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第一部分 背景知识2

第1章 引 论2

1.1 操作系统的概念2

1.1.1 计算机系统2

1.1.2 操作系统简介4

1.1.3 操作系统的目标5

1.2 操作系统的形成与发展6

1.2.1 操作系统的形成6

1.2.2 操作系统的进一步发展13

1.2.3 推动操作系统发展的主要动力19

1.3 研究操作系统的几种观点20

1.3.1 软件的观点20

1.3.2 计算机系统资源管理的观点20

1.3.3 进程的观点21

1.3.4 用户与计算机硬件系统之间接口的观点21

1.3.5 虚机器的观点22

1.3.6 服务提供者的观点22

1.4 操作系统的功能与特征23

1.4.1 操作系统的功能23

1.4.2 操作系统的特征27

1.5 操作系统结构设计29

1.5.1 传统的操作系统结构29

1.5.2 现代的操作系统结构31

习题32

第2章 操作系统的硬件环境34

2.1 中央处理机34

2.1.1 处理机的构成与基本工作方式34

2.1.2 处理机的状态35

2.2 存储系统37

2.2.1 存储器的类型37

2.2.2 存储器的层次结构37

2.2.3 存储分块和存储保护38

2.3 缓冲技术与中断技术39

2.3.1 缓冲技术39

2.3.2 中断技术40

2.3.3 时钟47

习题48

第二部分 进程50

第3章 进程与进程管理50

3.1 进程的引入50

3.1.1 前驱图的定义50

3.1.2 程序顺序执行51

3.1.3 程序并发执行51

3.1.4 多道程序设计53

3.2 进程54

3.2.1 进程的概念54

3.2.2 进程的基本状态及其转换55

3.2.3 进程控制块58

3.2.4 进程控制60

3.3 进程调度65

3.3.1 调度的基本概念65

3.3.2 进程调度算法66

3.3.3 进程调度的时机和过程70

3.4 线程的基本概念72

3.4.1 线程的引入72

3.4.2 线程的定义和属性73

3.4.3 线程与进程的比较74

3.4.4 线程的实现机制75

3.5 Linux的进程与进程管理76

3.5.1 Linux的进程结构与进程控制76

3.5.2 Linux的核心进程调度77

习题83

第4章 进程同步与通信84

4.1 进程间的相互作用84

4.1.1 进程间的联系84

4.1.2 利用软件方法解决进程互斥问题87

4.1.3 利用硬件方法解决进程互斥问题89

4.1.4 信号量机制91

4.1.5 经典进程同步问题95

4.1.6 管程机制106

4.2 进程通信113

4.2.1 进程通信的类型114

4.2.2 直接通信和间接通信115

4.2.3 消息缓冲队列通信机制116

4.3 死锁118

4.3.1 产生死锁的原因和必要条件118

4.3.2 预防死锁122

4.3.3 避免死锁123

4.3.4 检测死锁127

4.3.5 解除死锁128

4.4 Linux进程间通信129

4.4.1 Linux进程通信的基本概念129

4.4.2 Linux消息队列132

4.4.3 Linux的信号量135

4.4.4 共享内存138

4.4.5 Linux系统调用与进程通信139

4.4.6 进程通信信号139

习题141

第三部分 存储管理144

第5章 存储器管理144

5.1 概述144

5.1.1 存储体系144

5.1.2 存储管理的目的144

5.1.3 存储管理的任务145

5.1.4 程序的连接和装入146

5.1.5 存储管理方式的分类148

5.2 连续存储管理方式149

5.2.1 单一连续分配149

5.2.2 分区分配149

5.3 覆盖技术与交换技术154

5.3.1 覆盖技术154

5.3.2 交换技术155

5.4 分页存储管理方式156

5.4.1 基本思想（工作原理）156

5.4.2 动态地址变换157

5.4.3 快表158

5.4.4 两级和多级页表159

5.4.5 分配与回收160

5.5 分段存储管理方式161

5.5.1 基本思想（工作原理）161

5.5.2 动态地址变换162

5.5.3 存储保护163

5.5.4 分页和分段的主要区别163

5.6 段页式存储管理方式164

5.6.1 基本思想（工作原理）164

5.6.2 地址变换164

习题165

第6章 虚拟存储器管理166

6.1 概述166

6.1.1 局部性原理166

6.1.2 虚拟存储器定义167

6.2 分页虚拟存储管理167

6.2.1 基本原理167

6.2.2 缺页中断机构168

6.2.3 地址变换机构168

6.2.4 页面置换算法169

6.2.5 内存分配策略和分配算法171

6.2.6 调页策略172

6.2.7 抖动问题173

6.3 分段虚拟存储管理176

6.3.1 基本原理176

6.3.2 缺段中断机构176

6.3.3 段的动态连接177

