第7章 实例分析：Windows 2000操作系统.ppt

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1、7.1 Windows 20007.1 Windows 2000的处理机管理的处理机管理7.2 Windows 20007.2 Windows 2000的存储管理的存储管理7.3 Windows 20007.3 Windows 2000的文件管理的文件管理7.4 Windows 20007.4 Windows 2000的设备管理的设备管理第第7 7章章 WWindowsindows 2000 2000 操作系统操作系统实例分析实例分析（1 1）Windows 2000Windows 2000的微内核结构、线程概念及的微内核结构、线程概念及其调度策略；其调度策略；（2 2）Windows 200

2、0Windows 2000的页目录、页表两级地址转的页目录、页表两级地址转换过程，以及进程工作集概念；换过程，以及进程工作集概念；（3 3）Windows 2000Windows 2000支持的支持的NTFSNTFS文件系统及基于文件系统及基于日志文件的可恢复性技术；日志文件的可恢复性技术；（4 4）Windows 2000Windows 2000的的I/OI/O请求包（请求包（IRPIRP）和两级）和两级中断处理（中断处理（ISRISR和和DPCDPC）。）。本章主要内容本章主要内容7 7.1 Windows 20001 Windows 2000的处理机管理的处理机管理7 7.1 1.1 W

3、indows 20001 Windows 2000的结构的结构 当今，可以用一种名为当今，可以用一种名为“客户客户-服务服务器器”的模型，来构造操作系统。的模型，来构造操作系统。图图7-1 7-1 客户客户-服务器模型服务器模型 用这种方法来构造操作系统，其中心用这种方法来构造操作系统，其中心思想是将系统中的非基本部分从内核里思想是将系统中的非基本部分从内核里移走，只把最为关键的进程管理、内存移走，只把最为关键的进程管理、内存管理以及进程通信等功能，留存下来组管理以及进程通信等功能，留存下来组成系统的内核。这就是所谓的成系统的内核。这就是所谓的“微内核微内核”构造模式。构造模式。7 7.1 1

4、.1 Windows 20001 Windows 2000的结构的结构 Windows 2000Windows 2000就是基于这样一种模式就是基于这样一种模式来构造和设计的，图来构造和设计的，图7-27-2是它的整体结构。是它的整体结构。Windows 2000系统内核特点图图7-2 Windows 20007-2 Windows 2000的整体结构的整体结构7 7.1 1.2 Windows 20002 Windows 2000的进程和线程的进程和线程1 1线程的概念线程的概念 以往的操作系统中，进程具有的两个以往的操作系统中，进程具有的两个基本特征。基本特征。（操作系统只有进程，没有（操

5、作系统只有进程，没有线程）线程）n进程是系统进行资源分配的单位；进程是系统进行资源分配的单位；n进程是系统进行处理机调度分派的单位。进程是系统进行处理机调度分派的单位。Windows 2000Windows 2000把这两个都维系在进程把这两个都维系在进程一体的特征分开来处理，形成不同的实一体的特征分开来处理，形成不同的实体：让进程只具有体：让进程只具有“资源拥有者资源拥有者”这个这个特征，而特征，而“调度和运行调度和运行”这个特征则赋这个特征则赋予一个新的实体予一个新的实体线程。线程。进程与线程区别线程概念 “线程（线程（threadthread）”是进程的一个实是进程的一个实体，是进程中实

6、施调度和处理机分派的体，是进程中实施调度和处理机分派的基本单位。基本单位。进程与线程的关系 因此，如果把进程理解为是操作系统因此，如果把进程理解为是操作系统在逻辑上需要完成的一个任务，那么线在逻辑上需要完成的一个任务，那么线程则是完成该任务时可以并发执行的多程则是完成该任务时可以并发执行的多个子任务。个子任务。图图7-3 7-3 进程和线程的关系示意进程和线程的关系示意2 2、Windows 2000Windows 2000的进程和线程的进程和线程 引入了线程后，系统中既有进程控制块引入了线程后，系统中既有进程控制块也有线程控制块，它们分别描述了进程也有线程控制块，它们分别描述了进程和线程应有

