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目录1

第1章　概述1

1.1　操作系统的作用1

1.1.1 弥补硬件和应用间的差距1

1.1.2　操作系统的三种视图4

1.2　操作系统的组织结构8

1.2.1　结构化组织9

1.2.2　硬件接口9

1.2.3　编程接口11

1.2.4　用户接口13

1.2.5　运行时组织结构19

1.3　操作系统的发展和概念20

1.3.1　早期的系统20

1.3.2　批处理操作系统21

1.3.3　多道程序设计系统22

1.3.4　交互式操作系统24

1.3.5　个人计算机和工作站操作系统25

1.3.7　分布式操作系统26

1.3.6　实时操作系统26

第2章　基本概念：进程及其交互29

2.1　进程的概念29

第1部分　进程管理和同步29

2.2　进程定义及实例化30

2.2.1　进程间的次序关系31

2.2.2　进程的隐式创建33

2.2.3　用fork和join显式地创建进程36

2.2.4　进程声明与类集39

2.3.1　竞争：临界区问题40

2.3　基本的进程交互40

2.3.2　协作46

2.4　信号量47

2.4.1　信号量操作与数据47

2.4.2　使用信号量实现互斥48

2.4.3　生产者／消费者情形中的信号量50

2.5　事件同步51

3.1　共享内存的方法57

第3章　高级同步与通信57

3.1.1　管程58

3.1.2　受保护类型62

3.2　分布式同步与通信64

3.2.1　基于消息的通信64

3.2.2　基于过程的通信69

3.2.3　分布式互斥72

3.3　其他经典同步问题74

3.3.1　读者／写者问题74

3.3.2　哲学家进餐问题76

3.3.3　电梯（调度）算法78

3.3.4　使用逻辑时钟对事件排序80

第4章　操作系统内核：进程和线程的实现88

4.1 内核定义与目标88

4.2　队列结构90

4.2.1　操作系统中的资源队列90

4.2.2　队列的实现91

4.3　线程93

4.4.1　进程和线程描述符95

4.4　进程与线程的实现95

4.4.2　进程操作的实现100

4.4.3　线程的操作103

4.5　同步与通信机制的实现103

4.5.1　信号量和锁104

4.5.2　管程原语107

4.5.3　时钟和时间管理109

4.5.4　通信原语114

4.6　中断处理117

第5章　进程和线程调度124

5.1　调度器的组织方式124

5.1.1　嵌入的和自治的调度器124

5.1.2　优先级调度126

5.2　调度方法127

5.2.1　调度框架127

5.2.2　常用调度算法130

5.2.3　方法对比135

5.3　优先级倒置142

5.4　多处理器和分布式调度144

第6章　死锁150

6.1 可重用资源、可消耗资源上的死锁150

6.1.1　可重用资源和可消耗资源151

6.1.2　计算机系统中的死锁151

6.2　处理死锁问题的方法153

6.3　一个系统模型154

6.3.1 资源图154

6.3.2　状态转换155

6.3.3　死锁状态和安全状态156

6.4　死锁检测158

6.4.1　资源图的简化158

6.4.2　死锁检测的特殊情况159

6.4.3　分布式系统中的死锁检测160

6.5　死锁恢复163

6.5.1　进程终止163

6.6.1　需求图164

6.6　动态死锁避免164

6.5.2　资源抢占164

6.6.2　银行家算法165

6.7　死锁预防167

6.7.1　破坏互斥使用条件168

6.7.2　破坏占有并等待条件168

6.7.3　破坏循环等待条件169

7.1.1　程序转换174

7.1　使程序准备执行174

第7章　物理内存174

第2部分　内存管理174

7.1.2　逻辑地址到物理地址的绑定175

7.2　内存划分模式179

7.2.1 固定分区179

7.2.2　可变分区180

7.2.3　伙伴系统183

7.3　可变分区的分配策略185

内存利用率的衡量186

7.4.1 内存紧凑188

7.4　内存不足时的管理188

7.4.2　交换189

7.4.3　覆盖191

第8章　虚拟存储196

8.1　虚拟存储的原理196

8.2　虚拟存储的实现198

8.2.1　分页机制198

8.2.2　分段机制203

8.2.3　段页机制205

8.2.4　系统表的分页206

8.2.5　变换索引缓冲区208

8.3　分页系统的存储分配209

8.3.1　全局页面置换算法211

8.3.2　局部页面置换算法217

8.3.3　装载控制和抖动222

8.3.4　分页的评价225

9.1　单一副本的共享233

9.1.1　共享的原因233

第9章　主存中数据和代码的共享233

9.1.2　共享的需求234

9.1.3　链接与共享236

9.2　无虚拟存储的系统中的共享236

9.3　分页系统中的共享238

9.3.1　数据的共享238

9.3.2　代码的共享239

9.4.1　代码和数据的共享241

9.4　分段系统中的共享241

9.4.2　无限制的动态链接242

9.5　分布式共享存储的原理244

分布式共享存储的用户视图245

9.6　分布式共享存储的实现247

9.6.1　实现非结构化的分布式共享存储247

9.6.2　实现结构化的分布式共享存储252

