操作系统原理

1.6 高速缓存 15
1.7 直接内存存取 16
1.8 多处理器和多核计算机组织结构 17
1.8.1 对称多处理器 17
1.8.2 多核计算机 19
1.9 启动计算机 20
1.10 习题 21
第2章 操作系统概述 23
2.1 操作系统的功能 23
2.1.1 作为用户/计算机接口 23
2.1.2 作为资源管理器 25
2.1.3 作为扩展机器 26
2.2 操作系统的种类 27
2.3 操作系统的核心概念 31
2.3.1 进程 31
2.3.2 地址空间与内存管理 35
2.3.3 文件 37
2.3.4 调度和资源管理 38
2.3.5 输入/输出 39
2.3.6 保护 39
2.3.7 Shell与图形用户界面 39
2.4 操作系统的发展 41
2.4.1 串行处理 41
2.4.2 简单批处理系统 42
2.4.3 多道批处理系统 43
2.4.4 分时系统 44
2.4.5 实时系统 45
2.4.6 通用操作系统 45
2.4.7 操作系统的进一步发展 46
2.5 系统调用 46
2.5.1 系统调用的概念 46
2.5.2 用于进程管理的系统调用 47
2.5.3 用于文件管理的系统调用 49
2.5.4 Windows Win32 API 49
2.6 操作系统结构 50
2.6.1 单体系统 50
2.6.2 层次式系统 51
2.6.3 微内核 51
2.6.4 客户机—服务器模式 52
2.6.5 虚拟机 53
2.6.6 外核 56
2.7 多处理器和多核计算机操作系统的设计因素 56
2.7.1 多线程 56
2.7.2 对称多处理器计算机 56
2.7.3 多核计算机 58
2.8 习题 59
第2篇 进程与线程
第3章 进程描述和控制 61
3.1 进程的概述 61
3.2 进程状态 62
3.2.1 两状态进程模型 63
3.2.2 进程的创建和终止 64
3.2.3 五状态模型 65
3.2.4 被挂起的进程 68
3.3 进程描述 71
3.3.1 操作系统的控制结构 71
3.3.2 进程控制结构 72
3.4 进程控制 74
3.4.1 进程创建 75
3.4.2 进程切换 75
3.5 操作系统的执行 77
3.5.1 无进程的内核 77
3.5.2 在用户进程中执行 78
3.5.3 基于进程的操作系统 78
3.6 习题 79
第4章 线程 82
4.1 线程的概念 82
4.1.1 单线程和多线程 82
4.1.2 线程的属性 83
4.1.3 线程的功能特性 85
4.1.4 线程和进程的区别 86
4.2 用户级和内核级线程 87
4.3 多核和多线程 90
4.4 Windows 7线程和SMP管理 90
4.4.1 进程对象和线程对象 91
4.4.2 多线程 93
4.4.3 线程状态 93
4.4.4 对OS子系统的支持 94
4.4.5 对称多处理的支持 95
4.5 习题 95
第5章 互斥与同步 96
5.1 并发的原理 96
5.1.1 同步与互斥 97
5.1.2 简单举例 97
5.1.3 进程的交互 99
5.1.4 互斥的要求 102
5.2 互斥：硬件的支持 103
5.3 信号量 106
5.3.1 互斥 107
5.3.2 生产者/消费者问题 109
5.3.3 信号量的实现 112
5.4 管程 114
5.4.1 使用信号的管程 114
5.4.2 使用通知和广播的管程 116
5.5 消息传递 118
5.5.1 同步 118
5.5.2 寻址 119
5.5.3 消息格式 120
5.5.4 排队原则 120
5.5.5 互斥 121
5.6 读者/写者问题 122
5.6.1 读者优先 123
5.6.2 写者优先 123
5.7 习题 126
第6章 死锁与饥饿 127
6.1 死锁原理 127
6.1.1 可抢占资源和不可抢占资源 127
6.1.2 可重用资源和可消耗资源 128
6.1.3 资源获取 129
6.1.4 死锁的定义 130
6.1.5 资源死锁的条件 131
6.1.6 死锁建模 131
6.2 死锁检测和死锁恢复 133
6.2.1 死锁检测 134
6.2.2 死锁恢复 135
6.3 死锁避免 136
6.3.1 资源轨迹图 137
6.3.2 安全状态和不安全状态 138
6.3.3 单个资源的银行家算法 139
6.3.4 多个资源的银行家算法 139
6.4 死锁预防 140