6.3.4 段的共享177

6.4 Linux的内存管理178

6.4.1 Linux存储管理的重要数据结构178

6.4.2 页表的管理180

6.4.3 页面分配和回收181

6.4.4 页面换入182

6.4.5 换出与丢弃页面182

6.4.6 页面错误的处理183

6.4.7 页面Cache184

6.4.8 Linux的swapCache185

6.4.9 内核Cache的管理186

习题188

第四部分 文件和输入／输出管理190

第7章 用户接口管理190

7.1 概述190

7.1.1 命令接口190

7.1.2 程序接口191

7.1.3 图形接口191

7.2 命令接口191

7.2.1 联机命令接口192

7.2.2 脱机命令接口194

7.3 系统调用194

7.3.1 系统调用的概念194

7.3.2 系统调用的处理过程196

习题197

第8章 文件管理198

8.1 概述198

8.1.1 文件和文件系统198

8.1.2 文件的分类199

8.2 文件的结构和存取方式200

8.2.1 文件的存取方式200

8.2.2 文件的逻辑结构201

8.2.3 存储介质203

8.2.4 文件的物理结构205

8.3 文件目录214

8.3.1 文件控制块214

8.3.2 文件目录结构214

8.3.3 目录的查找和目录的改进216

8.4 文件系统的实现218

8.4.1 打开文件表218

8.4.2 外存空间管理219

8.5 文件的使用222

8.5.1 主要操作222

8.5.2 文件共享224

8.6 文件系统的安全性和数据一致性227

8.6.1 防止人为因素造成的文件不安全性228

8.6.2 防止系统因素或自然因素造成的文件不安全性230

8.6.3 文件系统的数据一致性234

8.7 磁盘调度236

8.7.1 磁盘I/O时间236

8.7.2 磁盘的移臂调度237

8.7.3 磁盘的优化分布238

8.8 Linux的文件系统239

8.8.1 Linux文件系统的结构239

8.8.2 Linux文件类型240

8.8.3 Linux文件系统的目录241

8.8.4 Linux文件的查找241

8.8.5 Linux文件的操作242

8.8.6 Linux文件的共享245

8.8.7 Linux文件目录操作246

8.8.8 Linux文件的一致性处理246

8.8.9 Linux EXT2文件系统247

8.8.10 EXT2位示图和I结点图248

8.8.11 Linux高速缓存250

习题251

第9章 设备管理253

9.1 概述253

9.1.1 设备的分类253

9.1.2 设备管理的目标和功能254

9.2 I/O硬件特点255

9.2.1 设备组成255

9.2.2 设备接口255

9.2.3 设备控制器256

9.2.4 通道256

9.2.5 I/O控制方式259

9.2.6 缓冲技术261

9.3 I/O软件的组成264

9.3.1 I/O软件的目标264

9.3.2 中断处理程序265

9.3.3 设备驱动程序266

9.3.4 独立于设备的软件267

9.3.5 用户空间的I/O软件269

9.4 设备分配270

9.4.1 设备分配中的数据结构270

9.4.2 设备独立性271

9.4.3 设备分配272

9.5 虚拟设备274

9.5.1 Spooling技术274

9.5.2 共享打印机275

9.5.3 Spooling系统的优缺点275

9.6 Linux I/O设备管理276

9.6.1 Linux中的设备文件276

9.6.2 Linux的设备驱动程序276

9.6.3 Linux的中断处理282

习题283

第五部分 网络与分布式系统286

第1 0章 网络服务器与分布式系统286

10.1 分布式系统概述286

10.1.1 分布式系统的概念286

10.1.2 通信结构287

10.1.3 开放式系统互连通信结构290

10.2 网络服务器295

10.2.1 服务器的结构295

10.2.2 磁盘和文件服务器296

10.2.3 文件高速缓冲存储器的一致性问题297

10.2.4 打印机服务器298

10.2.5 调制解调器服务器298

10.3 分布式进程管理298

10.3.1 分布式进程的状态及其转换299

10.3.2 处理机管理299

10.4 进程迁移301

10.4.1 进程迁移机制301

10.4.2 迁移处理302

10.5 分布式进程通信303

10.5.1 信息传送机制304

10.5.2 远程过程调用304

10.5.3 确定分布式系统的全局状态306

10.6 分布式进程同步与互斥310

10.6.1 事件定序法310

10.6.2 分布式互斥312

10.6.3 分布式算法313

10.7 分布式进程死锁问题316

10.7.1 资源分配中的死锁316

10.7.2 消息通信中的死锁318

习题320

参考文献322