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第一章 操作系统概述1

1.1 操作系统的概念1

1.1.1 操作系统的地位1

1.1.2 操作系统的作用2

1.1.3 操作系统的定义3

1.2 操作系统的历史3

1.2.1 操作系统的产生3

1.2.2 操作系统的完善5

1.2.3 操作系统的发展6

1.3 操作系统的特性7

1.3.1 并发性7

1.3.2 共享性7

1.3.3 异步性7

1.3.4 虚拟性8

1.4 操作系统的分类8

1.4.1 多道批处理操作系统8

1.4.2 分时操作系统9

1.4.3 实时操作系统10

1.4.4 通用操作系统11

1.4.5 单用户操作系统11

1.4.6 网络操作系统12

1.4.7 分布式操作系统12

1.4.8 多处理器操作系统13

1.4.9 嵌入式操作系统14

1.4.10 多媒体操作系统15

1.4.11 智能卡操作系统15

1.5 操作系统的硬件环境15

1.5.1 定时装置15

1.5.2 系统栈16

1.5.3 特权指令与非特权指令16

1.5.4 处理器状态及状态转换16

1.5.5 地址映射机构17

1.5.6 存储保护设施17

1.5.7 中断装置18

1.5.8 通道与DMA控制器18

1.6 操作系统的界面形式18

1.6.1 交互终端命令18

1.6.2 图形用户界面19

1.6.3 作业控制语言19

1.6.4 系统调用命令19

1.7 操作系统的运行机理20

1.8 研究操作系统的几种观点20

1.8.1 进程观点21

1.8.2 资源管理观点21

1.8.3 虚拟机观点21

1.9 系统举例22

1.9.1 Linux系统22

1.9.2 Windows 2000/XP系统22

习题一22

第二章 进程、线程与作业24

2.1 多道程序设计24

2.1.1 单道程序设计的缺点24

2.1.2 多道程序设计的提出25

2.1.3 多道程序设计的问题27

2.2 进程的引入27

2.2.1 进程的概念28

2.2.2 进程状态及状态转换28

2.2.3 进程控制块29

2.2.4 进程的组成与上下文29

2.2.5 进程的队列31

2.2.6 进程的类型和特性31

2.2.7 进程间的相互联系与相互作用33

2.2.8 进程的创建与撤销33

2.2.9 进程与程序的联系和差别34

2.3 线程与轻进程34

2.3.1 线程的引入34

2.3.2 线程的概念35

2.3.3 线程的结构35

2.3.4 线程控制块36

2.3.5 线程的实现36

2.3.6 线程的应用38

2.4 作业40

2.4.1 批处理作业40

2.4.2 交互式作业40

2.5 系统举例42

2.5.1 Java线程42

2.5.2 Linux进程与线程43

2.5.3 Windows 2000/XP进程、线程与纤程44

习题二47

第三章 中断与处理器调度48

3.1 中断与中断系统48

3.1.1 中断概念48

3.1.2 中断装置48

3.1.3 中断处理程序52

3.2 处理器调度60

3.2.1 处理器调度算法60

3.2.2 处理器调度时机68

3.2.3 处理器调度过程69

3.3 调度级别与多级调度70

3.3.1 交换与中级调度70

3.3.2 作业与高级调度70

3.4 实时调度72

3.4.1 最早截止期优先调度74

3.4.2 速率单调调度74

3.5 系统举例76

3.5.1 Linux进程调度76

3.5.2 Windows 2000/XP线程调度76

习题三78

第四章 互斥、同步与通信81

4.1 并发进程81

4.1.1 前驱图的定义81

4.1.2 顺序程序及其特性82

4.1.3 并发程序及其特性82

4.1.4 程序并发执行的条件84

4.1.5 并发程序的表示85

4.1.6 与时间有关的错误85

4.2 进程互斥86

4.2.1 共享变量与临界区86

4.2.2 临界区与进程互斥87

4.2.3 进程互斥的实现88

4.3 进程同步99

4.3.1 进程同步的概念99

4.3.2 进程同步机制100

4.3.3 信号量与PV操作100

4.3.4 条件临界区109

4.3.5 管程111

4.3.6 会合122

4.4 进程高级通信131

4.4.1 进程通信的概念131

4.4.2 进程通信的模式132

4.4.3 直接方式132

4.4.4 间接方式136

4.5 系统举例138

4.5.1 Java中的管程138

4.5.2 Linux进程通信138

4.5.3 Windows 2000/XP的并发控制140

习题四141

第五章 死锁与饥饿146

5.1 死锁的概念146

5.2 死锁的类型147

5.2.1 竞争资源引起的死锁147

5.2.2 进程通信引起的死锁147

5.2.3 其他原因引起的死锁147

5.3 死锁的条件147

5.4 死锁的处理148

5.5 资源分配图148

5.5.1 资源分配图的定义148

5.5.2 资源分配图的约简150

5.6 死锁的预防150

5.6.1 预先分配策略150

5.6.2 有序分配策略151

5.7 死锁的避免152

5.7.1 安全状态与安全进程序列152

5.7.2 银行家算法152

5.8 死锁的发现155

5.8.1 死锁检测算法155

