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第1章　操作系统及Linux简介1

1.1　概述1

1.1.1　什么是计算机操作系统1

1.1.2　操作系统的作用2

1.1.3　操作系统的管理功能4

1.1.4　操作系统管理用表6

1.1.5　操作系统的应用程序接口7

1.1.6　操作系统的特性8

1.2　操作系统与应用程序的关系9

1.3　操作系统结构12

1.3.1 内核12

1.3.2 内核结构14

1.4　操作系统的演变与发展15

1.4.1　人工操作阶段15

1.4.2　管理程序阶段16

1.4.3　多道程序设计与操作系统的形成16

1.4.4　操作系统的发展17

1.5 Linux基础知识20

1.5.1 Linux的发展20

1.5.2 Linux系统的结构21

1.5.3 Linux系统的特点21

1.5.4 Linux内核的版本号22

1.5.5 Linux的一些商业版23

1.5.6 Linux中的C语言23

1.5.7 Linux中的汇编语言23

1.5.8 Linux的链表24

本章小结27

习题27

第2章　存储管理29

2.1　存储管理的任务29

2.1.1　存储管理目标29

2.1.2　存储管理任务29

2.2　存储空间组织30

2.2.1　主存与辅存存储空间逻辑组织30

2.2.2　存储空间分区30

2.2.3　段分区实例——i386实模式下的存储管理33

2.3　虚拟存储33

2.3.1　实模式的问题及虚拟空间的概念34

2.3.2 MMU和地址映射表36

2.4　存储空间的页式管理37

2.4.1　页、页框及页表37

2.4.2　虚拟空间、物理空间和页表之间的关系38

2.4.3　请页与交换41

2.4.4　保护42

2.4.5　页面共享44

2.4.6　多级页表44

2.4.7　快表46

2.5　段及段管理47

2.5.1　段的概念47

2.5.2 i386对段管理的支持47

2.5.3　段保护52

2.5.4 i386处理器对分页的支持54

2.6 Linux的页表55

2.7 Linux程序虚拟空间57

2.7.1 Linux的用户虚拟空间57

2.7.2 Linux的系统虚拟空间61

2.8 Linux物理内存管理63

2.8.1 Linux物理内存的布局63

2.8.2 Linux物理内存数据结构64

2.8.3 Linux对物理内存的分配与回收65

2.8.4　交换空间与守护进程67

2.9 slab分配模式简介68

2.10 mmap函数简介71

2.11 Linux内存管理模块总貌73

2.12 Linux内存初始化73

2.12.1　实模式下系统初始化的setup（）函数73

2.12.2　保护模式下系统初始化的startup_32（）函数74

2.12.3 内核启动函数start_kernel（）74

本章小结74

习题76

第3章　进程78

3.1　基本概念78

3.1.1　进程及进程控制块78

3.1.2　进程的状态84

3.1.3　进程组织84

3.2　并发及其实现85

3.2.1　进程切换86

3.2.2　处理器调度层次86

3.2.3　调度器及调度算法87

3.2.4　调度时机89

3.2.5　线程89

3.3 i386对进程切换的支持90

3.3.1　任务（进程）状态段TSS90

3.3.2　任务门及任务（进程）切换92

3.4 Linux的进程94

3.4.1 Linux进程的组成94

3.4.2 Linux进程的状态94

3.4.3 Linux的进程控制块96

3.4.4 Linux进程控制块的存放97

3.5 Linux进程的创建99

3.5.1　子进程的创建100

3.5.2 Linux进程家族105

3.5.3　系统调用execve（）106

3.5.4　系统调用wait（）107

3.5.5　系统调用exit（）107

3.5.6　进程0和进程1107

3.5.7 Linux的守护进程108

3.6 Linux的进程调度110

3.6.1 Linux进程的时间片与权重参数weight110

3.6.2　调度策略111

3.6.3　普通进程调度策略——SCHED_OTHER111

3.6.4　实时进程调度策略113

3.6.5 Linux调度时机114

3.6.6 Linux的进程切换114

3.7 Linux 2.6对调度器的改进116

3.7.1　就绪进程队列runqueue116

3.7.2　优先级的计算方法119

本章小结122

习题122

第4章　文件管理124

4.1　文件与文件系统124

4.1.1　文件的基本概念124

4.1.2　用户对文件的主要操作127

4.2　文件的存储127

4.2.1　文件的简单存储方式127

4.2.2　存储块的组织方式128

4.2.3　空闲块的记录130

4.3　文件目录131

4.3.1 一体化目录131

4.3.2　分立式目录131

4.3.3　硬连接与符号连接132

4.3.4 目录树及根目录132

4.3.5　磁盘文件系统133

4.4 Ext2文件系统134

4.4.1 Ext2的索引节点134

4.4.2 Ext2的目录文件及目录项136

4.4.3 Ext2文件系统在磁盘上的存储结构137

4.4.4 Ext2文件的用户操作函数集140

4.5　其他常用文件系统140

4.5.1　一般文件系统140

4.5.2　基于日志的文件系统141

4.5.3　Linux的Ext3文件系统142

4.6　操作系统的文件管理系统142

4.6.1　文件管理系统与磁盘文件系统的关系142

4.6.2　文件缓冲区144

4.6.3　文件系统层次结构144

4.6.4　虚拟文件系统145

4.7 Linux的虚拟文件系统145

4.7.1 VFS的原理146

4.7.2 VFS的超级块147

4.7.3 VFS的dentry结构149

4.7.4 VFS的i节点151

4.7.5　文件缓冲区153

4.8 Linux的proc文件系统简介156

4.9　操作系统对文件系统的管理156

4.10　文件系统与进程的关联158

4.10.1　进程与其打开文件的关系159

