11 Section Five . . . . . . . . . . . . . . 21

5 Two Files 22

5.1 The File ‘malloc.c’ . . . . . . . . . . 22

5.2 Rules for List Maintenance . . . . . 22

5.3 malloc (2528) . . . . . . . . . . . . . 23

5.4 mfree (2556) . . . . . . . . . . . . . . 23

5.5 In conclusion ... . . . . . . . . . . . . 24

5.6 The File ‘prf.c’ . . . . . . . . . . . . 24

5.7 printf (2340) . . . . . . . . . . . . . 24

5.8 printn (2369) . . . . . . . . . . . . . 25

5.9 putchar (2386) . . . . . . . . . . . . 25

5.10 panic (2419) . . . . . . . . . . . . . . 26

5.11 prdev (2433), deverror (2447) . . . . 26

5.12 Included Files . . . . . . . . . . . . . 26

6 Getting Started 28

6.1 Operator Actions . . . . . . . . . . . 28

6.2 start (0612) . . . . . . . . . . . . . . 28

6.3 main (1550) . . . . . . . . . . . . . . 29

6.4 Processes . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.5 Initialisation of proc[0] . . . . . . . . 30

6.6 The story continues ... . . . . . . . . 30

6.7 sched (1940) . . . . . . . . . . . . . . 31

6.8 sleep (2066) . . . . . . . . . . . . . . 31

6.9 swtch (2178) . . . . . . . . . . . . . 31

6.10 main revisited . . . . . . . . . . . . . 32

7 Processes 33

7.1 The Process . . . . . . . . . . . . . . 33

7.2 The proc Structure (0358) . . . . . . 33

7.3 The user Structure (0413) . . . . . . 34

7.4 The Per Process Data Area . . . . . 34

7.5 The Segments . . . . . . . . . . . . . 34

7.6 Execution of an Image . . . . . . . . 35

7.7 Kernel Mode Execution . . . . . . . 35

7.8 User Mode Execution . . . . . . . . 35

7.9 An Example . . . . . . . . . . . . . . 35

7.10 Setting the Segmentation Registers . 36

7.11 estabur (1650) . . . . . . . . . . . . 36

7.12 sureg (1739) . . . . . . . . . . . . . . 36

7.13 newproc (1826) . . . . . . . . . . . . 37

8 Process Management 38

8.1 Process Switching . . . . . . . . . . . 38

8.2 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . 38

8.3 Program Swapping . . . . . . . . . . 38

8.4 Jobs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

8.5 Assembler Procedures . . . . . . . . 38

8.6 savu (0725) . . . . . . . . . . . . . . 38

8.7 retu (0740) . . . . . . . . . . . . . . 39

8.8 aretu (0734) . . . . . . . . . . . . . . 39

8.9 swtch (2178) . . . . . . . . . . . . . 39

CONTENTS UNIX 6th Edition Commentary

8.10 setpri (2156) . . . . . . . . . . . . . 39

8.11 sleep (2066) . . . . . . . . . . . . . . 40

8.12 wakeup (2113) . . . . . . . . . . . . 40

8.13 setrun (2134) . . . . . . . . . . . . . 40

8.14 expand (2268) . . . . . . . . . . . . . 40

8.15 swtch revisited . . . . . . . . . . . . 41

8.16 Critical Sections . . . . . . . . . . . 41

9 Hardware Interrupts and Traps 42

9.1 Hardware Interrupts . . . . . . . . . 42

9.2 The Interrupt Vector . . . . . . . . . 42

9.3 Interrupt Handlers . . . . . . . . . . 42

9.4 Priorities . . . . . . . . . . . . . . . 43

9.5 Interrupt Priorities . . . . . . . . . . 43

9.6 Rules for Interrupt Handlers . . . . . 43

9.7 Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

9.8 Assembly Language ‘trap’ . . . . . . 44

9.9 Return . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

10 The Assembler “Trap” Routine 45

10.1 Sources of Traps and Interrupts . . . 45

10.2 fuibyte (0814), fuiword (0844) . . . . 45

10.3 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . 46

10.4 call (0776) . . . . . . . . . . . . . . . 46

10.5 User Program Traps . . . . . . . . . 46

10.6 The Kernel Stack . . . . . . . . . . . 47

11 Clock Interrupts 48

11.1 clock (3725) . . . . . . . . . . . . . . 48

11.2 timeout (3845) . . . . . . . . . . . . 49

12 Traps and System Calls 50

12.1 trap (2693) . . . . . . . . . . . . . . 50

12.2 Kernel Mode Traps . . . . . . . . . . 50

12.3 User Mode Traps . . . . . . . . . . . 50

12.4 System Calls . . . . . . . . . . . . . 51

12.5 System Call Handlers . . . . . . . . 52

12.6 The File ‘sysl.c’ . . . . . . . . . . . . 52

12.7 exec (3020) . . . . . . . . . . . . . . 52

12.8 fork (3322) . . . . . . . . . . . . . . 53

12.9 sbreak (3354) . . . . . . . . . . . . . 53

12.10The Files ‘sys2.c’ and ‘sys3.c’ . . . . 53

12.11The File ‘sys4.c’ . . . . . . . . . . . 53

13 Software Interrupts 54

13.1 Anticipation . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Causation . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.3 Eﬀect . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.4 Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.5 Procedures . . . . . . . . . . . . . . 54

