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第1章 操作系统概论 1

1.1 操作系统概观 1

1.1.1 操作系统与计算机系统 1

1.1.2 操作系统资源管理技术 3

1.1.3 操作系统定义和作用 10

1.1.4 操作系统功能和特性 12

1.2 操作系统形成与发展 16

1.2.1 人工操作阶段 16

1.2.2 执行系统阶段 16

1.2.3 多道程序设计与操作系统形成 17

1.2.4 操作系统发展与分类 20

1.3 操作系统基本服务和用户接口 23

1.3.1 基本服务和用户接口 23

1.3.2 程序接口与系统调用 24

1.3.3 操作接口与系统程序 28

1.3.4 Linux系统调用及实现机制 31

1.4 操作系统结构和运行模型 34

1.4.1 操作系统结构分类 35

1.4.2 操作系统结构设计 38

1.4.3 操作系统内核 39

1.4.4 操作系统运行模型 42

1.5 流行操作系统简介 44

1.5.1 UNIX操作系统 44

1.5.2 自由软件和Linux操作系统 45

1.5.3 IBM操作系统 46

1.6 本章小结 49

习题1 50

第2章 处理器管理 55

2.1 处理器状态 55

2.1.1 处理器 55

2.1.2 程序状态字 58

2.2 中断技术 58

2.2.1 中断概念 58

2.2.2 中断源分类 59

2.2.3 中断和异常的响应及服务 60

2.2.4 中断事件处理原则 61

2.2.5 中断优先级和多重中断 63

2.2.6 Linux中断处理 65

2.3 进程及其实现 71

2.3.1 进程定义和属性 71

2.3.2 进程状态和转换 73

2.3.3 进程描述和组成 74

2.3.4 进程上下文切换与处理器状态转换 77

2.3.5 进程控制和管理 81

2.4 线程及其实现 83

2.4.1 引入多线程的动机 83

2.4.2 多线程环境中的进程与线程 83

2.4.3 线程的实现 85

2.5 Linux进程 87

2.6 处理器调度 94

2.6.1 处理器调度层次 94

2.6.2 选择调度算法原则 95

2.6.3 作业管理与调度 97

2.6.4 低级调度功能和类型 99

2.6.5 作业调度和低级调度算法 100

2.7 Linux调度算法 107

2.7.1 Linux V2.4调度算法 107

2.7.2 Linux V2.6调度算法 109

2.8 本章小结 112

习题2 113

第3章 同步、通信与死锁 123

3.1 并发进程 123

3.1.1 顺序程序设计 123

3.1.2 并发程序设计 123

3.1.3 进程的交互：竞争和协作 128

3.2 临界区管理 129

3.2.1 互斥和临界区 129

3.2.2 临界区管理的尝试 130

3.2.3 实现临界区管理的软件算法 131

3.2.4 实现临界区管理的硬件设施 132

3.3 信号量与PV操作 134

3.3.1 同步和同步机制 134

3.3.2 信号量与PV操作 135

3.3.3 信号量实现互斥 138

3.3.4 信号量解决5位哲学家就餐问题 139

3.3.5 信号量解决生产者－消费者问题 140

3.3.6 信号量解决读者－写者问题 141

3.3.7 信号量解决睡眠理发师问题 142

3.4 管程 143

3.4.1 管程和条件变量 143

3.4.2 管程的实现 147

3.4.3 管程解决进程同步问题 148

3.5 进程通信 151

3.5.1 信号通信机制 152

3.5.2 管道通信机制 155

3.5.3 共享内存通信机制 156

3.5.4 消息传递通信机制 156

3.6 操作系统并发问题解决方案小结 160

3.7 死锁 161

3.7.1 死锁产生 161

3.7.2 死锁防止 162

3.7.3 死锁避免 163

3.7.4 死锁检测和恢复 168

3.8 Linux同步和通信机制 171

3.8.1 Linux内核同步机制 171

3.8.2 SystemV IPC进程同步机制 175

3.9 本章小结 179

习题3 180

第4章 存储管理 193

4.1 存储器工作原理 194

4.1.1 存储器层次 194

4.1.2 地址转换与存储保护 194

4.2 连续存储管理 199

4.2.1 固定分区存储管理 199

4.2.2 可变分区存储管理 200

4.2.3 内存不足的存储管理技术 204

4.3 分页存储管理 206

4.3.1 分页存储管理基本原理 206

4.3.2 翻译快表 208

4.3.3 分页存储空间分配和去配 209

4.3.4 分页存储空间页面共享和保护 209

4.3.5 多级页表 211

4.3.6 反置页表 212

4.4 分段存储管理 213

4.4.1 程序分段结构 213