5.8.2 死锁检测时刻157

5.9 死锁的恢复158

5.10 鸵鸟算法158

5.11 有关问题的讨论159

5.11.1 关于充要性算法159

5.11.2 关于消耗型资源问题159

5.11.3 关于可剥夺资源问题160

5.11.4 关于两阶段锁160

5.12 饥饿与活锁161

5.13 可复用资源死锁的静态分析162

5.14 同种组合资源死锁的必要条件165

5.15 死锁与饥饿的例子165

5.16 系统举例169

习题五170

第六章 存储管理173

6.1 存储管理的功能173

6.1.1 存储分配173

6.1.2 存储共享173

6.1.3 存储保护174

6.1.4 存储扩充175

6.1.5 地址映射175

6.2 内存资源管理175

6.2.1 内存分区175

6.2.2 内存分配176

6.2.3 碎片与紧凑178

6.3 存储管理方式179

6.3.1 单一连续区存储管理179

6.3.2 页式存储管理181

6.3.3 段式存储管理187

6.3.4 段页式存储管理193

6.4 外存储器管理技术196

6.4.1 外存空间划分197

6.4.2 外存空间分配197

6.5 虚拟存储系统198

6.5.1 虚拟页式存储管理198

6.5.2 虚拟段式存储管理209

6.5.3 虚拟段页式存储管理216

6.6 系统举例219

6.6.1 Linux存储管理219

6.6.2 Windows Vista存储管理221

习题六224

第七章 文件系统227

7.1 文件与文件系统227

7.1.1 文件227

7.1.2 文件系统228

7.2 文件的访问方式228

7.2.1 顺序访问228

7.2.2 随机访问229

7.3 文件的组织229

7.3.1 文件的逻辑组织229

7.3.2 文件的物理组织231

7.4 文件目录236

7.4.1 文件控制块与目录项236

7.4.2 文件目录与目录文件237

7.4.3 单级目录与多级目录238

7.4.4 文件目录的改进239

7.4.5 根目录与当前目录240

7.4.6 文件目录的查找240

7.5 文件的共享241

7.5.1 文件共享的目的241

7.5.2 文件共享的模式241

7.5.3 文件共享的实现242

7.6 文件的保护、保密与安全242

7.6.1 文件的保护242

7.6.2 文件的保密243

7.6.3 文件的安全244

7.7 文件系统的实现245

7.7.1 内存所需的表目245

7.7.2 外存空间的管理247

7.8 文件系统的界面248

7.9 日志结构文件系统251

7.10 内存映射文件252

7.11 系统举例253

7.11.1 Linux文件系统253

7.11.2 Windows Vista的NTFS253

习题七255

第八章 设备与输入输出管理257

8.1 设备的分类257

8.1.1 输入输出型设备与存储型设备257

8.1.2 块型设备与字符型设备257

8.1.3 独占型设备与共享型设备258

8.2 设备的物理特性258

8.2.1 输入输出型设备的物理特性258

8.2.2 存储型设备的物理特性258

8.3 数据传输方式261

8.3.1 程序控制查询方式261

8.3.2 中断驱动方式261

8.3.3 DMA方式262

8.3.4 通道方式263

8.4 设备分配与去配265

8.4.1 独占型设备的分配与去配265

8.4.2 共享型设备的分配与去配267

8.5 设备驱动267

8.5.1 通道程序267

8.5.2 设备启动268

8.5.3 中断处理268

8.6 设备调度268

8.6.1 磁盘输入输出参数269

8.6.2 磁盘引臂调度算法269

8.6.3 磁盘访问举例273

8.7 缓冲技术273

8.7.1 缓冲技术的引入273

8.7.2 硬缓冲与软缓冲274

8.7.3 私用缓冲与公共缓冲274

8.7.4 单缓冲、双缓冲与循环缓冲274

8.7.5 缓冲池及其管理274

8.7.6 缓冲技术的实现275

8.8 输入输出进程278

8.9 RAID技术279

8.9.1 RAID级别279

8.9.2 硬件RAID与软件RAID284

8.10 虚拟设备284

8.10.1 虚拟设备的引入284

8.10.2 虚拟设备的实现285

8.10.3 虚拟设备举例285

8.11 稳定存储器288

8.12 系统举例289

习题八289

第九章 网络操作系统与分布式操作系统291

9.1 计算机网络291

9.1.1 计算机网络的概念291

9.1.2 计算机网络的组成291

9.1.3 计算机网络的分类292

9.1.4 计算机网络的拓扑结构293

9.2 通信与协议295

9.3 网络服务296

9.3.1 远程登录296

9.3.2 远程文件传输297

9.4 计算模型297

9.4.1 数据迁移297

9.4.2 计算迁移297

9.5 事件排序300

9.5.1 先发生关系300

9.5.2 全序关系301

9.6 进程互斥303

9.6.1 集中方式303

9.6.2 分布方式303

9.6.3 标志传递方式305

9.7 进程同步与进程通信305

9.7.1 消息传递305

9.7.2 套接字306

9.7.3 远程过程调用306

9.7.4 远程方法启用309

