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第0章 读者与教师指南1

0.1本书概述1

0.2实例系统1

0.3读者和教师的学习路线图2

0.4互联网和网站资源3

第一部分 背景知识6

第1章 计算机系统概述6

1.1基本构成6

1.2微处理器的发展演化7

1.3指令的执行8

1.4中断10

1.4.1中断和指令周期11

1.4.2中断处理14

1.4.3多个中断16

1.5存储器的层次结构17

1.6高速缓存19

1.6.1动机19

1.6.2高速缓存原理20

1.6.3高速缓存设计22

1.7直接内存存取22

1.8多处理器和多核计算机组织结构23

1.8.1对称多处理器24

1.8.2多核计算机25

1.9推荐读物和网站26

1.10关键术语、复习题和习题26

1.10.1关键术语26

1.10.2复习题26

1.10.3习题27

附录1A两级存储器的性能特征29

第2章 操作系统概述34

2.1操作系统的目标和功能34

2.1.1作为用户/计算机接口的操作系统35

2.1.2作为资源管理器的操作系统36

2.1.3操作系统的易扩展性37

2.2操作系统的发展37

2.2.1串行处理38

2.2.2简单批处理系统38

2.2.3多道批处理系统40

2.2.4分时系统42

2.3主要的成就44

2.3.1进程44

2.3.2内存管理47

2.3.3信息保护和安全48

2.3.4调度和资源管理49

2.4现代操作系统的特征50

2.5虚拟机52

2.5.1虚拟机和虚拟化52

2.5.2虚拟机架构53

2.6针对多处理器和多核的操作系统设计考虑因素54

2.6.1对称多处理器计算机的操作系统设计考虑因素54

2.6.2多核计算机的操作系统设计考虑因素55

2.7微软Windows系统简介56

2.7.1历史56

2.7.2现代操作系统57

2.7.3体系结构57

2.7.4客户/服务器模型60

2.7.5线程和SMP61

2.7.6 Windows对象61

2.7.7 Windows 7中的新特性62

2.8传统的UNIX系统63

2.8.1历史63

2.8.2描述64

2.9现代UNIX系统65

2.9.1 System V版本4（简称SVR4）65

2.9.2 BSD66

2.9.3 Solaris 1066

2.10 Linux操作系统66

2.10.1历史66

2.10.2模块结构67

2.10.3内核组件69

2.11 Linux Vserver虚机器结构71

2.12推荐读物和网站72

2.13关键术语、复习题和习题73

2.13.1关键术语73

2.13.2复习题74

2.13.3习题74

第二部分 进程78

第3章 进程描述和控制78

3.1什么是进程79

3.1.1背景79

3.1.2进程和进程控制块79

3.2进程状态80

3.2.1两状态进程模型82

3.2.2进程的创建和终止83

3.2.3五状态模型84

3.2.4被挂起的进程87

3.3进程描述91

3.3.1操作系统的控制结构91

3.3.2进程控制结构92

3.4进程控制96

3.4.1执行模式96

3.4.2进程创建97

3.4.3进程切换98

3.5操作系统的执行99

3.5.1无进程的内核100

3.5.2在用户进程中执行100

3.5.3基于进程的操作系统101

3.6安全问题101

3.6.1系统访问威胁102

3.6.2对抗措施103

3.7 UNIX SVR4进程管理104

3.7.1进程状态104

3.7.2进程描述106

3.7.3进程控制107

3.8小结108

3.9推荐读物108

3.10关键术语、复习题和习题108

3.10.1关键术语108

3.10.2复习题109

3.10.3习题109

第4章 线程112

4.1进程和线程112

4.1.1多线程112

4.1.2线程功能特性115

4.2线程分类116

4.2.1用户级和内核级线程116

4.2.2其他方案119

4.3多核和多线程120

4.3.1多核系统上的软件性能121

4.3.2应用示例：Valve游戏软件121

4.4 Windows 7线程和SMP管理124

4.4.1进程对象和线程对象125

4.4.2多线程126

4.4.3线程状态126

4.4.4对OS子系统的支持127

4.4.5对称多处理的支持128

4.5 Solaris的线程和SMP管理128

4.5.1多线程体系结构128

4.5.2动机129

4.5.3进程结构129

4.5.4线程的执行130

4.5.5把中断当做线程131

4.6 Linux的进程和线程管理131

4.6.1 Linux任务131

