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第一章 操作系统概论 1

1.1 操作系统是什么与为什么 1

1.1.1 引言：你所用过的操作系统 1

1.1.2 操作系统是什么与做什么 3

1.1.3 操作系统的规模、数量与重要性 6

1.2 操作系统如何工作 7

1.2.1 操作系统的第一个工作：负责所有程序的启动和结束 7

1.2.2 操作系统的第二个工作：用户程序中对操作系统的调用——系统调用和中断 14

1.2.3 操作系统的第三个工作：为常用基本操作提供现成实用程序 24

1.2.4 操作系统的第四个工作：解决效率和安全问题——并发技术等 25

1.3 从各种角度看操作系统 30

1.3.1 操作系统的结构 30

1.3.2 操作系统的接口 33

1.3.3 操作系统的工作过程 33

1.3.4 操作系统的特点 33

1.3.5 操作系统的类型 34

1.3.6 操作系统的各种别名、比方和观点 35

1.4 操作系统发展简史 36

1.5 目前常用操作系统简介：Windows、UNIX、Linux等 39

习题一 45

第二章 处理机管理 46

2.1 处理机管理概述 46

2.1.1 处理机硬件使用特性 46

2.1.2 用户对处理机的使用要求和操作系统处理机管理功能的工作任务 46

2.2 进程模型 48

2.2.1 进程三态转换分析 49

2.2.2 进程模型实现机制 51

2.2.3 专题：可抢先、不可抢先、完全可抢先 53

2.2.4 专题：进程调度算法 55

2.3 进程模型实例分析（1）：UNIX进程模型 56

2.3.1 UNIX关于建立进程和终止进程的用户界面 57

2.3.2 UNIX进程层次和初启过程 58

2.3.3 UNIX进程模型的基本结构和工作过程 60

2.3.4 例析：Shell和fork的内部工作过程 62

2.4 进程模型实例分析（2）：Linux进程模型 63

2.4.1 Linux进程模型功能特点、用户界面和实现机制总瞰 63

2.4.2 Linux初始过程和进程层次 65

2.4.3 Linux进程表和任务结构 66

2.4.4 Linux进程状态 68

2.4.5 Linux中断处理机制 70

2.4.6 Linux进程调度算法 70

2.5 线程模型简介 73

习题二 76

3.1 内存管理概述 77

3.1.1 内存概念、作用、性能指标和计算机存储层次 77

第三章 内存管理 77

3.1.2 内存硬件接口使用特性：微观角度（指令级）和宏观角度（程序级） 79

3.1.3 用户（程序）对内存的使用要求 84

3.1.4 内存管理的功能和任务 86

3.2 连续模式 90

3.2.1 无管理模式、覆盖技术和动态装入技术 90

3.2.2 单一分区模式和交换技术 92

3.2.3 固定分区模式和多道技术 95

3.2.4 可变分区模式和动态存储分配技术 97

3.3 不连续模式之一：页模式 100

3.3.1 实存页模式的基本工作过程与结构 101

3.3.2 虚存页模式的基本工作过程与结构 104

3.3.3 页式实现专题讨论（1）：虚存概念和作用 105

3.3.4 页式实现专题讨论（2）：进程页表的实现——快表、页表页和页目录 106

3.3.5 页式实现专题讨论（3）：大而稀疏内存使用 111

3.3.6 页式实现专题讨论（4）：页分配策略——请求调页、预先调页和写时复制 112

3.3.7 页式实现专题讨论（5）：页长和页簇化 114

3.3.8 页式实现专题讨论（6）：页淘汰策略、工作集理论和颠簸 115

3.3.9 页式实现专题讨论（7）：盘交换区管理 117

3.3.10 页模式评价、实际系统采用情况和本节小结 118

3.4 不连续模式之二／三：段模式和段页式 119

3.4.1 段模式 119

3.4.2 段页式 125

3.5 内存管理实例分析 127

3.5.1 Windows内存管理 127

3.5.2 Linux内存管理 139

3.6 本章总结 141

3.6.1 内存管理概念总结模型：四空间模型 141

3.6.2 各模式比较 143

习题三 145

第四章 外存管理和文件系统 147

4.1 外存管理和文件系统概述 148

4.1.1 外存硬件接口特性 148

4.1.2 用户对外存的使用要求 155

4.1.3 从文件定义看文件系统的界面高度和工作任务 156

4.2 文件系统用户界面 161

4.2.1 文件级界面：文件属性和文件操作 161

4.2.2 目录级界面：目录（树）和链接 162

4.2.3 文件子系统级用户界面 166

4.3 文件的实现 172

4.3.1 连续分配背景下的讨论 173

4.3.2 不连续分配背景下的讨论 178

4.3.3 各种分配策略的总结比较和综合采用 182

4.4 目录的实现 184

4.4.1 目录树结构的实现：目录文件方法 185

4.4.2 硬链接的实现：设备目录与文件目录的分离 187

4.4.3 符号链接的实现 190

4.5 文件子系统的实现 192

4.6 文件系统性能改善机制 195

4.6.1 物理地址与存取单位的优化 196

4.6.2 文件打开与关闭技术 197

4.6.3 文件共享 197

4.6.4 内存缓冲区和缓冲池 199

4.6.5 磁臂调度技术 201

4.7 文件系统实例分析 204

4.7.1 UNIX文件系统 204

4.7.2 Linux文件系统 205

4.7.3 Windows文件系统 208

4.8 本章总结和有关文件系统模型 214

习题四 215

第五章 设备管理 217

5.1 设备管理概述 217

5.1.1 计算机外部设备的定义与分类 217

5.1.2 设备硬件接口特性 220

5.1.3 用户对设备的使用要求 228

5.1.4 操作系统设备管理功能的任务 230

5.2 UNIX设备管理实例分析 231

5.3 设备管理界面和原理通述 239

5.3.1 操作系统设备管理用户界面通述 239

5.3.2 操作系统设备管理内部结构与过程通述 240

5.3.3 速度匹配专题讨论（1）：设备完成技术、同步和异步I/O 245

5.3.4 速度匹配专题讨论（2）：缓冲技术 248

5.3.5 设备分配与共享技术专题讨论：独占、共享和虚拟设备 249

5.3.6 速度匹配专题讨论（3）：联机、脱机和假脱机技术 252

5.3.7 非编程I/O技术专题讨论：DMA、通道等 252

5.3.8 设备驱动程序 257

习题五 259

第六章 进程通信 260

6.1 进程通信概述 260

6.2 进程互斥和同步机制 261

6.2.1 基本的硬件机制 261

6.2.2 软件的忙等互斥方案 263

6.2.3 软件非忙等互斥方案：信号量及其变种 266

6.2.4 由程序设计语言支持的程序互斥机制：管程 267

6.2.5 其他方案及其等价性 267

6.3 进程通信机制 268

6.4 死锁和饥饿 269

6.5 进程通信实例分析 270

6.5.1 UNIX进程通信 270

6.5.2 Linux进程通信 276

6.5.3 Windows XP/2000/NT进程通信 278

习题六 281

第七章 进一步的学习内容 283

7.1 操作系统性能评价 283

7.2 操作系统结构设计 286

7.3 现代操作系统的两极分化 288

7.4 分布式系统概述 289

7.5 并行操作系统 290

7.6 网络操作系统 292

7.7 分布式操作系统 292

7.8 机群与网格操作系统 296

7.9 嵌入式操作系统 297

习题七 298

参考文献 299