7、的一些基本属性。和线程应有的一些基本属性。3 3Windows 2000Windows 2000线程的状态及状态变迁线程的状态及状态变迁 一个进程在一个进程在Windows 2000Windows 2000里，仍然只里，仍然只有就绪、运行、等待（阻塞）三种基本有就绪、运行、等待（阻塞）三种基本状态。但线程则有六种可能的状态：就状态。但线程则有六种可能的状态：就绪、备用、运行、等待、转换和终止。绪、备用、运行、等待、转换和终止。图图7-4 Windows 20007-4 Windows 2000线程的状态及其变迁线程的状态及其变迁4 4进程与线程的比较进程与线程的比较图图7-5 7-5 进程与线

8、程间的比较进程与线程间的比较进程和线程比较进程和线程比较（1 1）地址空间）地址空间 不同进程的地址空间是相互独立的，不同进程的地址空间是相互独立的，同一进程的各个线程共享同一个地址空同一进程的各个线程共享同一个地址空间。因此，进程中的线程，不可能被另间。因此，进程中的线程，不可能被另一个进程所看见。一个进程所看见。进程和线程比较（续）进程和线程比较（续）（2 2）通信关系）通信关系 不同进程间的通信，必须使用操作系统提供不同进程间的通信，必须使用操作系统提供的进程通信机制。同一进程的各个线程间的通的进程通信机制。同一进程的各个线程间的通信，可以直接通过访问共享的进程地址空间来信，可以直接通过

9、访问共享的进程地址空间来实现。实现。（3 3）调度切换）调度切换 不同进程间的调度切换，系统要花费很大的不同进程间的调度切换，系统要花费很大的开销（比如，要从这个地址空间转到那个地址开销（比如，要从这个地址空间转到那个地址空间）。同一进程的线程间的切换，无须转换空间）。同一进程的线程间的切换，无须转换地址空间，显然会减少很多的系统开销。地址空间，显然会减少很多的系统开销。7 7.1 1.3 Windows 20003 Windows 2000的线程调度的线程调度 Windows 2000Windows 2000处理机调度的对象是线处理机调度的对象是线程，进程只是以资源和运行环境提供者程，进程只

10、是以资源和运行环境提供者的身份出现。的身份出现。线程调度策略 Windows 2000Windows 2000实施的是一个基于优先实施的是一个基于优先级的、抢占式的多处理机调度策略。调级的、抢占式的多处理机调度策略。调度时，只是针对线程队列进行，并不去度时，只是针对线程队列进行，并不去考虑被调度线程属于哪一个进程。考虑被调度线程属于哪一个进程。线程调度时机 一个线程进入就绪状态；一个线程进入就绪状态；一个线程运行的时间片到时；一个线程运行的时间片到时；一个线程的优先级被改变；一个线程的优先级被改变；1 1Windows 2000Windows 2000进程的优先级进程的优先级 在在Window

11、s 2000Windows 2000里，进程可以有四里，进程可以有四种优先级：实时（种优先级：实时（Real-TimeReal-Time）、高）、高（HighHigh）、普通（）、普通（NormalNormal）以及空闲）以及空闲（IdleIdle）。这四种优先级的默认取值是：）。这四种优先级的默认取值是：2424、1313、7/97/9、4 4。2 2Windows 2000Windows 2000线程的优先级线程的优先级 在在Windows 2000Windows 2000里，一旦线程被创建，里，一旦线程被创建，它就取所属进程的优先级。它就取所属进程的优先级。Windows Windows

12、 20002000线程的优先级，可以取线程的优先级，可以取0 03131的值。的值。图图7-6 7-6 线程的优先级分布线程的优先级分布进程与线程优先级特点n 一个进程只能有单个优先级的取值，一个进程只能有单个优先级的取值，因此称其为基本优先级。一个进程里的因此称其为基本优先级。一个进程里的线程，除了仍然有所属进程的基本优先线程，除了仍然有所属进程的基本优先级外，还有运行时的当前优先级。级外，还有运行时的当前优先级。n线程的当前优先级，随占用线程的当前优先级，随占用CPUCPU时间的长时间的长短等因素，会不断地得到调整（在短等因素，会不断地得到调整（在1 11515的范围）。的范围）。3 3线