4.6.2 Linux线程133

4.7 Mac OS X的GCD技术134

4.8小结135

4.9推荐读物136

4.10关键术语、复习题和习题136

4.10.1关键术语136

4.10.2复习题136

4.10.3习题136

第5章 并发性：互斥和同步140

5.1并发的原理141

5.1.1一个简单的例子142

5.1.2竞争条件143

5.1.3操作系统关注的问题143

5.1.4进程的交互144

5.1.5互斥的要求146

5.2互斥：硬件的支持147

5.2.1中断禁用147

5.2.2专用机器指令147

5.3信号量149

5.3.1互斥153

5.3.2生产者消费者问题154

5.3.3信号量的实现157

5.4管程159

5.4.1使用信号的管程159

5.4.2使用通知和广播的管程162

5.5消息传递163

5.5.1同步164

5.5.2寻址165

5.5.3消息格式166

5.5.4排队原则166

5.5.5互斥166

5.6读者/写者问题167

5.6.1读者优先168

5.6.2写者优先168

5.7小结171

5.8推荐读物171

5.9关键术语、复习题和习题172

5.9.1关键术语172

5.9.2复习题173

5.9.3习题173

第6章 并发：死锁和饥饿183

6.1死锁原理183

6.1.1可重用资源186

6.1.2可消耗资源187

6.1.3资源分配图188

6.1.4死锁的条件189

6.2死锁预防190

6.2.1互斥190

6.2.2占有且等待190

6.2.3不可抢占190

6.2.4循环等待190

6.3死锁避免191

6.3.1进程启动拒绝191

6.3.2资源分配拒绝192

6.4死锁检测195

6.4.1死锁检测算法195

6.4.2恢复196

6.5一种综合的死锁策略196

6.6哲学家就餐问题197

6.6.1基于信号量解决方案197

6.6.2基于管程解决方案198

6.7 UNIX的并发机制199

6.7.1管道200

6.7.2消息200

6.7.3共享内存200

6.7.4信号量200

6.7.5信号201

6.8 Linux内核并发机制202

6.8.1原子操作202

6.8.2自旋锁203

6.8.3信号量204

6.8.4屏障205

6.9 Solaris线程同步原语206

6.9.1互斥锁207

6.9.2信号量207

6.9.3多读者/单写者锁207

6.9.4条件变量208

6.10 Windows 7并发机制208

6.10.1等待函数208

6.10.2分派器对象209

6.10.3临界区209

6.10.4轻量级读者-写者锁和条件变量210

6.10.5锁无关同步机制210

6.11小结210

6.12推荐读物211

6.13关键术语、复习题和习题211

6.13.1关键术语211

6.13.2复习题212

6.13.3习题212

第三部分 内存218

第7章 内存管理218

7.1内存管理的需求218

7.1.1重定位219

7.1.2保护219

7.1.3共享219

7.1.4逻辑组织220

7.1.5物理组织220

7.2内存分区220

7.2.1固定分区221

7.2.2动态分区223

7.2.3伙伴系统225

7.2.4重定位227

7.3分页228

7.4分段230

7.5安全问题231

7.5.1缓冲区溢出攻击231

7.5.2预防缓冲区溢出234

7.6小结234

7.7推荐读物234

7.8关键术语、复习题和习题235

7.8.1关键术语235

7.8.2复习题235

7.8.3习题235

附录7A加载和链接237

第8章 虚拟内存242

8.1硬件和控制结构242

8.1.1局部性和虚拟内存244

8.1.2分页244

8.1.3分段252

8.1.4段页式253

8.1.5保护和共享254

8.2操作系统软件255

8.2.1读取策略256

8.2.2放置策略256

8.2.3置换策略256

8.2.4驻留集管理261

8.2.5清除策略265

8.2.6加载控制266

8.3 UNIX和Solaris内存管理267

8.3.1分页系统267

8.3.2内核内存分配器269

8.4 Linux内存管理271

8.4.1 Linux虚拟内存271

8.4.2内核内存分配272

8.5 windows内存管理272

8.5.1 Windows虚拟地址映射272

8.5.2 Windows分页273

8.6小结274

8.7推荐读物和网站274

8.8关键术语、复习题和习题275

8.8.1关键术语275

8.8.2复习题275

8.8.3习题275

第四部分 调度280

第9章 单处理器调度280

