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第一篇 概论3

第1章 操作系统运行的硬件基础3

1.1中央处理器3

1.1.1寄存器4

1.1.2特权指令5

1.1.3处理器状态5

1.2中断技术7

1.2.1中断分类8

1.2.2中断向量10

1.2.3中断响应与处理11

1.2.4多重中断14

1.3系统调用15

1.3.1系统调用概念15

1.3.2系统调用处理过程16

1.3.3系统调用表17

1.4存储器17

1.4.1存储器的层次18

1.4.2主存储器与MMU18

1.4.3高速缓存19

1.4.4磁盘存储器21

1.5 I/O端口寻址与访问控制方式21

1.5.1 I/O端口寻址22

1.5.2接口访问控制22

1.6习题23

第2章 操作系统概述24

2.1操作系统的目标和作用24

2.1.1操作系统的目标24

2.1.2操作系统的作用25

2.2操作系统的发展27

2.2.1推动操作系统发展的主要动力27

2.2.2手工操作时代27

2.2.3脱机输入/输出系统27

2.2.4单道批处理系统28

2.2.5多道批处理系统29

2.2.6分时系统31

2.2.7实时系统31

2.2.8操作系统的进一步发展33

2.2.9现代操作系统的特征34

2.3操作系统的主要功能36

2.3.1处理器管理36

2.3.2存储器管理36

2.3.3设备管理37

2.3.4文件管理38

2.3.5接口管理38

2.4操作系统的结构39

2.4.1传统操作系统结构40

2.4.2微内核操作系统结构41

2.5习题43

第二篇 处理器管理47

第3章 进程的描述与控制47

3.1程序的执行47

3.1.1程序的顺序执行47

3.1.2程序的并发执行48

3.2进程的概念与特征50

3.2.1进程的引入50

3.2.2进程的概念50

3.2.3进程的特征51

3.3进程的基本状态及其转换52

3.3.1进程的三态模型52

3.3.2进程的五态模型53

3.3.3进程的挂起54

3.4进程控制块PCB56

3.4.1 PCB的信息组成56

3.4.2 PCB的组织58

3.5进程映像59

3.5.1进程映像的组成59

3.5.2进程上下文60

3.6进程控制61

3.6.1原语61

3.6.2模式切换61

3.6.3进程切换62

3.6.4进程的创建63

3.6.5进程的终止65

3.6.6进程的阻塞与唤醒66

3.6.7进程的挂起与激活67

3.7线程67

3.7.1线程的概念67

3.7.2线程的引入68

3.7.3进程和线程的比较68

3.7.4线程的描述与控制69

3.7.5多线程72

3.7.6线程的实现73

3.8习题75

第4章 进程的同步与通信77

4.1进程之间的制约关系77

4.1.1进程之间的协作关系77

4.1.2进程之间的竞争关系78

4.1.3临界资源与临界区78

4.2进程同步80

4.2.1同步规则80

4.2.2互斥的软件解决方法80

4.2.3互斥的硬件解决方法83

4.3信号量85

4.3.1二元信号量86

4.3.2一般信号量87

4.3.3信号量的实现88

4.4经典进程同步问题的信号量解决方案89

4.4.1生产者-消费者问题89

4.4.2读-写问题91

4.4.3哲学家就餐问题93

4.5管程94

4.5.1条件变量94

4.5.2管程结构95

4.5.3管程在进程同步中的应用96

4.6进程通信98

4.6.1共享存储器通信98

4.6.2管道通信99

4.6.3消息传递通信99

4.7线程同步102

4.7.1互斥锁102

4.7.2条件变量102

4.7.3信号量103

4.8习题103

第5章 调度与死锁105

5.1作业管理105

5.1.1基本概念105

5.1.2作业与进程的关系106

5.2处理器调度的层次107

5.2.1高级调度107

5.2.2中级调度108

5.2.3低级调度109

5.3单处理器调度算法112

5.3.1调度准则112

5.3.2常用的调度算法113

5.4实时调度121

5.4.1实时调度的条件122

5.4.2实时调度策略122

5.4.3常用的实时调度算法124

5.5多处理器调度127

5.5.1多处理器系统的分类127

5.5.2对称式多处理器系统中的处理器分配128

5.5.3多处理器中的线程调度算法128

5.6死锁129

5.6.1死锁产生的原因130

5.6.2死锁产生的必要条件132

5.6.3死锁的预防132

5.6.4死锁的避免133

5.6.5死锁的检测与解除138

5.7习题141

第三篇 存储器管理145

第6章 实存管理145

6.1存储器的基本概念145

6.1.1存储器的层次145

6.1.2存储管理的目的和功能145

6.1.3存储分配方式146

6.2单一连续分区存储管理146

6.3固定分区存储管理147

6.4可变分区存储管理148

6.4.1可变分区存储管理的思想和实现148

6.4.2记录主存分区的方法149

6.4.3分配算法150

6.4.4动态重定位的可变分区管理153

6.5多重分区管理156

6.6交换技术157

6.7基本分页的存储管理157

6.7.1分页存储管理的基本思想157

6.7.2分页系统中的地址转换158