13、程时间的配额线程时间的配额n线程时间的配额，就是所谓的时间片，线程时间的配额，就是所谓的时间片，它不是一个时间的长度值，而是一个配它不是一个时间的长度值，而是一个配额单位的整数。额单位的整数。n每个线程都有一个代表本次运行最大时每个线程都有一个代表本次运行最大时间长度的时间配额。由于间长度的时间配额。由于Windows 2000Windows 2000采用的是抢占式调度，因此一个线程有采用的是抢占式调度，因此一个线程有可能在没有用完它的时间配额时，就被可能在没有用完它的时间配额时，就被其他线程所抢占。其他线程所抢占。4 4线程调度的管理线程调度的管理nWindows 2000Windows 2

14、000用一张所谓的用一张所谓的“线程调度线程调度器就绪队列器就绪队列”表、一个就绪位图、一个表、一个就绪位图、一个空闲位图来管理有关线程的调度。如图空闲位图来管理有关线程的调度。如图7-87-8所示。所示。图图7-8 Windows 20007-8 Windows 2000线程调度的管理线程调度的管理5 5单处理机系统中的线程调度策略单处理机系统中的线程调度策略nWindows 2000Windows 2000在单处理机系统和多处理在单处理机系统和多处理机系统中，所实施的线程调度是不同的。机系统中，所实施的线程调度是不同的。n 单处理机系统中的线程调度策略，是严单处理机系统中的线程调度策略，是

15、严格基于优先级来确定哪个线程占用处理格基于优先级来确定哪个线程占用处理机，并进入运行状态。多处理机系统中机，并进入运行状态。多处理机系统中的线程调度，本书不去涉及。的线程调度，本书不去涉及。（1 1）主动切换）主动切换图图7-9 7-9 线程的主动切换调度线程的主动切换调度（2 2）抢占）抢占图图7-10 7-10 线程的抢占调度线程的抢占调度（3 3）时间配额用完）时间配额用完图图7-11 7-11 时间配额用完时的线程调度时间配额用完时的线程调度（4 4）结束）结束5 5线程优先级的升降线程优先级的升降图图7-12 7-12 线程优先级升降过程示意线程优先级升降过程示意7 7.2 Wind

16、ows 20002 Windows 2000的存储管理的存储管理7 7.2 2.1 Windows 20001 Windows 2000进程的空间布局进程的空间布局nWindows2000Windows2000采采用用的的是是3232位位的的虚虚拟拟地地址址结结构构。因因此此，每每一一个个用用户户进进程程最最大大的的虚虚拟拟地址空间可以是地址空间可以是2 23232=4GB=4GB。图图7-13 Windows 20007-13 Windows 2000虚拟地址空间的两种布局虚拟地址空间的两种布局7 7.2 2.2 Windows 20002 Windows 2000的地址变换机构的地址变换机

17、构1 1虚拟地址的划分虚拟地址的划分nWindows 2000Windows 2000是通过请求分页的方式，向用是通过请求分页的方式，向用户提供虚拟存储的。户提供虚拟存储的。n在在Windows 2000Windows 2000中，物理内存中划分的块被中，物理内存中划分的块被称为称为“页帧页帧”（有的书上也称为（有的书上也称为“页框页框”），），每个页帧的尺寸为每个页帧的尺寸为4KB4KB。这就是说，虚拟地。这就是说，虚拟地址空间里一页的尺寸，也是址空间里一页的尺寸，也是4KB4KB大小。大小。Windows 2000Windows 2000虚拟地址的划分虚拟地址的划分n图图7-147-14给

18、出了给出了Windows 2000Windows 2000虚拟地址的虚拟地址的划分情况。图中一个虚拟地址被划分成划分情况。图中一个虚拟地址被划分成三个部分：页目录索引、页表索引、页三个部分：页目录索引、页表索引、页内位移量。内位移量。图图7-14 Windows 20007-14 Windows 2000虚拟地址的构成虚拟地址的构成2 2页目录与页目录项页目录与页目录项n每个进程都有一个页目录，通过它能够每个进程都有一个页目录，通过它能够获得该进程所有（小）页表的位置。获得该进程所有（小）页表的位置。n页目录由一个个页目录项（也就是图页目录由一个个页目录项（也就是图7-7-1414里的页目录索