9.1处理器调度的类型280

9.1.1长程调度282

9.1.2中程调度282

9.1.3短程调度283

9.2调度算法283

9.2.1短程调度准则283

9.2.2优先级的使用284

9.2.3选择调度策略285

9.2.4性能比较292

9.2.5公平共享调度296

9.3传统的UNIX调度298

9.4小结299

9.5推荐读物300

9.6关键术语、复习题和习题300

9.6.1关键术语300

9.6.2复习题300

9.6.3习题301

第10章 多处理器和实时调度304

10.1多处理器调度304

10.1.1粒度304

10.1.2设计问题305

10.1.3进程调度307

10.1.4线程调度308

10.2实时调度312

10.2.1背景312

10.2.2实时操作系统的特点312

10.2.3实时调度315

10.2.4限期调度315

10.2.5速率单调调度318

10.2.6优先级反转320

10.3 Linux调度321

10.3.1实时调度321

10.3.2非实时调度322

10.4 UNIX SVR4调度324

10.5 FreeBSD调度器325

10.5.1优先级325

10.5.2对称多处理器（SMP）与多核支持326

10.6 Windows调度328

10.6.1进程和线程优先级328

10.6.2多处理器调度329

10.7 Linux虚拟机进程调度329

10.8小结330

10.9推荐读物330

10.10关键术语、复习题和习题331

10.10.1关键术语331

10.10.2复习题331

10.10.3习题331

第五部分 输入/输出和文件336

第11章 I/O管理和磁盘调度336

11.1 I/O设备336

11.2 I/O功能的组织337

11.2.1 I/O功能的发展338

11.2.2直接存储器访问338

11.3操作系统设计问题340

11.3.1设计目标340

11.3.2 I/O功能的逻辑结构340

11.4 I/O缓冲341

11.4.1单缓冲342

11.4.2双缓冲343

11.4.3循环缓冲343

11.4.4缓冲的作用343

11.5磁盘调度344

11.5.1磁盘性能参数344

11.5.2磁盘调度策略346

11.6 RAID349

11.6.1 RAID级别0350

11.6.2 RAID级别1352

11.6.3 RAID级别2352

11.6.4 RAID级别3353

11.6.5 RAID级别4353

11.6.6 RAID级别5354

11.6.7 RAID级别6354

11.7磁盘高速缓存354

11.7.1设计考虑因素355

11.7.2性能考虑因素356

11.8 UNIX SVR4操作系统的I/O357

11.8.1缓冲区高速缓存357

11.8.2字符队列358

11.8.3无缓冲I/O358

11.8.4 UNIX设备359

11.9 Linux操作系统的I/O359

11.9.1磁盘调度359

11.9.2 Linux页面缓存361

11.10 Windows操作系统的I/O361

11.10.1基本I/O机制361

11.10.2异步I/O和同步I/O362

11.10.3软件RAID362

11.10.4卷影复制363

11.10.5卷加密363

11.11小结363

11.12推荐读物363

11.13关键术语、复习题和习题364

11.13.1关键术语364

11.13.2复习题365

11.13.3习题365

第12章 文件管理367

12.1概述367

12.1.1文件和文件系统367

12.1.2文件结构368

12.1.3文件管理系统369

12.2文件组织和访问371

12.2.1堆373

12.2.2顺序文件373

12.2.3索引顺序文件374

12.2.4索引文件374

12.2.5直接文件或散列文件375

12.3 B树375

12.4文件目录377

12.4.1内容377

12.4.2结构378

12.4.3命名379

12.5文件共享380

12.5.1访问权限380

12.5.2同时访问381

12.6记录组块381

12.7辅助存储管理383

12.7.1文件分配383

12.7.2空闲空间的管理386

12.8文件系统安全389

12.9 UNIX文件管理390

12.9.1索引节点390

12.9.2文件分配392

12.9.3目录392

12.9.4卷结构392

12.9.5传统的UNIX文件访问控制393

12.9.6 UNIX中的访问控制列表394

12.10 Linux虚拟文件系统395

12.10.1超级块对象396

12.10.2索引节点对象397