13.6 A. Anticipation . . . . . . . . . . . . 55

13.7 B. Causation . . . . . . . . . . . . . 55

13.8 C. Eﬀect . . . . . . . . . . . . . . . . 55

13.9 D. Tracing . . . . . . . . . . . . . . . 55

13.10ssig (3614) . . . . . . . . . . . . . . . 55

13.11kill (3630) . . . . . . . . . . . . . . . 55

13.12signal (3949) . . . . . . . . . . . . . 55

13.13psignal (3963) . . . . . . . . . . . . . 55

13.14issig (3991) . . . . . . . . . . . . . . 56

13.15psig (4043) . . . . . . . . . . . . . . 56

13.16core (4094) . . . . . . . . . . . . . . 56

13.17grow (4136) . . . . . . . . . . . . . . 56

13.18exit (3219) . . . . . . . . . . . . . . . 57

13.19rexit (3205) . . . . . . . . . . . . . . 57

13.20wait (3270) . . . . . . . . . . . . . . 57

13.21Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . 57

13.22stop (4016) . . . . . . . . . . . . . . 58

13.23wait (3270) (continued) . . . . . . . 58

13.24ptrace (4164) . . . . . . . . . . . . . 58

13.25procxmt (4204) . . . . . . . . . . . . 59

14 Program Swapping 60

14.1 Text Segments . . . . . . . . . . . . 60

14.2 sched (1940) . . . . . . . . . . . . . . 60

14.3 xswap (4368) . . . . . . . . . . . . . 61

14.4 xalloc (4433) . . . . . . . . . . . . . 61

14.5 xfree (4398) . . . . . . . . . . . . . . 62

15 Introduction to Basic I/O 63

15.1 The File ‘buf.h’ . . . . . . . . . . . . 63

15.2 devtab (4551) . . . . . . . . . . . . . 63

15.3 The File ‘conf.h’ . . . . . . . . . . . 63

15.4 The File ‘conf.c’ . . . . . . . . . . . 63

15.5 System Generation . . . . . . . . . . 63

15.6 swap (5196) . . . . . . . . . . . . . . 63

15.7 Race Conditions . . . . . . . . . . . 64

15.8 Reentrancy . . . . . . . . . . . . . . 65

15.9 For the Uninitiated . . . . . . . . . . 65

15.10Additional Reading . . . . . . . . . . 65

16 The RK Disk Driver 66

16.1 The ﬁle ‘rk.c’ . . . . . . . . . . . . . 66

16.2 rkstrategy (5389) . . . . . . . . . . . 67

16.3 rkaddr (5420) . . . . . . . . . . . . . 67

16.4 devstart (5096) . . . . . . . . . . . . 67

16.5 rkintr (5451) . . . . . . . . . . . . . 67

16.6 iodone (5018) . . . . . . . . . . . . . 67

17 Buﬀer Manipulation 68

17.1 Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

17.2 A Cache-like Memory . . . . . . . . 68

17.3 clrbuf (5038) . . . . . . . . . . . . . 68

17.4 incore (4899) . . . . . . . . . . . . . 68

17.5 getblk (4921) . . . . . . . . . . . . . 68

17.6 brelse (4869) . . . . . . . . . . . . . 69

17.7 binit (5055) . . . . . . . . . . . . . . 69

17.8 bread (4754) . . . . . . . . . . . . . 69

17.9 breada (4773) . . . . . . . . . . . . . 70

17.10bwrite (4809) . . . . . . . . . . . . . 70

17.11bawrite (4856) . . . . . . . . . . . . 70

