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第1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6

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6

1.2.2　操作系统的第二个工作：在用户程序中调用操作系统——系统调用和中断13

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19

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19

1.3　从各种角度看操作系统19

1.3.1　操作系统的结构19

1.3.2　操作系统的接口21

1.3.3　操作系统的工作过程22

1.3.4　操作系统的特点22

1.3.5　操作系统的类型23

1.3.6　操作系统的各种别名、比喻和观点24

1.4　操作系统发展简史24

1.5 目前常用操作系统简介：Windows、UNIX、Linux等27

习题131

第2章　处理机管理33

2.1　处理机管理概述33

2.1.1　CPU硬件使用特性33

2.1.2　用户对CPU的使用要求和操作系统CPU管理功能的工作任务39

2.2　单任务模型40

2.3　多任务模型之一：进程模型40

2.3.1　中断、并发、进程概念40

2.3.2　进程模型概述47

2.3.3　用户如何让几个进程并发运行：多窗口，后台符，fork47

2.3.4　进程三态转换分析47

2.3.5　进程模型实现机制50

2.3.6　专题：栈、程序文件结构与进程空间（进程映像）结构52

2.3.7　专题：可抢先、不可抢先、完全可抢先54

2.3.8　专题：进程调度算法55

2.4　Linux进程模型56

2.4.1　Linux进程管理用户界面56

2.4.2　Linux进程模型功能特点和实现机制61

2.4.3　Linux初始过程和进程层次62

2.4.4　Linux进程表和任务结构63

2.4.5　Linux进程状态64

2.4.6　Linux中断处理机制66

2.4.7　Linux进程调度算法67

2.4.8　例析：Shell和fork的内部工作过程69

2.5　多任务模型之二：线程模型简介71

2.6　Linux线程管理简介76

2.7　作业管理76

习题281

第3章　内存管理82

3.1　内存管理概述82

3.1.1　内存概念、作用、性能指标和计算机存储层次82

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）84

3.1.3　用户（程序）对内存的使用要求88

3.1.4　内存管理的功能和任务89

3.2　连续模式92

3.2.1　无管理模式、覆盖技术和动态装入技术92

3.2.2　单一分区模式和交换技术94

3.2.3　固定分区模式和多道技术96

3.2.4　可变分区模式和动态存储分配技术98

3.3　不连续模式之一：页模式101

3.3.1　实存页模式的基本工作过程与结构102

3.3.2　虚存页模式的基本工作过程和结构103

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105

3.3.5　页式实现专题讨论（3）：大而稀疏内存使用110

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（6）：页淘汰策略、工作集理论和颠簸113

3.3.8　页模式评价、实际系统采用情况和本节小结114

3.4　不连续模式之二／三：段模式和段页式115

3.4.1　段模式115

3.4.2　段页式120

3.5　Linux内存管理122

3.6　本章总结124

3.6.1 内存管理概念总结模型：四空间模型124

3.6.2　各模式的比较125

习题3127

第4章　外存管理和文件系统129

4.1　外存管理和文件系统概述130

4.1.1　外存硬件接口特性130

4.1.2　用户对外存的使用要求135

4.1.3　从文件定义看文件系统的界面高度和工作任务136

4.2　文件系统用户界面140

4.2.1　文件级界面：文件属性和文件操作140

4.2.2 目录级界面：目录（树）和链接142

4.2.3　文件子系统级用户界面145

4.3　文件的实现150

4.3.1　连续分配背景下的讨论151

4.3.2　不连续分配背景下的讨论156

4.3.3　各种分配策略的总结比较和综合采用161

4.4 目录的实现162

4.4.1 目录树结构的实现：目录文件方法162

4.4.2　硬链接的实现：设备目录与文件目录的分离164

4.4.3　符号链接的实现167

4.5　文件子系统的实现168

4.6　文件系统性能改善机制171

4.6.1　物理地址与存取单位的优化171

4.6.2　文件打开与关闭技术172

4.6.3　文件共享173

4.6.4　内存缓冲区与缓冲池175

4.6.5　磁臂调度技术176

4.7　Linux文件系统176

4.7.1　Linux文件系统用户界面177

4.7.2　文件系统类型无关层——虚拟文件系统VFS183

4.7.3　文件系统类型相关层——重点简介Ext2文件系统183

4.7.4　mmap系统调用184

4.8　本章总结和有关的文件系统模型189

习题4190

第5章　设备管理192

5.1　设备管理概述193

5.1.1　计算机外部设备的定义与分类193

5.1.2　设备硬件接口特性195

5.1.3　用户对设备的使用要求201

5.1.4　操作系统设备管理功能的任务203

5.2　Linux/UNIX设备管理实例分析204

5.2.1　Linux/UNIX设备管理用户界面204

5.2.2　Linux/UNIX设备管理内部实现过程和结构206

5.3　设备管理界面和原理通述211

5.3.1　操作系统设备管理用户界面通述211

5.3.2　操作系统设备管理功能的内部实现结构212

5.3.3　操作系统设备管理功能的内部工作过程214

5.3.4　速度匹配专题讨论（1）：设备完成技术、同步和异步I/O215

5.3.5　速度匹配专题讨论（2）：缓冲技术217

5.3.6　设备分配与共享技术专题讨论：独占、共享和虚拟设备219

5.3.7　速度匹配专题讨论（3）：联机、脱机和假脱机技术220

5.3.8　非编程式I/O技术专题讨论：DMA、通道等221

5.3.9　设备驱动程序与核心间的接口规范例析：UNIX DDI/DKI标准224

5.3.10　驱动程序例析：显示器、键盘、打印机驱动程序、电源224

5.3.11 即插即用、驱动程序和设备安装与卸载、装入、启动、初始化、打开之间的区别与关系226

习题5226

第6章　进程通信228

6.1　进程通信概述228

6.2　进程互斥和同步机制229

6.2.1　基本的硬件机制229

6.2.2　软件忙等互斥方案231

6.2.3　软件非忙等互斥方案：信号量及其变种233

6.2.4　由程序设计语言支持的进程互斥机制：管程234

6.2.5　其他方案及其等价性234

6.3　进程通信机制235

6.4　死锁和饥饿236

6.5　Linux进程通信236

6.5.1　信号量、消息队列、共享内存236

6.5.2　管道和有名管道238

6.5.3　信号239

习题6239

第7章　操作系统高级教程内容简介241

7.1　分布式、网络、并行和嵌入式操作系统241

7.1.1　计算机系统两极分化的发展趋势241

7.1.2　分布式系统概述242

7.1.3　并行操作系统243

7.1.4　网络操作系统244

7.1.5　分布式操作系统245

7.1.6　机群与网格操作系统248

7.1.7　嵌入式操作系统249

7.2　操作系统性能评价250

7.2.1　性能250

7.2.2　可扩充性、可移植性、兼容性251

7.2.3　安全性252

7.2.4　可靠性和RAS技术252

7.2.5　低功耗253

7.3　操作系统结构设计255

7.3.1　单体结构模型256

7.3.2　层次结构模型256

7.3.3　客户／服务器模型（微核结构）257

习题7257

参考文献258