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目录1

出版者的话1

专家指导委员会1

译者序1

前言1

第1章 导言1

1.1 计算机与软件1

1.1.1 通常的系统软件2

1.1.2 资源抽象2

示例：磁盘设备抽象3

1.1.3 资源共享4

1.2 操作系统策略6

1.1.4 没有系统软件的计算机6

性能改善：多道程序系统7

1.2.1 批处理系统7

示例：批处理文件9

1.2.2 分时系统10

1.2.3 个人计算机和工作站12

1.2.4 过程控制和实时系统13

1.2.5 网络14

1.2.6 当代操作系统的起源14

示例：Linux的发展15

示例：微软Windows家族操作系统17

1.3 小结18

1.4 习题19

2.2 资源21

第2章 使用操作系统21

2.1 计算的抽象模型21

2.2.1 文件22

示例：POSIX文件22

示例：Windows文件23

2.2.2 其他资源26

2.3 进程26

2.3.1 创建进程28

示例：使用FORK、JOIN和QUIT29

示例：UNIX中创建进程30

示例：Windows中创建进程32

2.4 线程33

2.5 对象35

示例：C线程35

2.6 小结36

2.7 习题36

实验：Shell程序37

实验：一个多线程的Windows控制台应用程序42

第3章 操作系统的组织结构51

3.1 OS设计中的要素51

3.1.1 性能51

3.1.2 保护和安全52

3.1.3 正确性52

3.1.4 可维护性53

3.1.5 商业化因素对操作系统的影响53

3.2 基本功能54

3.1.6 标准和开放系统54

3.2.2 进程和资源管理55

3.2.3 存储管理55

3.2.1 设备管理55

3.2.4 文件管理56

3.2.5 功能模块组织结构56

3.3 基本实现需考虑的因素57

3.3.1 处理机模式57

3.3.2 内核58

3.3.3 请求获得操作系统服务58

3.4 小结60

3.5 习题60

4.1 冯·诺依曼体系结构61

第4章 计算机组织结构61

4.2 中央处理器63

4.2.1 算术逻辑功能单元63

4.2.2 控制单元64

4.3 存储器66

性能改善：机器加速67

性能改善：并行处理机67

4.4 设备68

4.4.1 一般设备特征69

4.4.2 设备控制器69

示例：异步串行设备70

4.4.3 设备驱动器71

4.5 中断72

4.6 模式转换：自陷指令74

4.7 小结75

4.8 习题76

实验：内核计数器78

第5章 设备管理87

5.1 设备管理方法87

5.1.1 I/O系统的组织结构87

5.1.2 使用轮询的直接I/O88

5.1.3 中断驱动I/O89

性能改善：中断与轮询91

5.1.4 存储映射I/O92

5.1.5 直接内存访问（DMA）93

性能改善：I/O与处理机的并行94

5.2 缓冲95

5.3 设备驱动程序97

5.3.1 设备驱动程序接口98

5.3.2 CPU与设备的交互作用99

5.3.3 I/O性能优化100

5.4 一些设备管理方法100

5.4.1 串行通信101

示例：UNIX的设备驱动程序101

5.4.2 顺序访问的存储设备102

5.4.3 随机存取设备103

性能改善：旋转设备的访问优化104

5.6 习题108

5.5 小结108

实验：软盘驱动器109

第6章 进程管理117

6.1 进程和资源的系统观点117

6.1.1 进程模型实现117

6.1.2 资源模型实现119

6.2 初始化操作系统119

6.3 进程地址空间121

6.3.1 生成地址空间121

6.3.2 载入程序122

6.3.3 地址空间中一致性维护122

6.4 进程抽象123

6.4.2 进程状态图124

6.4.1 进程控制块124

6.5 资源抽象125

6.6 进程层次结构127

6.6.1 精炼化进程管理器127

6.6.2 专用的资源分配策略128

6.7 小结129

6.8 习题129

实验：观察OS的运行操作130

第7章 调度137

7.1 调度机制137

7.1.1 进程调度机制137

7.1.2 保存进程的上下文138

7.1.3 自愿的CPU共享139

7.1.4 非自愿的CPU共享141

7.1.5 性能141

7.2 策略选择142

7.2.1 分解一个进程成多个小进程144

7.3 非剥夺式策略145

7.3.1 先来先服务145

性能改善：系统负载的近似表示146

7.3.2 最短作业优先147

性能改善：预测FCFS的等待时间148

7.3.3 优先级调度148

7.3.4 期限调度150

7.4 剥夺式策略150

7.4.1 轮转151

7.4.2 多级队列153

7.5 小结154

7.6 习题155