19、引，英文缩写为里的页目录索引，英文缩写为PDEPDE）组）组成。每个页目录项为成。每个页目录项为4 4个字节长，记录了个字节长，记录了进程一个（小）页表的状态和位置。进程一个（小）页表的状态和位置。3 3页表与页表项页表与页表项nWindows 2000Windows 2000中，每一个进程都有一个中，每一个进程都有一个（小）页表集合（里面最多可以是（小）页表集合（里面最多可以是1K1K个个页表），由它们完成具体的地址变换。页表），由它们完成具体的地址变换。n任何一个进程的页表集合，都可分为两任何一个进程的页表集合，都可分为两部分：进程页表和系统页表。部分：进程页表和系统页表。图图7-15 W

20、indows 20007-15 Windows 2000的进程页表和系统页表的进程页表和系统页表图图7-16 Windows 20007-16 Windows 2000页表项结构页表项结构4 4虚拟地址的变换过程虚拟地址的变换过程n图图7-177-17描述了描述了Windows 2000Windows 2000将一个虚拟将一个虚拟地址变换成物理地址的过程。地址变换成物理地址的过程。图图7-17 7-17 虚拟地址的变换过程示意图虚拟地址的变换过程示意图7 7.2 2.3 Windows 20003 Windows 2000对内存的管理对内存的管理1 1进程的工作集概念进程的工作集概念 Wind

21、ows 2000Windows 2000在创建一个进程时，就在创建一个进程时，就在内存中分配给它一定数量的页帧私用，在内存中分配给它一定数量的页帧私用，存放运行所需要的页面。称这些页面为存放运行所需要的页面。称这些页面为该进程的该进程的“工作集工作集”。2 2页帧号数据库页帧号数据库nWindows 2000Windows 2000是通过一个叫是通过一个叫“页帧号数页帧号数据库据库”的数据结构，来管理内存中的各的数据结构，来管理内存中的各个页帧，跟踪它们的使用情况的。个页帧，跟踪它们的使用情况的。n一个内存的页帧必定属于下面六种状态一个内存的页帧必定属于下面六种状态之一。之一。页帧状态（1 1

22、）有效）有效 （2 2）零初始化）零初始化 （3 3）空闲）空闲（4 4）后备）后备 （5 5）修改）修改 （6 6）坏死）坏死 图图7-18 7-18 页表与页帧号数据库的关系示意页表与页帧号数据库的关系示意3 3页帧的各种队列页帧的各种队列n页帧号数据库中处于不同状态的元素，页帧号数据库中处于不同状态的元素，由指针组成由指针组成5 5个链表，个链表，图图7-19 7-19 页帧号数据库中的各种链表页帧号数据库中的各种链表7 7.2 2.4 Windows 20004 Windows 2000的页面调度的页面调度nWindows 2000Windows 2000在实施请求页式存储管理在实施请

23、求页式存储管理时，制定了三种策略：取页策略、置页时，制定了三种策略：取页策略、置页策略和换页策略，以求在不同场合决定策略和换页策略，以求在不同场合决定如何实施具体的页面调度。如何实施具体的页面调度。1 1Windows 2000Windows 2000的取页策略的取页策略n所谓所谓“取页策略取页策略”，即是指决定什么时候把一，即是指决定什么时候把一个页面从磁盘调入内存。个页面从磁盘调入内存。Windows 2000Windows 2000采用的采用的是请求调页法和集群法相结合的形式，把所需是请求调页法和集群法相结合的形式，把所需要的页面装入内存的。要的页面装入内存的。内内 存存 大大 小小代代

24、码页码页面面规规模模数据数据页页面面规规模模其他其他页页面面规规模模小于小于12MB12MB3 32 25 512MB12MB19MB19MB3 32 25 5大于大于19MB19MB8 84 48 8表表7-1 7-1 缺页中断读取的页面规模（单位：页）缺页中断读取的页面规模（单位：页）2 2Windows 2000Windows 2000的置页策略的置页策略n当缺页中断时，系统必须确定把虚拟页当缺页中断时，系统必须确定把虚拟页面放入到物理内存的什么地方。这就是面放入到物理内存的什么地方。这就是所谓的所谓的“置页策略置页策略”。n 可选的内存页帧，应该都从初始化帧链可选的内存页帧，应该都从初

