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第1章 操作系统引论1

1.1 操作系统的定义和作用1

1.1.1 操作系统的定义1

1.1.2 操作系统的作用2

1.2 操作系统的发展过程3

1.2.1 无操作系统的计算机系统3

1.2.2 单道批处理系统4

1.2.3 多道批处理系统4

1.2.4 分时系统4

1.2.5 实时系统5

1.3 操作系统的类型5

1.3.1 批处理操作系统5

1.3.2 分时操作系统6

1.3.3 实时操作系统6

1.3.4 微机操作系统6

1.3.5 多处理机操作系统7

1.3.6 网络操作系统7

1.3.7 分布式操作系统7

1.3.8 嵌入式操作系统7

1.4 操作系统的基本特征8

1.4.1 并发性8

1.4.2 共享性8

1.4.3 虚拟性8

1.4.4 异步性8

1.5 操作系统的主要功能9

1.5.1 处理机管理功能9

1.5.2 存储器管理功能9

1.5.3 设备管理功能10

1.5.4 文件管理功能10

1.5.5 用户接口10

1.6 当前主流操作系统简介10

1.6.1 Windows操作系统10

1.6.2 UNIX操作系统11

1.6.3 Linux操作系统11

本章小结12

习题112

第2章 进程管理13

2.1 进程的引入13

2.1.1 单道程序的顺序执行及特征13

2.1.2 多道程序的并发执行及特征14

2.1.3 进程的概念15

2.2 进程的状态及组成16

2.2.1 进程的基本状态16

2.2.2 进程的挂起状态17

2.2.3 进程控制块18

2.3 进程控制19

2.3.1 操作系统内核19

2.3.2 进程的创建与撤销19

2.3.3 进程阻塞与唤醒20

2.3.4 进程的挂起与激活21

2.4 进程同步22

2.4.1 进程同步的基本概念22

2.4.2 信号量机制23

2.4.3 信号量的应用24

2.4.4 管程机制27

2.5 经典进程的同步问题28

2.5.1 哲学家进餐问题29

2.5.2 生产者—消费者问题30

2.5.3 读者—写者问题34

2.6 进程通信35

2.6.1 进程通信的类型35

2.6.2 消息传递系统通信的实现方式36

2.6.3 消息缓冲队列通信机制38

2.7 线程39

2.7.1 线程简介39

2.7.2 线程与进程的比较40

2.7.3 线程的实现41

本章小结41

习题242

第3章 处理机调度与死锁44

3.1 处理机调度的类型和准则44

3.1.1 作业调度44

3.1.2 进程调度46

3.1.3 对换调度47

3.1.4 选择调度方式和调度算法的准则47

3.2 作业调度算法48

3.2.1 先来先服务调度算法48

3.2.2 短作业优先调度算法49

3.2.3 优先级调度算法49

3.2.4 高响应比优先调度算法49

3.3 进程调度算法50

3.3.1 先来先服务调度算法50

3.3.2 短进程优先调度算法50

3.3.3 优先级调度算法50

3.3.4 时间片轮转调度算法52

3.3.5 多级反馈队列调度算法53

3.4 死锁的基本概念53

3.4.1 产生死锁的原因54

3.4.2 产生死锁的必要条件55

3.4.3 处理死锁的基本方法56

3.5 死锁的预防和避免56

3.5.1 死锁的预防56

3.5.2 死锁的避免57

3.5.3 银行家算法58

3.6 死锁的检测与解除61

3.6.1 死锁的检测61

3.6.2 死锁的解除63

本章小结63

习题363

第4章 存储器管理66

4.1 存储器管理的基本知识66

4.1.1 存储器管理的功能66

4.1.2 程序的装入67

4.1.3 程序的链接68

4.2 连续分配方式69

4.2.1 单一连续分配69

4.2.2 固定分区分配70

4.2.3 动态分区分配73

4.2.4 动态重定位分区分配76

4.2.5 覆盖和对换77

4.3 基本分页存储管理方式78

4.3.1 基本分页存储管理的基本思想79

4.3.2 基本分页存储管理的地址转换机构80

4.3.3 基本分页存储管理的共享和保护82

4.4 基本分段存储管理方式83

4.4.1 基本分段存储管理的基本思想83

4.4.2 基本分段存储管理的地址转换机构85

4.4.3 基本分段存储管理的共享和保护86

4.5 段页式存储管理方式87

4.5.1 分段和分页的区别87

4.5.2 段页式存储管理方式介绍87

4.6 虚拟存储器的基本知识90

4.6.1 虚拟存储器的引入90

4.6.2 虚拟存储器的实现方法91

4.6.3 虚拟存储器的特征91

4.7 请求分页存储管理方式91

4.7.1 请求分页中的硬件支持92

4.7.2 内存分配策略和分配算法94

4.7.3 调页策略95

4.7.4 请求分页式存储管理方式的特点96

4.8 页面置换算法96

4.8.1 最佳置换算法96

4.8.2 先进先出置换算法97

4.8.3 最近最久未使用置换算法98

4.8.4 Clock置换算法98

4.8.5 最近最少使用置换算法99

4.8.6 置换算法总结99

4.9 请求分段存储管理方式100

4.9.1 请求分段中的硬件支持100

4.9.2 分段的共享102

4.9.3 请求分段存储管理的优缺点103

本章小结104