第8章 同步基本原理159

8.1 进程的相互作用159

示例：线性方程系统的解160

8.1.1 临界区161

8.1.2 死锁164

8.2 进程协同165

8.3 信号量167

8.3.1 信号量操作的原理168

示例：使用信号量的例子169

8.3.2 应用中要考虑的因素174

8.4 共享存储器的多处理机177

8.5 小结177

8.6 习题177

实验：有限缓冲区问题181

第9章 高级同步技术187

9.1 可选的同步原语187

9.1.1 AND同步187

9.1.2 事件188

示例：使用事件189

示例：UNIX信号190

示例：Windows 2000中的分派对象191

9.2.1 操作原理192

9.2 管程192

9.2.2 条件变量193

示例：使用管程的例子195

9.2.3 应用管程的一些实际状况198

9.3 进程间通信199

9.3.1 信箱200

9.3.2 消息传输协议201

9.3.3 使用send和receive操作201

示例：同步的IPC202

9.3.4 延迟的消息拷贝203

9.4 严格排序事件执行203

9.5 小结205

9.6 习题205

实验：精炼Shell程序207

第10章 死锁211

10.1 背景211

10.1.1 死锁预防213

10.1.2 死锁避免213

10.1.3 死锁检测和恢复213

10.1.4 人工死锁管理214

10.2 一个系统死锁模型214

示例：单个资源类型215

10.3 死锁预防216

10.3.1 占有并等待216

10.3.2 循环等待218

10.3.3 允许剥夺218

10.4 死锁避免220

10.4.1 银行家算法221

示例：使用银行家算法222

10.5 死锁检测和恢复224

10.5.1 连续可重用资源224

10.5.2 可消费资源228

10.5.3 一般资源系统231

10.5.4 恢复231

10.6 小结232

10.7 习题232

第11章 存储管理235

11.1 基本知识235

11.1.1 请求主存235

11.1.2 将地址空间映射到内存236

性能改善：使用存储层次结构减少访问时间237

示例：地址绑定过程238

11.1.3 用于数据结构的动态存储241

11.2 内存分配241

11.2.1 固定分区存储分配策略242

11.2.2 可变分区存储分配策略243

11.2.3 现代存储分配策略245

性能改善：移动程序的开销246

11.3 动态地址重定位246

11.3.1 运行时界限检查250

示例：扩充小地址空间250

11.4.1 交换251

11.4 存储管理器策略251

11.4.2 虚拟内存253

性能改善：使用高速缓存存储器254

11.4.3 共享存储器的多处理机255

11.5 小结257

11.6 习题257

第12章 虚拟内存261

12.1 地址转换261

12.1.1 地址空间映射261

12.1.2 段式和页式263

12.2 页式263

12.2.1 虚拟地址转换265

性能改善：页表实现267

12.3 静态页面调度算法268

12.3.1 取策略268

12.3.2 请求调页算法269

12.3.3 栈算法272

12.3.4 实现LRU273

性能改善：页面调度性能274

12.4 动态页面调度算法275

12.4.1 驻留集算法275

示例：驻留集算法示例277

12.4.2 驻留集算法实现278

性能改善：利用分页实现IPC279

示例：Windows 2000虚拟存储器280

示例：Linux虚拟存储器283

12.5 段式284

12.5.1 地址转换284

12.5.2 实现286

示例：多段系统288

12.6 小结290

12.7 习题291

第13章 文件管理293

13.1 文件293

13.1.1 低级文件295

13.1.2 结构化文件297

13.1.3 数据库管理系统301

13.2 低级文件实现302

13.1.4 多媒体存储302

13.2.1 open和close操作303

示例：UNIX中的open和close操作303

13.2.2 块管理305

示例：UNIX文件结构307

13.2.3 读、写字节流309

13.3 支持其他的存储抽象311

13.3.1 结构化顺序文件311

13.3.2 索引顺序文件312

13.3.3 数据库管理系统312

13.3.4 多媒体文档312

示例：Windows 2000中的存储映射文件313

13.4 存储映射（Memory-mapped）文件313

13.5 目录314

13.5.1 目录结构315

示例：几个目录例子316

13.6 目录实现317

13.6.1 设备目录317

13.6.2 文件目录318

13.6.3 在层次目录中打开一个文件318

13.6.4 安装可移动的文件系统319

13.7 小结319