25、始化帧链表、空闲帧链表、后备帧链表和修改帧表、空闲帧链表、后备帧链表和修改帧链表中得到。链表中得到。3 3Windows 2000Windows 2000的换页策略的换页策略n如果线程产生缺页中断时，内存已经没如果线程产生缺页中断时，内存已经没有空闲的页帧可供分配使用，那么就要有空闲的页帧可供分配使用，那么就要决定把内存中的哪个页面调换（淘汰）决定把内存中的哪个页面调换（淘汰）出去。这就是所谓的出去。这就是所谓的“换页策略换页策略”。nWindows 2000Windows 2000实施的是一种可变式的工实施的是一种可变式的工作集策略。即根据所管理物理内存的数作集策略。即根据所管理物理内存的数

26、量，为进程规定最小工作集和最大工作量，为进程规定最小工作集和最大工作集的规模。集的规模。7 7.3 Windows 20003 Windows 2000的文件管理的文件管理7 7.3 3.1 Windows 20001 Windows 2000文件系统综述文件系统综述1 1Windows 2000Windows 2000的文件系统模型的文件系统模型 Windows 2000Windows 2000的文件系统属于核心态的文件系统属于核心态的执行体，它与的执行体，它与I/OI/O管理器紧密相联。管理器紧密相联。1 1Windows 2000Windows 2000的文件系统模型的文件系统模型n用户

27、应用程序中的用户应用程序中的I/OI/O请求，先是要经过请求，先是要经过文件系统驱动程序，才能与设备驱动程文件系统驱动程序，才能与设备驱动程序发生关系，完成所需要的输入序发生关系，完成所需要的输入/输出。输出。图图7-21 Windows7-21 Windows文件系统模型文件系统模型2 2磁盘卷与簇磁盘卷与簇（1 1）磁盘卷）磁盘卷 Windows 2000Windows 2000支持的文件系统，都是支持的文件系统，都是以卷作为存储基础的。所谓以卷作为存储基础的。所谓“卷卷”，主，主要指的是磁盘上的分区。要指的是磁盘上的分区。（2 2）簇）簇n所谓所谓“簇簇”，是指若干个物理扇区的集，是指若

28、干个物理扇区的集合。簇的大小随磁盘卷的尺寸而不同，合。簇的大小随磁盘卷的尺寸而不同，但总是把簇取成是物理扇区的整数倍，但总是把簇取成是物理扇区的整数倍，而且通常是而且通常是2 2的幂次。的幂次。3 3WindowsWindows可以直接支持的文件系统可以直接支持的文件系统（1 1）FATFAT文件系统文件系统 FATFAT是文件分配表（是文件分配表（File Allocation File Allocation TableTable）的英文缩写。它是借助所谓的）的英文缩写。它是借助所谓的“文件分配表文件分配表”，来管理磁盘存储空间、，来管理磁盘存储空间、创建和使用文件的一种方法。创建和使用文件

29、的一种方法。图图7-22 FAT7-22 FAT卷的结构卷的结构图图7-23 FAT7-23 FAT中的文件分配链中的文件分配链（2 2）NTFSNTFS文件系统文件系统nNTFSNTFS是英文是英文“New Technology File New Technology File SystemSystem”的缩写，是一种具有较好容错的缩写，是一种具有较好容错性和安全性的全新文件系统。性和安全性的全新文件系统。NTFSNTFS文件系统文件系统 NTFSNTFS文件系统，按照簇的尺寸来划分文件系统，按照簇的尺寸来划分文件的虚拟空间，这样形成的顺序号，文件的虚拟空间，这样形成的顺序号，称为虚拟簇号（