第3部分　文件系统和输入／输出258

第10章　文件系统258

10.1　文件管理的基本功能258

10.2　文件系统的层次模型259

10.3　文件的用户视图261

10.3.1　文件名和类型262

10.3.2　逻辑文件的组织结构263

10.3.3　其他的文件属性266

10.3.4　文件操作266

10.4　文件目录267

10.4.1 目录的层次组织结构268

10.4.2　目录操作273

10.4.3　文件目录的实现276

10.5　基本文件系统279

10.5.1　文件描述符279

10.5.2　打开和关闭文件280

10.6　设备的组织方法283

10.6.1 连续组织283

10.6.2　链接组织284

10.6.3　索引组织285

10.6.4　空闲存储空间的管理286

10.7.1 目录结构和共享288

10.7　分布式文件系统的基本原理288

10.7.2　文件共享的语义291

10.8　实现分布式文件系统292

10.8.1　基本结构292

10.8.2　高速缓存293

10.8.3　无状态的服务器与有状态的服务器294

10.8.4　文件复制295

第11章　输入／输出系统303

11.1　设备管理中的基本问题303

11.2　输入／输出系统的一种层次模型305

输入／输出系统接口306

11.3　输入／输出设备308

11.3.1 用户终端308

11.3.2　打印机和扫描仪310

11.3.3　辅存311

11.3.4　盘的性能特性314

11.3.5　网络316

11.4　设备驱动程序317

11.4.1 内存映像与明确的设备接口318

11.4.2　使用轮询的可编程输入／输出319

11.4.3　使用中断的可编程输入／输出322

11.4.4　直接内存访问325

11.5　设备管理327

11.5.1　缓冲和高速缓存327

11.5.2　错误处理333

11.5.3　磁盘调度337

11.5.4　设备共享339

第4部分　保护和安全345

第12章　保护和安全接口345

12.1　安全威胁345

12.1.1　危害种类346

12.1.2　易损坏的资源347

12.1.3　攻击类型347

12.2.1　外部安全措施354

12.2.2　用户标识鉴别354

12.2　保护系统应有的功能354

12.2.3　通信安全措施355

12.2.4　威胁监视356

12.3　用户鉴别356

12.3.1　鉴别方法356

12.3.2 口令357

12.4　安全通信361

12.4.1 加密原理361

12.4.2　密钥加密362

12.4.3　公钥加密系统366

第13章　内部保护机制374

13.1　访问控制环境374

13.2　指令级访问控制375

13.2.1 寄存器和输入／输出保护375

13.2.2　主存保护376

13.3　高层访问控制381

13.3.1　访问矩阵模型381

13.3.2　访问列表和权能列表382

13.3.3　一个综合实例：客户端／服务器保护389

13.3.4　组合使用访问列表和权能列表391

13.4.1　禁闭问题392

13.4　信息流控制392

13.4.2　层次化的信息流394

13.4.3　选择性禁闭问题395

第5部分　程序设计项目402

Ⅰ　进程／线程的同步402

1　项目概述402

2　创建竞争条件402

3　临界区问题的解决方法403

3.1　使用互斥锁的解决方法403

3.2　软件解决方法404

4　实现一般信号量404

4.1　使用互斥锁和条件变量的解决方法404

4.2　软件解决方法404

6　具体任务总结405

7　附加任务的建议405

5　有界缓冲区405

Ⅱ　进程和资源管理407

1 项目概述407

2　进程和资源的基本管理器407

2.1　进程状态407

2.2　进程的表示408

2.3　资源的表示408

2.4　对进程和资源的操作409

2.5　调度函数410

2.6　演示shell程序411

3　扩充的进程和资源管理器412

3.1 超时中断412

3.2　输入／输出处理413

3.3　扩充的shell414

4　具体任务总结414

5　附加任务的建议414

2　内存管理器416

2.1 内存416

Ⅲ　内存管理416

1　项目概述416

2.2　用户接口417

3　模拟试验417

3.1　产生请求的大小418

4　具体任务总结419

5　附加任务的建议419

3.3　选择要释放的内存块419

3.2 收集有关性能的数据419

Ⅳ　页面置换算法420

1　项目概述420

2　全局页面置换算法420

3　局部页面置换算法421

4　产生引用串422

5　性能评价423

6　具体任务总结423

7　附加任务的建议424

2　输入／输出系统425

1 项目概述425

Ⅴ　文件系统425

3　文件系统426

3.1　用户和文件系统之间的接口426

3.2　文件系统的组织结构426

3.3　目录427

3.4　创建和删除文件427

3.5　打开和关闭文件428

3.6　在文件中读、写和搜索428

5　具体任务总结429

4　演示shell程序429

3.7　列出目录429

6　附加任务的建议430

Ⅵ　其他编程项目431

1　定时器工具431

2　进程调度431

3　银行家算法432

4　磁盘调度算法432

5　稳定存储432

术语表434