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第1章 操作系统概论1

1.1 操作系统概念1

1.1.1 操作系统的地位和作用1

1.1.2 操作系统的定义2

1.1.3 操作系统的功能2

1.1.4 操作系统的特性5

1.1.5 操作系统的性能6

1.2 操作系统的形成和发展7

1.2.1 硬件软件的发展轨迹7

1.2.2 手工操作阶段9

1.2.3 早期批处理阶段9

1.2.4 执行系统阶段10

1.2.5 多道程序系统阶段10

1.2.6 操作系统的形成11

1.3 操作系统的分类11

1.3.1 批处理操作系统12

1.3.2 分时操作系统13

1.3.3 实时操作系统14

1.3.4 微型计算机操作系统15

1.3.5 网络操作系统15

1.3.6 分布式操作系统16

1.3.7 嵌入式操作系统17

1.4 操作系统的结构设计18

1.4.1 整体式结构的操作系统18

1.4.2 层次式结构的操作系统18

1.4.3 虚拟机结构的操作系统19

1.4.4 客户／服务器结构的操作系统19

1.4.5 微内核结构的操作系统19

1.5 Linux操作系统简介20

1.5.1 Linux系统的特点20

1.5.2 Linux和其他系统的区别21

小结21

习题22

第2章 用户界面23

2.1 用户工作环境23

2.1.1 用户环境23

2.1.2 系统生成和系统启动24

2.1.3 运行一个用户程序的过程25

2.2 操作系统用户界面26

2.2.1 操作系统的用户界面26

2.2.2 操作接口27

2.2.3 图形用户接口29

2.3 系统调用29

2.3.1 系统调用的基本概念29

2.3.2 系统调用的基本类型30

2.3.3 系统调用的实现30

2.4 Linux的用户界面31

2.4.1 Linux的命令行接口31

2.4.2 Linux的图形方式32

2.4.3 Linux的系统调用32

2.4.4 与系统调用有关的数据结构33

小结34

习题34

第3章 进程管理与调度35

3.1 中央处理器35

3.1.1 CPU的构成与基本工作方式35

3.1.2 特权指令和非特权指令36

3.1.3 处理器状态36

3.1.4 程序状态字37

3.2 中断37

3.2.1 中断的概念37

3.2.2 中断的分类38

3.3 进程及其实现38

3.3.1 进程定义38

3.3.2 进程的类型和特性39

3.3.3 进程的状态和转换40

3.3.4 进程控制块41

3.3.5 进程要素42

3.4 进程的控制43

3.4.1 进程的创建44

3.4.2 进程的阻塞和唤醒45

3.4.3 进程的撤销46

3.4.4 进程的挂起和激活47

3.5 进程切换与模式切换47

3.5.1 执行模式47

3.5.2 模式切换48

3.5.3 进程切换48

3.6 处理器调度49

3.6.1 调度策略49

3.6.2 调度模式49

3.7 作业的管理与调度50

3.7.1 作业及其调度50

3.7.2 作业与进程51

3.7.3 调度原则51

3.7.4 作业调度算法52

3.7.5 单道程序环境下的作业调度算法54

3.7.6 多道程序环境下的作业调度算法55

3.8 低级调度56

3.8.1 低级调度功能56

3.8.2 低级调度的方式56

3.8.3 低级调度算法57

3.9 线程及其基本概念58

3.9.1 线程及其基本概念58

3.9.2 线程的结构59

3.9.3 进程与线程60

3.9.4 线程的实现61

3.10 Linux进程管理62

3.10.1 Linux进程结构62

3.10.2 进程调度64

3.10.3 创建进程65

3.10.4 Linux的线程66

小结66

习题66

第4章 并发进程69

4.1 并发进程69

4.1.1 顺序程序与并发进程69

4.1.2 与时间有关的错误70

4.1.3 进程间的联系71

4.2 临界区管理72

4.2.1 临界区及其使用原则72

4.2.2 实现临界区管理的软件方法73

4.2.3 实现临界区管理的硬件方法75

4.3 信号量与P、V操作76

4.3.1 信号量定义76

4.3.2 P、V操作定义77

4.3.3 信号量的使用78

4.3.4 信号量及P、V操作讨论81

4.3.5 信号量与P、V操作经典问题81

4.3.6 POSIX信号量84

4.3.7 Linux中的信号量机制87

4.4 进程间通信92

4.4.1 进程间通信概念92

4.4.2 进程间通信方式92

4.4.3 Linux中的进程间通信机制93

4.5 死锁100

4.5.1 死锁的基本概念100

4.5.2 死锁的预防——解决死锁的静态方法102

4.5.3 死锁的避免——解决死锁的动态方法102

4.5.4 死锁的检测及解除105

4.6 管程106

4.6.1 管程的基本概念106

4.6.2 管程的特性107

小结108

习题108

第5章 存储管理112

5.1 存储管理中的概念112

5.1.1 存储管理的目的和功能112

5.1.2 存储分配的方式113

5.1.3 重定位113

5.2 分区存储管理115

5.2.1 固定分区115

5.2.2 可变分区116

5.2.3 分配和释放算法118

5.2.4 分区移动技术120

5.2.5 覆盖与交换技术120

5.2.6 分区的存储保护122

5.2.7 分区存储管理的主要优缺点122

5.3 页式存储管理122

5.3.1 页式基本原理123

5.3.2 页式管理表123

5.3.3 页式地址转换124

5.3.4 快表125

5.3.5 页面分配策略126

5.3.6 页面的共享与保护126