4.10.2　系统打开和关闭文件表162

4.11　根据文件路径查找索引节点162

4.12　进程创建时文件的复制和共享164

本章小结165

习题165

第5章　进程互斥和同步167

5.1 概述167

5.2　竞争控制167

5.2.1　进程竞争、临界区、互斥167

5.2.2　互斥的硬件实现169

5.2.3　互斥的软件实现——信号量与P、V操作170

5.2.4　临界段代码格式172

5.2.5　管程简介172

5.3 同步控制174

5.3.1　同步的概念174

5.3.2　用信号量实现同步174

5.4　死锁和饥饿175

5.4.1　死锁175

5.4.2　饥饿175

5.4.3　互斥及同步的经典问题176

5.5 Linux信号量集180

5.5.1　信号量集结构180

5.5.2　信号量集的操作182

5.5.3　进程控制块中关于信号量集的域186

本章小结186

习题187

第6章　进程通信188

6.1　基本概念188

6.2 UNIX System V IPC机制简介190

6.3　共享内存192

6.3.1　共享内存原理192

6.3.2 Linux共享内存结构193

6.3.3　共享内存的使用194

6.4 消息队列196

6.4.1　消息结构196

6.4.2　消息队列结构197

6.4.3　消息队列的创建与打开200

6.4.4　消息队列的读写200

6.4.5　消息队列的一个实例200

6.5　管道202

6.5.1 匿名管道202

6.5.2　命名管道206

6.6 Linux的信号206

6.6.1　信号的基本概念206

6.6.2　信号的发送208

6.6.3　信号的安装209

6.6.4　进程的信号向量表211

6.6.5　进程响应信号的时机212

6.6.6　信号的生命期及可靠性213

本章小结214

习题215

第7章 中断／异常和系统调用216

7.1　处理器的硬件中断机制216

7.1.1 中断及中断向量表216

7.1.2 异常217

7.1.3 陷阱218

7.1.4　中断处理过程219

7.2 i386处理器对中断的支持219

7.2.1 i386实模式下的中断向量表219

7.2.2 i386保护模式下的中断描述符表220

7.3 Linux的两级中断222

7.4 Linux硬中断结构223

7.4.1　中断通道223

7.4.2　中断请求队列224

7.4.3　通道的中断处理程序IRQn_interrupt227

7.5 Linux软中断结构230

7.5.1　历史上的bottom half231

7.5.2　任务队列232

7.5.3 Linux的软中断及小任务机制234

7.5.4 Linux系统中的中断实例——系统时钟239

7.5.5 Linux系统中的软中断实例——软件定时器241

7.6　系统调用243

7.6.1 系统调用、封装例程和内核服务例程243

7.6.2 i386对陷入的支持——陷阱门244

7.6.3 Linux的系统调用244

7.7 Linux的IDT初始化249

7.7.1 IDT表的定义249

7.7.2 Linux对IDT的第一次初始化250

7.7.3 Linux对IDT的第二次初始化250

本章小结250

习题251

第8章　设备253

8.1　概述253

8.1.1　设备分类253

8.1.2　外部设备控制器254

8.1.3 总线256

8.1.4　外部设备与处理器的交互方式257

8.1.5　外部设备管理任务258

8.2　设备驱动程序259

8.2.1　设备驱动程序框架259

8.2.2　缓冲区及设备驱动程序的特点260

8.3　设备驱动程序与内核的接口261

8.3.1　设备标识261

8.3.2　字符设备和块设备261

8.3.3　系统调用入口点262

8.3.4　假脱机技术262

8.4　设备管理263

8.4.1　设备控制块263

8.4.2　设备文件265

8.5 Linux的设备驱动程序266

8.5.1 Linux设备驱动程序框架266

8.5.2　驱动程序函数跳转表267

8.6 Linux的设备管理268

8.6.1　字符设备的注册268

8.6.2　块设备的注册269

8.7 Linux设备文件270

8.8 Linux驱动程序的动态安装与卸载271

8.8.1　什么是模块271

8.8.2 Linux内核模块的实现机制272

8.8.3 Linux驱动程序模块275

本章小结276

习题276

第9章　嵌入式操作系统277

9.1　嵌入式系统基本概念277

9.1.1　什么是嵌入式系统277

9.1.2　嵌入式系统的特点278

9.2　嵌入式操作系统279

9.2.1　什么是嵌入式操作系统279

9.2.2　对嵌入式操作系统的一些特殊要求280

9.3　常见嵌入式操作系统简介282

9.3.1　常见的源码开放嵌入式操作系统282

9.3.2　常见的商业嵌入式操作系统283

9.4 μCLinux简介284

9.4.1 μCLinux架构284

9.4.2　无MMU的内存管理285

9.4.3 内存管理模块的启动与初始化286

9.4.4 Flat可执行文件格式287

9.4.5 μCLinux的文件系统288

9.4.6 ramfs文件系统290

9.4.7　闪存与JFFS2文件系统292

9.5　μCLinux的开发环境296

9.5.1 GNU开发套件296

9.5.2　μClinux的打印终端296

9.5.3　交叉编译调试工具296

本章小结297

习题298

附录A i386保护模式的特权级299

A.1　特权级299

A.2　基本保护规则300

A.2.1　被访问段为数据段300

A.2.2　被访问段为代码段300

附录B　进程控制块302

附录C　创建子进程系统调用306

C.1　sys_fork,sys_clone,sys_vfork306

C.1.1 sys_fork306

C.1.2 sys_clone306

C.1.3 sys_vfork306

C.2　内核函数do_fork（）307

附录D Linux守护进程介绍311

附录E Linux的引导、装载和启动313

附录F Linux Shell简介317

参考文献318