30、称为虚拟簇号（Virtual Cluster Virtual Cluster NumberNumber，VCNVCN）；把整个卷中所有的簇从）；把整个卷中所有的簇从头到尾进行顺序编号，称为逻辑簇号头到尾进行顺序编号，称为逻辑簇号（Logical Cluster NumberLogical Cluster Number，LCNLCN）。）。图图7-24 7-24 文件文件VCNVCN和和LCNLCN的关系示意的关系示意NTFSNTFS卷组成部分卷组成部分nNTFSNTFS把卷上的磁盘存储区分成两个部分，把卷上的磁盘存储区分成两个部分，其中大约其中大约12%12%的空间（当然是以簇为单位）的空间（

31、当然是以簇为单位）分配给主控文件表（分配给主控文件表（Master File TableMaster File Table，MFTMFT）使用，余下）使用，余下88%88%的空间被分配用的空间被分配用于存储各种文件。于存储各种文件。图图7-25 NTFS7-25 NTFS的磁盘卷结构的磁盘卷结构4 4WindowsWindows的本地的本地FSDFSD和远程和远程FSDFSD（1 1）本地）本地FSDFSD图图7-26 7-26 本地本地FSDFSD（2 2）远程）远程FSDFSDn远程远程FSDFSD应该由两部分组成：客户端的应该由两部分组成：客户端的FSDFSD与服务器端的与服务器端的FS

32、DFSD，如图，如图7-277-27所示。所示。图图7-27 7-27 远程远程FSDFSD7 7.3 3.2 NTFS2 NTFS的主控文件表（的主控文件表（MFTMFT）1 1NTFSNTFS的主控文件表（的主控文件表（MFTMFT）nMFTMFT是一个数组，是一个以数组元素为记是一个数组，是一个以数组元素为记录构成的文件。录构成的文件。MFTMFT中每个元素的长度是中每个元素的长度是一定的，都是一定的，都是1KB1KB。n在在NTFSNTFS文件系统中创建一个文件时，就会文件系统中创建一个文件时，就会在在MFTMFT存储区里开辟一个存储区里开辟一个1KB1KB大小的元素，大小的元素，用于

33、记录该文件的有关信息。用于记录该文件的有关信息。1 1NTFSNTFS的主控文件表（的主控文件表（MFTMFT）n也就是说，只要是存于也就是说，只要是存于NTFSNTFS卷上的文件，卷上的文件，在在MFTMFT里都会有一个元素与之对应。里都会有一个元素与之对应。2 2MFTMFT的元素结构的元素结构nMFTMFT中的每个元素，是由一系列的（属性，中的每个元素，是由一系列的（属性，属性值）对组成。属性值）对组成。n当属性值能够直接存放在当属性值能够直接存放在MFTMFT的元素里时，的元素里时，称其为称其为“常驻属性常驻属性”。n大文件或大目录中包含的属性，显然有大文件或大目录中包含的属性，显然有

34、时用一个时用一个MFTMFT元素可能放不下。元素可能放不下。2 2MFTMFT的元素结构的元素结构nNTFSNTFS就会在就会在MFTMFT之外（即在图之外（即在图7-257-25里所标里所标示的示的“文件存储区文件存储区”里）给它们分配存里）给它们分配存储区域。这样的存储区域，称为一个储区域。这样的存储区域，称为一个“扩展（扩展（extentextent）”。图图7-28 7-28 小文件、小目录的小文件、小目录的MFTMFT元素样式元素样式7 7.3 3.3 NTFS3 NTFS文件和目录的结构文件和目录的结构1 1NTFSNTFS文件的结构文件的结构n在在NTFSNTFS文件系统中，文件

35、的物理结构是文件系统中，文件的物理结构是采用索引式的。采用索引式的。图图7-29 7-29 大文件的大文件的VCNVCN与与LCNLCN的索引表的索引表2 2NTFSNTFS目录的结构目录的结构n在在NTFSNTFS系统中，一个小目录的系统中，一个小目录的MFTMFT元素将元素将对所含的文件名及子目录名进行排序，对所含的文件名及子目录名进行排序，然后保存在索引根属性中。然后保存在索引根属性中。n 对于一个大的目录，其对于一个大的目录，其MFTMFT元素没有足元素没有足够的空间来存储大目录的文件名索引。够的空间来存储大目录的文件名索引。这时，一部分索引仍在这时，一部分索引仍在MFTMFT的索引根