5.3.7 多级页表127

5.3.8 反置页表128

5.4 段式存储管理129

5.4.1 段式基本原理130

5.4.2 段式地址转换130

5.4.3 内存分配与释放131

5.4.4 段的共享与保护131

5.4.5 段式和页式的比较132

5.5 段页式存储管理133

5.5.1 段页式基本原理133

5.5.2 段页式地址转换134

5.6 虚拟存储管理134

5.6.1 相关基本概念135

5.6.2 请求页式存储管理136

5.6.3 页面置换算法140

5.6.4 请求页式管理性能分析142

5.6.5 请求段式存储管理143

5.6.6 请求段页式存储管理145

5.7 Linux系统存储管理145

5.7.1 Linux中的页表146

5.7.2 页面的分配与回收146

5.7.3 页交换进程与页面的换入换出147

5.7.4 Linux虚拟存储器的保护148

小结148

习题149

第6章 设备管理151

6.1 设备管理的概念151

6.1.1 设备的分类151

6.1.2 设备管理的功能和任务152

6.2 I/O控制方式152

6.2.1 程序直接查询控制方式153

6.2.2 中断方式153

6.2.3 DMA方式153

6.2.4 通道方式155

6.3 缓冲技术156

6.3.1 单缓冲156

6.3.2 双缓冲157

6.3.3 循环缓冲157

6.3.4 缓冲池158

6.4 驱动调度技术159

6.4.1 磁盘的物理结构159

6.4.2 磁盘调度160

6.4.3 提高磁盘I/O速度的一些方法162

6.5 设备分配163

6.5.1 设备分配中的数据结构163

6.5.2 设备分配过程165

6.5.3 设备分配应考虑的因素166

6.5.4 设备独立性167

6.6 虚拟设备168

6.6.1 SPOOLing系统的组成168

6.6.2 SPOOLing系统的工作原理169

6.6.3 SPOOLing系统的应用169

6.6.4 SPOOLing技术的特点170

6.7 Linux设备管理170

6.7.1 Linux设备管理概述170

6.7.2 设备驱动程序概述171

6.7.3 设备驱动程序框架171

小结172

习题172

第7章 文件系统174

7.1 文件系统的基本概念174

7.1.1 文件、记录和数据项174

7.1.2 文件类型175

7.1.3 文件系统模型175

7.2 文件的逻辑结构与存取方法176

7.2.1 文件的逻辑结构176

7.2.2 文件的存取方法177

7.3 文件的物理结构与存储设备177

7.3.1 常见的物理结构178

7.3.2 文件的存储设备180

7.4 文件存储空间的管理180

7.4.1 空闲区表法181

7.4.2 空闲链表法181

7.4.3 位示图法182

7.5 文件目录182

7.5.1 文件目录管理的基本要求182

7.5.2 文件控制块和索引结点183

7.5.3 文件目录结构183

7.5.4 文件的共享185

7.6 文件安全186

7.6.1 存取控制矩阵186

7.6.2 存取控制表186

7.6.3 口令187

7.6.4 密码187

7.7 Linux文件系统188

7.7.1 虚拟文件系统188

7.7.2 Linux系统主要文件操作189

小结190

习题190

第8章 网络与通信管理192

8.1 网络的体系结构192

8.2 网络操作系统的工作模式及网络通信功能195

8.2.1 网络操作系统的工作模式195

8.2.2 操作系统的网络组件196

8.3 网络管理198

8.3.1 网络管理概述198

8.3.2 网络管理功能199

8.3.3 集中式网络管理技术200

8.3.4 分布式网络管理技术201

8.4 远程过程调用202

8.4.1 远程过程调用概述202

8.4.2 远程过程调用的操作203

8.4.3 远程过程调用的实现203

8.5 网络服务204

8.6 网络通信的安全性问题207

8.6.1 网络安全概述207

8.6.2 网络安全措施208

8.6.3 网络安全服务208

小结211

习题211

第9章 操作系统安全213

9.1 操作系统安全概述213

9.1.1 操作系统安全的重要性213

9.1.2 操作系统面临的安全威胁214

9.1.3 操作系统安全的目标214

9.2 安全策略215

9.2.1 访问支持策略215

9.2.2 访问支持策略216

9.3 硬件安全机制217

9.3.1 存储保护217

9.3.2 运行保护218

9.3.3 I/O保护218

9.4 软件安全机制219

9.4.1 注册与登录219

9.4.2 存取控制220

9.4.3 最小特权管理221

9.4.4 可信通道221

9.4.5 隐蔽通道222

9.4.6 安全审计222

9.4.7 病毒防护222

9.5 操作系统安全评测223

9.5.1 操作系统安全评测方法223

9.5.2 美国国防部可信计算机系统评测准则224

9.6 Linux操作系统安全机制225

9.6.1 标识与口令安全225

9.6.2 存取控制226

9.6.3 鉴别227

9.6.4 审计227

9.6.5 网络安全性227

9.6.6 加密228

9.6.7 网络监视和入侵检测228

9.6.8 备份／恢复229

小结229

习题229

操作系统实验230

实验1 Linux系统用户接口和使用环境230

实验2 Linux进程的创建233

实验3 Linux进程信号通信235

实验4 Linux进程消息通信238

实验5 进程调度模拟239

实验6 页面置换算法模拟240

实验7 文件系统模拟设计241

参考文献242