17.12bdwrite (4836) . . . . . . . . . . . . 70

17.13bﬂush (5229) . . . . . . . . . . . . . 70

17.14physio (5259) . . . . . . . . . . . . . 70

UNIX 6th Edition Commentary CONTENTS

18 File Access and Control 71

18.1 File Characteristics . . . . . . . . . . 71

18.2 System Calls . . . . . . . . . . . . . 71

18.3 Control Tables . . . . . . . . . . . . 71

18.4 ﬁle (5507) . . . . . . . . . . . . . . . 71

18.5 inode (5659) . . . . . . . . . . . . . . 72

18.6 Resources Required . . . . . . . . . . 72

18.7 Opening a File . . . . . . . . . . . . 72

18.8 creat (5781) . . . . . . . . . . . . . . 72

18.9 openl (5804) . . . . . . . . . . . . . . 72

18.10open (5763) . . . . . . . . . . . . . . 73

18.11openl revisited . . . . . . . . . . . . 73

18.12close (5846) . . . . . . . . . . . . . . 73

18.13closef (6643) . . . . . . . . . . . . . . 73

18.14iput (7344) . . . . . . . . . . . . . . 73

18.15Deletion of Files . . . . . . . . . . . 73

18.16Reading and Writing . . . . . . . . . 74

18.17rdwr (5731) . . . . . . . . . . . . . . 74

18.18readi (6221) . . . . . . . . . . . . . . 75

18.19writei . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

18.20iomove (6364) . . . . . . . . . . . . . 75

18.21bmap (6415) . . . . . . . . . . . . . 75

18.22Leftovers . . . . . . . . . . . . . . . . 76

19 File Directories and Directory Files 77

19.1 The Directory Data Structure . . . . 77

19.2 Directory Files . . . . . . . . . . . . 77

19.3 namei (7518) . . . . . . . . . . . . . 77

19.4 Some Comments . . . . . . . . . . . 78

19.5 link (5909) . . . . . . . . . . . . . . . 79

19.6 wdir (7477) . . . . . . . . . . . . . . 79

19.7 maknode (7455) . . . . . . . . . . . . 79

19.8 unlink (3510) . . . . . . . . . . . . . 79

19.9 mknod (5952) . . . . . . . . . . . . . 80

19.10access (6746) . . . . . . . . . . . . . 80

20 File Systems 81

20.1 The ‘Super Block’ (5561) . . . . . . 81

20.2 The ’mount’ table (0272) . . . . . . 81

20.3 iinit (6922) . . . . . . . . . . . . . . 81

20.4 Mounting . . . . . . . . . . . . . . . 82

20.5 smount (6086) . . . . . . . . . . . . 82

20.6 Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

20.7 iget (7276) . . . . . . . . . . . . . . . 82

20.8 getfs (7167) . . . . . . . . . . . . . . 83

20.9 update (7201) . . . . . . . . . . . . . 83

20.10sumount (6144) . . . . . . . . . . . . 84

20.11Resource Allocation . . . . . . . . . 84

20.12alloc (6965) . . . . . . . . . . . . . . 84

20.13itrunc (7414) . . . . . . . . . . . . . 84

20.14free (7000) . . . . . . . . . . . . . . . 85

20.15iput (7344) . . . . . . . . . . . . . . 85

20.16ifree (7134) . . . . . . . . . . . . . . 85