习题4104

第5章 设备管理106

5.1 I/O系统106

5.1.1 I/O设备106

5.1.2 设备控制器107

5.1.3 I/O通道109

5.2 I/O控制方式111

5.2.1 程序I/O方式111

5.2.2 中断驱动I/O控制方式112

5.2.3 直接存储器访问I/O控制方式113

5.2.4 I/O通道控制方式114

5.3 缓冲管理115

5.3.1 缓冲的引入115

5.3.2 单缓冲和双缓冲116

5.3.3 循环缓冲117

5.3.4 缓冲池117

5.4 I/O软件119

5.4.1 I/O软件的设计目标和原则119

5.4.2 中断处理程序120

5.4.3 设备驱动程序120

5.4.4 设备独立性软件122

5.4.5 用户层的I/O软件123

5.5 设备分配123

5.5.1 设备分配中的数据结构123

5.5.2 设备分配时应考虑的因素124

5.5.3 独占设备的分配程序125

5.5.4 SPOOLing技术126

5.6 磁盘存储器的管理128

5.6.1 磁盘性能简述128

5.6.2 磁盘调度129

5.6.3 磁盘高速缓存130

本章小结131

习题5131

第6章 文件管理133

6.1 文件和文件系统133

6.1.1 数据项、记录和文件133

6.1.2 文件类型135

6.1.3 文件的操作136

6.1.4 文件访问方式137

6.1.5 文件结构和文件系统138

6.2 文件的逻辑结构139

6.2.1 记录式文件和流式文件139

6.2.2 顺序文件141

6.2.3 索引文件141

6.2.4 索引顺序文件142

6.2.5 直接文件和哈希文件143

6.3 外存分配方式144

6.3.1 连续空间分配144

6.3.2 链接空间分配145

6.3.3 FAT和NTFS技术146

6.3.4 索引空间分配147

6.4 目录管理149

6.4.1 文件控制块和索引结点149

6.4.2 单级目录151

6.4.3 两级目录151

6.4.4 树形目录152

6.4.5 目录的查询154

6.5 文件存储空间的管理156

6.5.1 空闲表法和空闲链表法157

6.5.2 位示图法158

6.5.3 成组链接法158

6.6 文件共享与文件保护160

6.6.1 文件的共享160

6.6.2 文件的保护162

本章小结165

习题6166

第7章 操作系统实例一：Windows XP167

7.1 Windows XP的处理机管理167

7.1.1 Windows XP的体系结构167

7.1.2 Windows XP的进程和线程170

7.1.3 Windows XP的线程调度172

7.2 Windows XP的存储管理174

7.2.1 Windows XP地址的空间布局174

7.2.2 Windows XP的地址转换机构175

7.2.3 Windows XP对内存的管理176

7.2.4 Windows XP的页面调度176

7.3 Windows XP的文件管理177

7.3.1 Windows XP文件系统综述177

7.3.2 NTFS的主控文件表181

7.3.3 NTFS文件和目录的结构181

7.3.4 NTFS对可恢复性的支持182

7.4 Windows XP的设备管理183

7.4.1 Windows XP的设备管理综述184

7.4.2 Windows XP单层驱动程序的I/O处理186

7.4.3 Windows XP两级中断处理过程188

本章小结189

习题7189

第8章 操作系统实例二：Linux191

8.1 Linux的进程管理191

8.1.1 Linux的进程191

8.1.2 Linux的进程调度192

8.1.3 Linux进程间的通信——消息队列194

8.2 Linux的存储管理196

8.2.1 Linux的虚拟存储空间196

8.2.2 管理虚拟存储空间的数据结构198

8.2.3 管理内存空间的数据结构199

8.2.4 内存的分配和页面淘汰策略199

8.3 Linux的文件管理200

8.3.1 Linux文件系统的构成201

8.3.2 EXT2对磁盘的组织202

8.3.3 EXT2文件的物理结构206

8.3.4 虚拟文件系统VFS的数据结构208

8.4 Linux的设备管理210

8.4.1 Linux设备管理概述210

8.4.2 Linux对字符设备的管理212

8.4.3 Linux对块设备的管理212

本章小结213

习题8214

第9章 操作系统的安全性215

9.1 计算机的安全问题215

9.1.1 计算机安全事件215

9.1.2 常见的计算机攻击方法和防范216

9.1.3 常见的恶意软件218

9.2 操作系统的安全219

9.2.1 系统安全性的内容和性质219

9.2.2 系统安全威胁的类型220

9.2.3 主要的安全评估标准221

9.3 数据加密技术222

9.3.1 数据加密的基本概念222

9.3.2 对称加密算法与非对称加密算法224

9.3.3 数字签名225

9.4 认证技术226

9.4.1 基于口令的身份认证226

9.4.2 基于物理标志的认证技术228

9.4.3 基于生物标志的认证技术228

9.4.4 基于公开密钥的认证技术230

本章小结231

习题9231

参考文献232