6.5 活锁与饥饿 142
6.5.1 两阶段加锁 142
6.5.2 通信死锁 143
6.5.3 活锁 144
6.5.4 饥饿 145
6.6 哲学家就餐问题 146
6.7 习题 148
第3篇 存储管理与调度
第7章 存储管理 150
7.1 无存储器抽象 150
7.2 存储器抽象：地址空间 152
7.2.1 地址空间的概念 152
7.2.2 交换技术 153
7.2.3 空闲内存管理 154
7.2.4 驻留集管理 157
7.3 虚拟内存 157
7.3.1 分页 158
7.3.2 页表 160
7.3.3 加速分页过程 162
7.3.4 针对大内存的页表 164
7.4 页面置换算法 167
7.4.1 最优页面置换算法 167
7.4.2 最近未使用（NRU）页面置换算法 168
7.4.3 先进先出（FIFO）页面 置换算法 168
7.4.4 第二次机会页面置换算法 169
7.4.5 时钟页面置换算法 169
7.4.6 最近最少使用（LRU）页面置换算法 169
7.4.7 最不常用页面置换算法 170
7.4.8 工作集页面置换算法 171
7.4.9 工作集时钟（WSClock）页面置换算法 172
7.5 习题 172
第8章 分页与分段设计 175
8.1 分页系统的设计问题 175
8.1.1 局部分配策略与全局分配策略 175
8.1.2 负载控制 177
8.1.3 页面大小 177
8.1.4 分离的指令空间和数据空间 178
8.1.5 共享页面 178
8.1.6 共享库 179
8.1.7 内存映射文件 181
8.1.8 清除策略 181
8.1.9 虚拟内存接口 181
8.2 设计的实现问题 182
8.2.1 与分页有关的工作 182
8.2.2 指令备份 183
8.2.3 后备存储 184
8.3 分段 185
8.3.1 纯分段的实现 188
8.3.2 分段和分页结合：MULTICS 188
8.3.3 分段和分页结合：Intel Pentium 190
8.4 习题 190
第9章 处理器管理 193
9.1 处理器调度的类型 193
9.2 调度算法 195
9.2.1 短程调度准则 195
9.2.2 优先级的使用 196
9.2.3 选择调度策略 197
9.2.4 公平共享调度 201
9.3 多处理器调度 201
9.3.1 粒度 202
9.3.2 设计问题 203
9.3.3 进程调度 204
9.3.4 线程调度 204
9.4 实时调度 207
9.4.1 实时操作系统的特点 208
9.4.2 实时调度方法 210
9.4.3 限期调度 211
9.4.4 速率单调调度 212
9.4.5 优先级反转 212
9.5 习题 213
第4篇 输入/输出和文件管理
第10章 输入/输出管理 216
10.1 I/O硬件原理 216
10.1.1 I/O设备 216
10.1.2 设备控制器 217
10.1.3 内存映射I/O 218
10.1.4 直接存储器存取 221
10.2 I/O软件原理 223
10.2.1 I/O软件的目标 223
10.2.2 程序控制I/O 224
10.2.3 中断驱动I/O 225
10.2.4 使用DMA的I/O 225
10.3 I/O软件层次 226
10.3.1 中断处理程序 226
10.3.2 设备驱动程序 227
10.3.3 与设备无关的I/O软件 229
10.3.4 用户空间的I/O软件 232
10.4 习题 233
第11章 I/O设备管理 235
11.1 盘 235
11.1.1 磁盘 235
11.1.2 光盘 237
11.1.3 固态硬盘 238
11.2 磁盘臂调度算法 240
11.3 磁盘阵列（RAID） 242
11.4 时钟 244
11.4.1 时钟硬件 245
11.4.2 时钟软件 245
11.4.3 软定时器 247
11.5 用户界面：键盘、鼠标和监视器 248
11.5.1 输入软件 248
11.5.2 输出软件 249
11.6 电源管理 253
11.7 习题 256
第12章 文件管理 259
12.1 文件 259
12.1.1 文件命名 260
12.1.2 文件结构 261
12.1.3 文件类型 262
12.1.4 文件存取 263
12.1.5 文件属性 263
12.1.6 文件操作 264
12.2 目录 264
12.2.1 一级目录系统 265