36、属性的索引根属性中，而另一部分则只有出现在扩展中。中，而另一部分则只有出现在扩展中。这种扩展被称为这种扩展被称为“索引缓冲区索引缓冲区”。7 7.3 3.4 NTFS4 NTFS对可恢复性的支持对可恢复性的支持1 1“可恢复性可恢复性”的含义的含义 所谓文件系统所谓文件系统“可恢复性可恢复性”的含义是的含义是指：由于突然断电或软件故障等的发生，指：由于突然断电或软件故障等的发生，系统崩溃后重新开始致力于恢复时，能系统崩溃后重新开始致力于恢复时，能够确保磁盘卷结构上记录的数据不被丢够确保磁盘卷结构上记录的数据不被丢失，不受到损坏。失，不受到损坏。1 1“可恢复性可恢复性”的含义的含义nNTFSN

37、TFS是采用基于事务的日志文件技术，是采用基于事务的日志文件技术，来达到这一目的。来达到这一目的。2 2NTFSNTFS的日志文件及日志文件的日志文件及日志文件服务程序服务程序n在系统运行时，在系统运行时，NTFSNTFS会随时在日志文件会随时在日志文件中记录下影响中记录下影响NTFSNTFS卷结构的各种操作。卷结构的各种操作。n以便万一系统陷于崩溃时，以便万一系统陷于崩溃时，NTFSNTFS卷能够卷能够得到尽可能的恢复（注意，所恢复的只得到尽可能的恢复（注意，所恢复的只是文件系统卷的数据，而不是恢复用户是文件系统卷的数据，而不是恢复用户的数据）。的数据）。图图7-30 7-30 日志文件结构

38、日志文件结构日志文件服务日志文件服务n日志文件服务（日志文件服务（Log File ServiceLog File Service，LFSLFS）程序，是）程序，是NTFSNTFS中的一组核心态程序，中的一组核心态程序，NTFSNTFS正是通过正是通过LFSLFS来管理和访问日志文件，来管理和访问日志文件，完成对日志文件的打开（完成对日志文件的打开（openopen）、写入）、写入（writewrite）、向前（）、向前（prevprev）、向后）、向后（nextnext）、更新（）、更新（updateupdate）等操作的。）等操作的。3 3日志文件中的记录类型日志文件中的记录类型n日志文件

39、中可以存放多种类型的记录，日志文件中可以存放多种类型的记录，最为主要的有：最为主要的有：“更新更新”记录，记录，“检查检查点点”记录，记录，“事务表事务表”记录，以及记录，以及“脏脏页表页表”记录。它们在系统的恢复过程中，记录。它们在系统的恢复过程中，起到重要作用。起到重要作用。图图7-31 7-31 日志文件中的更新记录日志文件中的更新记录图图7-32 7-32 日志文件中的检查点记录日志文件中的检查点记录4 4可恢复性的实现可恢复性的实现n为了实现可恢复性，在重新启动时为了实现可恢复性，在重新启动时NTFSNTFS将对磁盘上的日志文件进行三次扫描：将对磁盘上的日志文件进行三次扫描：分析扫描

40、，重做扫描，撤销扫描。分析扫描，重做扫描，撤销扫描。图图7-33 7-33 系统恢复过程中的分析扫描示意系统恢复过程中的分析扫描示意7 7.4 Windows 20004 Windows 2000的设备管理的设备管理7 7.4 4.1 Windows 20001 Windows 2000设备管理综述设备管理综述1 1Windows 2000 I/OWindows 2000 I/O系统的结构系统的结构 图图7-347-34给出了给出了Windows 2000 I/OWindows 2000 I/O系统系统的组件示意。它由的组件示意。它由I/OI/O系统服务、系统服务、I/OI/O管管理器、各种驱

41、动程序（文件系统的和设理器、各种驱动程序（文件系统的和设备的）等组成。备的）等组成。图图7-34 Windows 2000 I/O7-34 Windows 2000 I/O系统的组件系统的组件2 2I/OI/O请求包（请求包（IRPIRP）nI/OI/O请求包（请求包（IRPIRP）是）是I/OI/O系统用来存储处系统用来存储处理理I/OI/O请求所需信息的地方。请求所需信息的地方。n 当线程程序中出现一个有关的系统调用当线程程序中出现一个有关的系统调用时，时，I/OI/O管理器就为这个请求构造一个管理器就为这个请求构造一个IRPIRP，以便表示在整个，以便表示在整个I/OI/O进展过程中系进