4.4.2 分段存储管理基本原理 214

4.4.3 分段存储管理共享和保护 215

4.4.4 分段和分页比较 215

4.5 虚拟存储管理 215

4.5.1 虚拟存储器概念 215

4.5.2 请求分页虚拟存储管理 217

4.5.3 请求段页式虚拟存储管理 233

4.6 存储管理方案及虚存页面替换算法小结 235

4.7 Linux虚拟存储管理 236

4.7.1 物理内存管理 236

4.7.2 进程虚拟地址空间管理 240

4.7.3 页表机制 243

4.7.4 缺页异常处理 244

4.8 本章小结 246

习题4 247

第5章 设备管理 255

5.1 I/O硬件原理 255

5.1.1 I/O系统 255

5.1.2 I/O控制方式 256

5.1.3 设备控制器 259

5.2 I/O软件原理 260

5.2.1 I/O软件设计目标和原则 260

5.2.2 I/O中断处理程序 260

5.2.3 I/O设备驱动程序 261

5.2.4 独立于设备的I/O软件 261

5.2.5 用户空间的I/O软件 263

5.3 缓冲技术 265

5.3.1 单缓冲 265

5.3.2 双缓冲 266

5.3.3 多缓冲 266

5.4 驱动调度技术 267

5.4.1 存储设备的物理结构 268

5.4.2 循环排序 268

5.4.3 优化分布 269

5.4.4 搜查定位 270

5.4.5 提高磁盘I/O速度的方法 274

5.4.6 Linux磁盘I/O调度算法 275

5.5 设备分配 277

5.5.1 设备独立性 277

5.5.2 设备分配及其数据结构 278

5.6 虚拟设备 280

5.6.1 问题的提出 280

5.6.2 SPOOLing设计与实现 280

5.6.3 SPOOLing应用 282

5.7 Linux设备管理 283

5.7.1 设备管理概述 283

5.7.2 字符设备 284

5.7.3 块设备 286

5.8 本章小结 292

习题5 293

第6章 文件管理 297

6.1 文件 297

6.1.1 文件概念和命名 297

6.1.2 文件类型和属性 299

6.1.3 文件存取方法 300

6.2 文件目录 301

6.2.1 文件控制块、文件目录与目录文件 301

6.2.2 层次目录结构 302

6.2.3 文件目录检索 304

6.3 文件组织与数据存储 305

6.3.1 文件逻辑结构 305

6.3.2 文件物理结构 308

6.4 文件系统功能及实现 313

6.4.1 文件类系统调用 313

6.4.2 文件共享 319

6.4.3 文件空间管理 324

6.4.4 内存映射文件 326

6.4.5 虚拟文件系统 327

6.4.6 文件系统性能和可靠性问题 328

6.5 Linux文件系统 331

6.5.1 Linux文件系统结构 331

6.5.2 VFS数据结构及管理 333

6.5.3 VFS文件系统调用实现 342

6.5.4 Linux文件系统高速缓存机制 344

6.5.5 Linux ext2文件系统 345

6.5.6 Linux proc文件系统 348

6.6 本章小结 350

习题6 350

第7章 操作系统安全与保护 357

7.1 安全性概述 357

7.2 安全策略 358

7.2.1 安全需求和安全策略 358

7.2.2 访问支持策略 361

7.2.3 访问控制策略 362

7.3 安全模型 364

7.3.1 安全模型概述 364

7.3.2 安全模型示例 364

7.4 安全机制 367

7.4.1 硬件安全机制 367

7.4.2 认证机制 371

7.4.3 授权机制 373

7.4.4 加密机制 383

7.4.5 审计机制 386

7.5 安全操作系统设计和开发 388

7.5.1 安全操作系统结构和设计原则 388

7.5.2 安全操作系统开发 389

7.5.3 信息系统安全评价标准简介 393

7.6 Linux安全机制 394

7.7 本章小结 398

习题7 399

第8章 操作系统技术新进展 402

8.1 多处理器与多计算机系统 402

8.1.1 并行处理系统分类 402

8.1.2 共享存储的对称式多处理机 404

8.1.3 集群系统 407

8.2 基于网络的计算模式 408

8.2.1 网络计算 408

8.2.2 分布计算 409

8.2.3 云计算 411

8.3 多核与超线程 416

8.3.1 多核的提出 416

8.3.2 多核处理器的技术优势 418

8.3.3 多核计算机系统设计考虑 419

8.3.4 多核操作系统设计考虑 422

8.4 并行处理环境下的同步与调度 423

8.4.1 同步粒度 424

8.4.2 并行环境下的同步 424

8.4.3 多处理器调度 426

8.5 本章小结 429

习题8 430

参考文献 432