12.10.3目录项对象397

12.10.4文件对象397

12.11 Windows文件系统397

12.11.1 NTFS的重要特征398

12.11.2 NTFS卷和文件结构398

12.11.3可恢复性400

12.12小结401

12.13推荐读物401

12.14关键术语、复习题和习题402

12.14.1关键术语402

12.14.2复习题402

12.14.3习题402

第六部分 嵌入式系统406

第13章 嵌入式操作系统406

13.1嵌入式系统406

13.2嵌入式操作系统的特点407

13.2.1移植现有的商业操作系统408

13.2.2专用嵌入式操作系统408

13.3 eCos409

13.3.1可配置性409

13.3.2 eCos组件411

13.3.3 eCos调度程序413

13.3.4 eCos线程同步415

13.4 TinyOS419

13.4.1无线传感器网络419

13.4.2 TinyOS的目标420

13.4.3 TinyOS的组件421

13.4.4 TinyOS的调度程序422

13.4.5配置例子423

13.4.6 TinyOS的资源接口424

13.5推荐读物和网站425

13.6关键术语、复习题和习题426

13.6.1关键术语426

13.6.2复习题426

13.6.3习题427

第七部分 计算机安全430

第14章 计算机安全威胁430

14.1计算机安全概念430

14.2威胁、攻击和资产431

14.2.1威胁和攻击431

14.2.2威胁和资产432

14.3入侵者434

14.3.1入侵者行为模式435

14.3.2入侵技术436

14.4恶意软件概述437

14.4.1后门437

14.4.2逻辑炸弹438

14.4.3特洛伊木马438

14.4.4移动代码438

14.4.5多威胁恶意软件439

14.5病毒、蠕虫与僵尸439

14.5.1病毒439

14.5.2蠕虫443

14.5.3僵尸445

14.6 Rootkit446

14.6.1 Rootkit安装446

14.6.2系统级调用攻击447

14.7推荐读物和网站447

14.8关键术语、复习题和习题448

14.8.1关键术语448

14.8.2复习题449

14.8.3习题449

第15章 计算机安全技术451

15.1身份验证451

15.1.1基于密码的身份验证451

15.1.2基于令牌的身份验证453

15.1.3生物特征识别认证454

15.2访问控制455

15.2.1自主访问控制456

15.2.2基于角色的权限控制458

15.3入侵检测460

15.3.1基本原则460

15.3.2基于主机的入侵检测技术461

15.3.3审计记录461

15.4恶意软件防御462

15.4.1反病毒方法462

15.4.2蠕虫对策465

15.4.3自动代理程序对策466

15.4.4 Rootit对策466

15.5处理缓冲区溢出攻击466

15.5.1编译时防御467

15.5.2运行时防御468

15.6 Windows7安全性469

15.6.1访问控制方案470

15.6.2访问令牌470

15.6.3安全描述符471

15.7推荐读物和网站473

15.8关键术语、复习题和习题474

15.8.1关键术语474

15.8.2复习题475

15.8.3习题475

第八部分 分布式系统478

第16章 分布式处理、客户/服务器和集群系统478

16.1客户/服务器计算模型478

16.1.1什么是客户/服务器计算模型478

16.1.2客户/服务器模型的应用479

16.1.3中间件484

16.2面向服务的体系结构485

16.3分布式消息传递487

16.3.1可靠性与不可靠性489

16.3.2阻塞与无阻塞489

16.4远程过程调用489

16.4.1参数传递490

16.4.2参数表示490

16.4.3客户/服务器绑定491

16.4.4同步和异步491

16.4.5面向对象机制491

16.5集群492

16.5.1集群的配置492

16.5.2操作系统的设计问题493

16.5.3集群计算机的体系结构494

16.5.4集群与对称多处理器的比较495

16.6 Windows集群服务器495

16.7 Beowulf和Linux集群497

16.7.1 Beowulf的特性497

16.7.2 Beowulf软件498

16.8小结498

16.9推荐读物和网站498

16.10关键术语、复习题和习题500

16.10.1关键术语500

16.10.2复习题500

16.10.3习题500

附录A 并发主题502

附录B 编程和操作系统项目516

术语表520

参考书目526