6.7.3分页存储管理中的数据结构161

6.7.4页的共享161

6.7.5两级页表162

6.8基本分段存储管理163

6.8.1分段存储管理的基本概念164

6.8.2基本分段管理中的地址转换164

6.8.3段的动态链接165

6.8.4分段存储管理的优缺点165

6.9段页式存储管理166

6.9.1段式存储管理技术的基本要点166

6.9.2段页式系统的地址转换167

6.9.3段页式存储管理的优缺点169

6.10存储管理中的存储保护169

6.11习题170

第7章 虚拟存储器系统172

7.1虚拟存储的思想172

7.2虚拟存储器概述173

7.3请求分页的存储器管理174

7.3.1请求分页的硬件机制174

7.3.2请求分页的地址转换175

7.3.3主存分配策略175

7.3.4页面置换算法177

7.4请求分段的存储器管理180

7.4.1请求分段的硬件机制180

7.4.2请求分段的地址转换181

7.5请求段页式存储管理181

7.6习题182

第四篇 设备与文件管理187

第8章 设备管理187

8.1 I/O系统概述187

8.1.1 I/O系统的结构187

8.1.2 I/O设备的分类188

8.1.3设备管理的功能190

8.1.4设备控制器190

8.1.5 I/O通道193

8.2 I/O控制方式195

8.2.1程序查询I/O方式195

8.2.2中断I/O方式196

8.2.3 DMA方式196

8.2.4通道方式198

8.3 I/O缓冲管理198

8.3.1缓冲区的引入198

8.3.2单缓冲199

8.3.3双缓冲199

8.3.4循环缓冲200

8.3.5缓冲池202

8.4 I/O系统软件203

8.4.1 I/O软件的设计目标与层次模型203

8.4.2中断处理程序205

8.4.3设备驱动程序207

8.4.4设备独立性软件209

8.4.5用户层I/O软件211

8.5设备分配211

8.5.1设备分配中的数据结构211

8.5.2设备分配应考虑的因素212

8.5.3 SPOOLing技术214

8.6磁盘管理215

8.6.1磁盘的结构和性能215

8.6.2磁盘调度算法217

8.6.3提高磁盘I/O速度的方法219

8.6.4廉价冗余磁盘阵列RAID221

8.7习题223

第9章 文件管理224

9.1概述224

9.1.1文件224

9.1.2文件系统225

9.1.3文件操作227

9.2文件的组织和存取228

9.2.1文件的逻辑结构228

9.2.2有结构文件的类型229

9.2.3其他形式的文件逻辑结构231

9.2.4文件的存取方法231

9.3文件的物理结构232

9.3.1连续文件232

9.3.2链接文件233

9.3.3索引文件234

9.3.4多重索引文件234

9.3.5混合索引文件234

9.4目录管理236

9.4.1目录的内容236

9.4.2文件控制块和索引节点236

9.4.3目录结构238

9.4.4目录检索算法240

9.5文件存储空间管理242

9.5.1磁盘空闲空间的分配策略242

9.5.2空闲空间管理245

9.6文件的共享248

9.6.1基于索引节点的文件共享248

9.6.2基于符号链的文件共享249

9.7磁盘容错技术249

9.7.1第一级容错技术SFT-Ⅰ250

9.7.2第二级容错技术SFT-Ⅱ250

9.8习题251

第五篇 案例介绍257

第10章 UNIX操作系统257

10.1 UNIX的发展历史257

10.2 UNIX的内核结构258

10.3 UNIX的进程管理259

10.3.1 UNIX进程描述259

10.3.2进程状态及其转换262

10.3.3进程调度263

10.3.4 UNIX进程的同步与通信264

10.4 UNIX的存储器管理266

10.4.1对换266

10.4.2请求调页267

10.5 UNIX设备管理269

10.5.1字符设备缓冲区管理269

10.5.2块设备缓冲区管理270

10.5.3内核与驱动程序的接口272

10.5.4磁盘驱动程序273

10.5.5磁盘读、写程序273

10.6 UNIX的文件管理275

10.6.1文件管理概述275

10.6.2索引节点和目录文件276

10.6.3文件的物理结构277

10.6.4磁盘存储空间管理278

10.7习题279

第11章 Windows操作系统280

11.1 Windows的发展历史280

11.2 Windows的对象管理281

11.3 Windows的进程/线程管理282

11.3.1进程对象282

11.3.2线程对象284

11.3.3进程与线程的状态及其转换284

11.3.4调度算法286

11.3.5同步与通信288

11.4 Windows的存储器管理290

11.4.1地址空间布局290

11.4.2主存空间分配290

11.4.3虚拟地址变换292

11.5 Windows的设备管理295

11.5.1 Windows设备管理的特点295

11.5.2系统结构和组件295

11.5.3数据结构296

11.5.4设备驱动程序298

11.5.5 I/O类型299

11.6 Windows的文件管理299

11.6.1概述299

11.6.2文件系统模型302

11.7习题303

参考文献304