9.8 死锁处理309

9.8.1 死锁预防310

9.8.2 死锁避免310

9.8.3 死锁检测310

9.9 资源管理312

9.9.1 集中式资源管理312

9.9.2 分布式资源管理313

9.9.3 层次式资源管理313

9.10 分布式文件系统313

9.10.1 一般结构313

9.10.2 命名与透明性313

9.10.3 远程文件存取314

9.10.4 有状态服务与无状态服务315

9.10.5 缓存策略315

9.11 系统举例316

习题九317

第十章 多核操作系统与多处理器操作系统319

10.1 问题的提出319

10.2 并行计算机与并行计算模型320

10.3 多核处理器架构321

10.4 内存访问方式323

10.4.1 均匀存储访问模型323

10.4.2 非均匀存储访问模型323

10.4.3 全高速缓存存储访问模型324

10.4.4 非远程存储访问模型324

10.5 调度与负载均衡324

10.5.1 负载均衡的因素324

10.5.2 多核调度指标325

10.5.3 多核调度算法326

10.6 多核并发控制328

10.6.1 自旋锁329

10.6.2 队列自旋锁329

10.7 多核中断与多核通信330

10.7.1 高级可编程中断控制器330

10.7.2 多核中断330

10.7.3 多核通信330

10.8 高速缓存的一致性331

10.9 多核启动过程333

10.10 多核系统效率334

10.11 系统举例335

习题十336

第十一章 操作系统管理338

11.1 操作系统使用338

11.1.1 操作系统生成338

11.1.2 操作系统装入339

11.1.3 操作系统初启339

11.1.4 操作系统运行340

11.2 操作系统维护340

11.2.1 改正性维护341

11.2.2 适应性维护342

11.2.3 完善性维护342

11.3 操作系统保护343

11.3.1 域结构343

11.3.2 访问矩阵344

11.4 操作系统安全345

11.4.1 闯入与身份认证346

11.4.2 程序威胁348

11.4.3 安全策略351

11.4.4 可信系统353

11.5 系统举例353

习题十一354

第十二章 操作系统设计356

12.1 操作系统设计目标356

12.2 操作系统基本内核357

12.2.1 内核的基本组成357

12.2.2 内核各个部分的关系357

12.3 操作系统体系结构358

12.3.1 基于共享变量的结构359

12.3.2 基于信件传递的结构360

12.3.3 微内核结构361

12.4 操作系统设计方法361

12.4.1 模块接口法361

12.4.2 核扩充法362

12.4.3 层次结构法362

12.4.4 面向对象设计方法367

12.5 系统举例367

习题十二370

第十三章 UNIX实例分析372

13.1 历史回顾372

13.2 系统结构373

13.2.1 内核部分373

13.2.2 外壳部分375

13.3 进程管理375

13.3.1 进程组成375

13.3.2 进程控制块376

13.3.3 进程状态与状态转换378

13.3.4 进程调度379

13.3.5 进程互斥380

13.3.6 进程同步380

13.3.7 进程通信380

13.4 存储管理384

13.4.1 存储管理方式384

13.4.2 存储分配算法384

13.4.3 进程空间扩充386

13.4.4 交换技术386

13.4.5 虚拟页式存储管理387

13.5 文件系统387

13.5.1 文件类型388

13.5.2 文件体系388

13.5.3 文件结构389

13.5.4 文件目录与连接389

13.5.5 文件系统映射390

13.5.6 文件卷的安装391

13.5.7 磁盘空间管理393

13.5.8 inode区管理394

13.5.9 快速文件系统396

13.5.10 网络文件系统398

13.6 设备管理400

13.6.1 设备分配400

13.6.2 缓冲与缓存400

13.6.3 预先读与延迟写405

13.7 系统调用406

13.7.1 有关进程控制的系统调用命令407

13.7.2 有关文件的系统调用命令410

13.8 外壳语言414

习题十三415

第十四章 操作系统理论418

14.1 预备知识418

14.1.1 自动机418

14.1.2 资源421

14.1.3 组合资源与并行活动423

14.1.4 资源的分类424

14.1.5 有限自动机的分解429

14.2 进程431

14.2.1 进程的概念431

14.2.2 进程的描述433

14.3 处理机管理434

14.3.1 作业管理434

14.3.2 狭义处理机管理435

14.3.3 进程管理436

14.3.4 进程合作439

14.3.5 死锁440

14.4 存储管理443

14.4.1 内存资源的自动机描述444

14.4.2 虚拟技术445

14.5 文件系统447

14.5.1 信息447

14.5.2 文件资源447

14.5.3 文件的自动机447

14.6 设备管理448

14.6.1 设备描述448

14.6.2 设备的管理449

14.6.3 虚拟设备450

习题十四452

参考文献453