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第一章 操作系统概论1

1.1 操作系统是什么与为什么1

1.1.1 引言：你所用过的操作系统1

1.1.2 操作系统是什么与做什么3

1.1.3 操作系统的规模、数量与重要性6

1.2 操作系统如何工作7

1.2.1 操作系统的第一个工作：负责所有程序的启动和结束7

1.2.2 操作系统的第二个工作：用户程序中对操作系统的调用——系统调用和中断14

1.2.3 操作系统的第三个工作：为常用基本操作提供现成实用程序24

1.2.4 操作系统的第四个工作：解决效率和安全问题——并发技术等25

1.3 从各种角度看操作系统30

1.3.1 操作系统的结构30

1.3.2 操作系统的接口33

1.3.3 操作系统的工作过程33

1.3.4 操作系统的特点33

1.3.5 操作系统的类型34

1.3.6 操作系统的各种别名、比方和观点35

1.4 操作系统发展简史36

1.5 目前常用操作系统简介：Windows、UNIX、Linux等39

习题一45

第二章 处理机管理46

2.1 处理机管理概述46

2.1.1 处理机硬件使用特性46

2.1.2 用户对处理机的使用要求和操作系统处理机管理功能的工作任务46

2.2 进程模型48

2.2.1 进程三态转换分析49

2.2.2 进程模型实现机制51

2.2.3 专题：可抢先、不可抢先、完全可抢先53

2.2.4 专题：进程调度算法55

2.3 进程模型实例分析（1）：UNIX进程模型56

2.3.1 UNIX关于建立进程和终止进程的用户界面57

2.3.2 UNIX进程层次和初启过程58

2.3.3 UNIX进程模型的基本结构和工作过程60

2.3.4 例析：Shell和fork的内部工作过程62

2.4 进程模型实例分析（2）：Linux进程模型63

2.4.1 Linux进程模型功能特点、用户界面和实现机制总瞰63

2.4.2 Linux初始过程和进程层次65

2.4.3 Linux进程表和任务结构66

2.4.4 Linux进程状态68

2.4.5 Linux中断处理机制70

2.4.6 Linux进程调度算法70

2.5 线程模型简介73

习题二76

3.1 内存管理概述77

3.1.1 内存概念、作用、性能指标和计算机存储层次77

第三章 内存管理77

3.1.2 内存硬件接口使用特性：微观角度（指令级）和宏观角度（程序级）79

3.1.3 用户（程序）对内存的使用要求84

3.1.4 内存管理的功能和任务86

3.2 连续模式90

3.2.1 无管理模式、覆盖技术和动态装入技术90

3.2.2 单一分区模式和交换技术92

3.2.3 固定分区模式和多道技术95

3.2.4 可变分区模式和动态存储分配技术97

3.3 不连续模式之一：页模式100

3.3.1 实存页模式的基本工作过程与结构101

3.3.2 虚存页模式的基本工作过程与结构104

3.3.3 页式实现专题讨论（1）：虚存概念和作用105

3.3.4 页式实现专题讨论（2）：进程页表的实现——快表、页表页和页目录106

3.3.5 页式实现专题讨论（3）：大而稀疏内存使用111

3.3.6 页式实现专题讨论（4）：页分配策略——请求调页、预先调页和写时复制112

3.3.7 页式实现专题讨论（5）：页长和页簇化114

3.3.8 页式实现专题讨论（6）：页淘汰策略、工作集理论和颠簸115

3.3.9 页式实现专题讨论（7）：盘交换区管理117

3.3.10 页模式评价、实际系统采用情况和本节小结118

3.4 不连续模式之二／三：段模式和段页式119

3.4.1 段模式119

3.4.2 段页式125

3.5 内存管理实例分析127

3.5.1 Windows内存管理127

3.5.2 Linux内存管理139

3.6 本章总结141

3.6.1 内存管理概念总结模型：四空间模型141

3.6.2 各模式比较143

习题三145

第四章 外存管理和文件系统147

4.1 外存管理和文件系统概述148

4.1.1 外存硬件接口特性148

4.1.2 用户对外存的使用要求155

4.1.3 从文件定义看文件系统的界面高度和工作任务156

4.2 文件系统用户界面161

4.2.1 文件级界面：文件属性和文件操作161

4.2.2 目录级界面：目录（树）和链接162

4.2.3 文件子系统级用户界面166

4.3 文件的实现172

4.3.1 连续分配背景下的讨论173

4.3.2 不连续分配背景下的讨论178

4.3.3 各种分配策略的总结比较和综合采用182

4.4 目录的实现184

4.4.1 目录树结构的实现：目录文件方法185

4.4.2 硬链接的实现：设备目录与文件目录的分离187

4.4.3 符号链接的实现190

4.5 文件子系统的实现192

4.6 文件系统性能改善机制195

4.6.1 物理地址与存取单位的优化196

4.6.2 文件打开与关闭技术197

4.6.3 文件共享197

4.6.4 内存缓冲区和缓冲池199

4.6.5 磁臂调度技术201

4.7 文件系统实例分析204

4.7.1 UNIX文件系统204

4.7.2 Linux文件系统205

4.7.3 Windows文件系统208

4.8 本章总结和有关文件系统模型214

习题四215

第五章 设备管理217

5.1 设备管理概述217

5.1.1 计算机外部设备的定义与分类217

5.1.2 设备硬件接口特性220

5.1.3 用户对设备的使用要求228

5.1.4 操作系统设备管理功能的任务230

5.2 UNIX设备管理实例分析231

5.3 设备管理界面和原理通述239

5.3.1 操作系统设备管理用户界面通述239

5.3.2 操作系统设备管理内部结构与过程通述240

5.3.3 速度匹配专题讨论（1）：设备完成技术、同步和异步I/O245

5.3.4 速度匹配专题讨论（2）：缓冲技术248

5.3.5 设备分配与共享技术专题讨论：独占、共享和虚拟设备249

5.3.6 速度匹配专题讨论（3）：联机、脱机和假脱机技术252

5.3.7 非编程I/O技术专题讨论：DMA、通道等252

5.3.8 设备驱动程序257

习题五259

第六章 进程通信260

6.1 进程通信概述260

6.2 进程互斥和同步机制261

6.2.1 基本的硬件机制261

6.2.2 软件的忙等互斥方案263

6.2.3 软件非忙等互斥方案：信号量及其变种266

6.2.4 由程序设计语言支持的程序互斥机制：管程267

6.2.5 其他方案及其等价性267

6.3 进程通信机制268

6.4 死锁和饥饿269

6.5 进程通信实例分析270

6.5.1 UNIX进程通信270

6.5.2 Linux进程通信276

6.5.3 Windows XP/2000/NT进程通信278

习题六281

第七章 进一步的学习内容283

7.1 操作系统性能评价283

7.2 操作系统结构设计286

7.3 现代操作系统的两极分化288

7.4 分布式系统概述289

7.5 并行操作系统290

7.6 网络操作系统292

7.7 分布式操作系统292

7.8 机群与网格操作系统296

7.9 嵌入式操作系统297

习题七298

参考文献299