13.8 习题320

实验：一个简单的文件管理器321

14.1 基本原理327

第14章 保护和安全327

14.1.1 策略和机制328

14.1.2 策略和机制实现328

14.1.3 认证机制329

14.1.4 授权机制329

14.1.5 加密330

14.2 认证331

14.2.1 用户认证331

14.2.2 网上认证331

示例：Kerberos网络认证方法332

14.3 内部访问授权334

14.3.1 一个资源保护的模型334

14.3.2 改变保护状态336

14.4.1 保护域338

14.3.3 保护机制的开销338

14.4 实现内部授权338

14.4.2 实现访问矩阵340

14.5 密码技术343

14.6 小结344

14.7 习题345

第15章 网络347

15.1 从计算机通信到网络347

15.1.1 通信子网348

15.1.2 网络通信协议349

15.2 ISO的OSI网络体系结构模型350

15.2.1 网络协议的演变350

15.2.2 ISO的OSI模型351

15.3 低层协议353

性能改善：快速物理层354

15.3.1 物理层354

15.3.2 数据链路层355

15.3.3 当代网络356

15.4 网络层358

15.4.1 寻址359

15.4.2 路由360

15.4.3 网络层的使用361

15.5 传输层361

15.5.1 通信端口362

15.5.2 数据类型362

15.5.3 靠的通信363

15.6.1 命名364

性能改善：数据报和虚电路364

15.6 使用传输层364

示例：域名系统366

15.6.2 客户-服务器模式367

15.7 小结369

15.8 习题369

实验：使用TCP/IP协议370

第16章 远程文件379

16.1 通过网络共享信息379

16.1.1 显式的文件复制系统380

16.1.2 隐含的文件共享381

16.1.3 远程辅存接口382

16.1.4 工作分布383

16.2 远程磁盘系统384

16.2.1 远程磁盘操作386

16.2.2 性能因素386

16.2.3 可靠性387

16.2.4 远程磁盘的未来389

16.3 远程文件系统390

16.3.1 通用的体系结构390

16.3.2 块高速缓存392

16.3.3 失效后的恢复393

16.4 文件级高速缓存397

示例：Andrew文件系统397

示例：LOCUS文件系统398

16.5.1 文件名字400

16.5 目录系统及其实现400

16.5.2 打开一个文件401

16.6 小结402

16.7 习题403

第17章 分布式计算405

17.1 分布的进程管理405

17.1.1 分解工作405

17.1.2 支持分解的计算407

17.1.3 一般的进程管理408

17.1.4 调度408

性能改善：进程迁移和负载平衡409

17.1.5 进程协同409

17.2 消息传递412

17.2.1 消息传递接口413

17.2.2 计算范例414

17.3 远程过程调用415

17.3.1 RPC如何工作416

17.3.2 实现RPC416

17.4 分布式存储器管理420

17.4.1 远程存储器423

示例：分布式存储器的实例423

17.4.2 分布式虚拟存储器425

17.4.3 分布式对象426

17.5 小结427

17.6 习题428

18.1 操作系统的组成及相互关系429

第18章 策略与实例429

18.2 一般性结构问题430

18.2.1 软件的组织结构431

18.2.2 管理分布式硬件435

18.3 传统的UNIX内核437

18.3.1 内核437

18.3.2 一体化结构438

18.3.3 结论438

18.4 Linux内核439

18.4.1 内核结构439

18.4.2 进程和资源管理442

18.4.3 存储管理器446

18.4.4 文件管理447

18.5 Choices：面向对象的操作系统449

18.5.1 框架449

18.5.2 使用框架实现存储管理器449

18.5.3 结论450

18.6 微软Windows操作系统451

18.6.1 一般性体系结构451

18.6.2 硬件抽象层（HAL）453

18.6.3 NT内核453

18.6.4 NT执行体455

18.6.5 NT子系统459

18.7 Mach操作系统459

18.7.1 进程管理460

18.7.2 消息传递462

18.7.3 内存管理464

18.7.4 结论466

18.8 CHORUS操作系统466

18.8.1 进程管理467

18.8.2 进程间通信468

18.8.3 内存管理468

18.8.4 结论468

18.9 小结468

18.10 习题469

术语表471

参考文献483

索引487