20.17iupdat (7374) . . . . . . . . . . . . . 85

21 Pipes 87

21.1 pipe (7723) . . . . . . . . . . . . . . 87

21.2 readp (7758) . . . . . . . . . . . . . 87

21.3 writep (7805) . . . . . . . . . . . . . 87

21.4 plock (7862) . . . . . . . . . . . . . . 87

21.5 prele (7882) . . . . . . . . . . . . . . 87

22 Character Oriented Special Files 88

22.1 LP11 Line Printer Driver . . . . . . 88

22.2 lpopen (8850) . . . . . . . . . . . . . 88

22.3 Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

22.4 lpoutput (8986) . . . . . . . . . . . . 89

22.5 lpstart (8967) . . . . . . . . . . . . . 89

22.6 lpinit(8976) . . . . . . . . . . . . . . 89

22.7 lpwrite (8870) . . . . . . . . . . . . . 89

22.8 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . 90

22.9 lpcanon (8879) . . . . . . . . . . . . 90

22.10For idle readers: A suggestion . . . . 91

22.11PC-11 Paper Tape Reader/Punch

Driver . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

23 Character Handling 92

23.1 cinit (8234) . . . . . . . . . . . . . . 93

23.2 getc (0930) . . . . . . . . . . . . . . 93

23.3 putc (0967) . . . . . . . . . . . . . . 93

23.4 Character Sets . . . . . . . . . . . . 94

23.5 Control Characters . . . . . . . . . . 94

23.6 Graphic Characters . . . . . . . . . . 94

23.7 Graphic Character Sets . . . . . . . 94

23.8 maptab (8117) . . . . . . . . . . . . 95

23.9 partab (7947) . . . . . . . . . . . . . 95

24 Interactive Terminals 96

24.1 The ’tty’ Structure (7926) . . . . . . 96

24.2 Interactive Terminals . . . . . . . . 96

24.3 Initialisation . . . . . . . . . . . . . 97

24.4 stty (8183) . . . . . . . . . . . . . . 97

24.5 sgtty (8201) . . . . . . . . . . . . . . 97

24.6 klsgtty (8090) . . . . . . . . . . . . . 97

24.7 tysty (8577) . . . . . . . . . . . . . . 97

24.8 The DL11/KL11 Terminal Device

Handler . . . . . . . . . . . . . . . . 97

24.9 Device Registers . . . . . . . . . . . 98

24.10UNIBUS Addresses . . . . . . . . . . 98

24.11Software Considerations . . . . . . . 98

24.12Interrupt Vector Addresses . . . . . 98

24.13Source Code . . . . . . . . . . . . . . 98

24.14klopen (8023) . . . . . . . . . . . . . 99

24.15klclose (8055) . . . . . . . . . . . . . 99

24.16klxint (8070) . . . . . . . . . . . . . 99

24.17klrint (8078) . . . . . . . . . . . . . . 99

25 The File “tty.c” 101

25.1 ﬂushtty (8252) . . . . . . . . . . . . 101

25.2 wﬂushtty (8217) . . . . . . . . . . . 101

25.3 Character Input . . . . . . . . . . . 101

25.4 ttread (8535) . . . . . . . . . . . . . 101

iii

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酱油王

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