12.2.2 层次目录系统 265
12.2.3 路径名 265
12.2.4 目录操作 266
12.3 文件系统的实现 267
12.3.1 文件系统布局 267
12.3.2 文件的实现 268
12.3.3 目录的实现 270
12.3.4 虚拟文件系统 271
12.4 文件系统管理和优化 272
12.4.1 磁盘空间管理 272
12.4.2 文件系统备份 273
12.4.3 文件系统的一致性 275
12.4.4 文件系统性能 275
12.4.5 磁盘碎片整理 276
12.5 习题 277
第5篇 操作系统进阶
第13章 操作系统安全 281
13.1 安全的概念 281
13.2 威胁、攻击与资产 282
13.2.1 威胁与资产 282
13.2.2 入侵者 284
13.2.3 数据意外遗失 285
13.3 恶意软件 285
13.3.1 特洛伊木马 286
13.3.2 病毒 287
13.3.3 蠕虫 288
13.3.4 僵尸 289
13.3.5 移动代码 290
13.3.6 间谍软件 290
13.3.7 Rootkit 291
13.4 内部与外部攻击 292
13.4.1 后门陷阱 292
13.4.2 逻辑炸弹 292
13.4.3 登录欺骗 293
13.4.4 利用代码漏洞 293
13.5 身份验证与访问控制 294
13.5.1 基于密码的身份验证 294
13.5.2 基于令牌的身份验证 295
13.5.3 生物特征识别认证 296
13.5.4 访问控制 297
13.6 入侵检测 298
13.6.1 基于主机的入侵检测技术 298
13.6.2 审计记录 299
13.7 防御 299
13.7.1 防火墙 299
13.7.2 反病毒技术 300
13.7.3 蠕虫对策 302
13.8 习题 302
第14章 多媒体操作系统 306
14.1 多媒体概述 306
14.2 多媒体文件 308
14.2.1 视频编码 309
14.2.2 音频编码 310
14.3 视频压缩 311
14.3.1 JPEG标准 311
14.3.2 MPEG标准 311
14.4 音频压缩 313
14.5 多媒体进程调度 313
14.5.1 调度同质进程 313
14.5.2 一般实时调度 314
14.5.3 速率单调调度 315
14.5.4 最早最终时限优先调度 316
14.6 多媒体文件系统 317
14.6.1 VCR控制功能 318
14.6.2 近似视频点播 319
14.7 文件存放 320
14.7.1 在单个磁盘上存放文件 321
14.7.2 两个替代的文件组织策略 321
14.7.3 近似视频点播的文件存放 323
14.7.4 在单个磁盘上存放多个文件 323
14.7.5 在多个磁盘上存放文件 324
14.8 高速缓存 326
14.8.1 块高速缓存 326
14.8.2 文件高速缓存 328
14.9 多媒体磁盘调度 328
14.9.1 静态磁盘调度 328
14.9.2 动态磁盘调度 328
14.10 习题 329
第15章 嵌入式操作系统 333
15.1 嵌入式系统 333
15.2 eCos 336
15.2.1 可配置性 336
15.2.2 eCos组件 337
15.2.3 eCos调度程序 338
15.2.4 eCos线程同步 340
15.3 TinyOS 341
15.3.1 无线传感器网络 342
15.3.2 TinyOS的目标 342
15.3.3 TinyOS的组件 343
15.3.4 TinyOS的调度程序 344
15.3.5 TinyOS的资源接口 344
15.4 习题 345
第16章 分布式处理、客户/服务器 和集群系统 346
16.1 客户/服务器计算模型 346
16.1.1 客户/服务器的概念 346
16.1.2 客户/服务器的应用 347
16.1.3 中间件 352
16.2 面向服务的体系结构 353
16.3 分布式消息传递 355
16.4 远程过程调用 357
16.5 集群 359
16.5.1 集群的配置 360
16.5.2 操作系统的设计问题 361
16.5.3 集群计算机的体系结构 362
16.5.4 Windows集群服务器 364
16.5.5 Beowulf和Linux集群 365
16.6 习题 366
附录 部分习题参考答案 370
参考文献 372