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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150

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2113

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3180

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4247

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5293

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6350

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7399

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8430

参考文献432