42、展过程中系统要做的各种操作。统要做的各种操作。3 3驱动程序的组成驱动程序的组成nWindows 2000Windows 2000支持多种类型的驱动程序。支持多种类型的驱动程序。图图7-35 IRP7-35 IRP的结构的结构 图图7-36 7-36 处理处理I/OI/O请求时不同阶段的主要程序请求时不同阶段的主要程序3 3驱动程序的组成驱动程序的组成 初始化程序初始化程序 添加设备程序添加设备程序 一组功能调用程序一组功能调用程序 启动启动I/OI/O程序程序 中断服务程序（中断服务程序（Interrupt Service Interrupt Service RoutineRoutine，I

43、SRISR）中断服务程序（中断服务程序（Interrupt Service Interrupt Service RoutineRoutine，ISRISR）4 4驱动程序的分层驱动程序的分层nWindows 2000Windows 2000对不同的设备，采用不同对不同的设备，采用不同的驱动程序分层结构。的驱动程序分层结构。n对于简单的面向字符的设备大都使用单对于简单的面向字符的设备大都使用单层设备驱动程序结构来完成用户的层设备驱动程序结构来完成用户的I/OI/O请请求，大容量的设备总是使用多层驱动程求，大容量的设备总是使用多层驱动程序结构，如图序结构，如图7-377-37（b b）所示。）所示

44、。图图7-37 I/O7-37 I/O驱动程序的分层结构驱动程序的分层结构7 7.4 4.2 Windows 20002 Windows 2000单层驱动程序的单层驱动程序的I/OI/O处理处理1 1同步同步I/OI/O操作与异步操作与异步I/OI/O操作操作 通常，人们熟悉的通常，人们熟悉的I/OI/O操作都是同步的。操作都是同步的。图图7-38 7-38 两种两种I/OI/O方式方式Windows 2000Windows 2000的的I/OI/O系统系统 Windows 2000Windows 2000的的I/OI/O系统也提供了异步系统也提供了异步处理处理I/OI/O的能力，并成为它的一

45、个特点。的能力，并成为它的一个特点。异步异步I/OI/O操作操作n所谓所谓“异步异步I/OI/O操作操作”，即是指在用户线，即是指在用户线程发出一个程发出一个I/OI/O请求、并把该请求交给请求、并把该请求交给I/OI/O系统去处理的时候，发出请求的线程系统去处理的时候，发出请求的线程并不是处于等待处理完成的状态，而是并不是处于等待处理完成的状态，而是仍然可以继续自己的其他某些工作。仍然可以继续自己的其他某些工作。n等到系统将该等到系统将该I/OI/O处理完毕，再把结果传处理完毕，再把结果传递给相应的线程。递给相应的线程。2 2单层驱动程序单层驱动程序I/OI/O请求的实现请求的实现图图7-3

46、9 7-39 单层驱动程序对一个单层驱动程序对一个I/OI/O请求的同步处理过程请求的同步处理过程图图7-40 7-40 单层驱动程序对一个单层驱动程序对一个I/OI/O请求的异步处理过程请求的异步处理过程7 7.4 4.3 Windows 20003 Windows 2000两级中断处理过程两级中断处理过程1 1中断处理的第一阶段：中断处理的第一阶段：ISRISR Windows 2000 Windows 2000在系统中维持着一张在系统中维持着一张 “中断分配表中断分配表”，该表以中断源的中断请，该表以中断源的中断请求级（求级（IRQLIRQL）作为索引，每个表项存放）作为索引，每个表项存放着相应的中断服务程序（着相应的中断服务程序（ISRISR）入口地址。）入口地址。图图7-41 7-41 设备中断处理的第一阶段设备中断处理的第一阶段2 2中断处理的第二阶段：中断处理的第二阶段：DPCDPC图图7-42 7-42 设备中断处理的第二阶段设备中断处理的第二阶段