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第1章 引言1

1.1　什么是操作系统3

1.1.1　操作系统作为扩展机3

1.1.2　操作系统作为资源管理器3

1.2　操作系统的发展历史4

1.2.1　第一代计算机（1945-1955）：真空管和插接板5

1.2.2　第二代计算机（1955-1965）：晶体管和批处理系统5

1.2.3　第三代计算机（1965-1980）：集成电路和多道程序6

1.2.4　第四代计算机（1980-）：个人计算机10

1.2.5　MINIX 3的历史11

1.3　操作系统概念13

1.3.1　进程14

1.3.2　文件15

1.3.3　命令解释器17

1.4　系统调用18

1.4.1　进程管理的系统调用20

1.4.2　信号管理的系统调用22

1.4.3　文件管理的系统调用24

1.4.4　目录管理的系统调用27

1.4.5　保护的系统调用29

1.4.6　时间管理的系统调用30

1.5　操作系统结构30

1.5.1　整体结构31

1.5.2　分层结构33

1.5.3　虚拟机33

1.5.4　外核35

1.5.5　客户-服务器模型36

1.6　剩余各章内容简介37

1.7　小结37

习题37

第2章 进程39

2.1　进程介绍39

2.1.1　进程模型39

2.1.2　进程的创建40

2.1.3　进程的终止41

2.1.4　进程的层次结构42

2.1.5　进程的状态43

2.1.6　进程的实现44

2.1.7　线程45

2.2　进程间通信48

2.2.1　竞争条件48

2.2.2　临界区49

2.2.3　忙等待形式的互斥50

2.2.4　睡眠和唤醒53

2.2.5　信号量55

2.2.6　互斥57

2.2.7　管程57

2.2.8　消息传递60

2.3　经典IPC问题62

2.3.1　哲学家进餐问题62

2.3.2　读者-写者问题65

2.4　进程调度66

2.4.1　调度介绍66

2.4.2　批处理系统中的调度69

2.4.3　交互式系统中的调度72

2.4.4　实时系统调度76

2.4.5　策略与机制76

2.4.6　线程调度77

2.5　MINIX 3进程概述78

2.5.1　MINIX 3的内部结构78

2.5.2　MINIX 3中的进程管理80

2.5.3　MINIX 3中的进程间通信83

2.5.4　MINIX 3中的进程调度85

2.6　MINIX 3中进程的实现86

2.6.1　MINIX 3源代码的组织86

2.6.2　编译及运行MINIX 388

2.6.3　公共头文件90

2.6.4　MINIX 3头文件95

2.6.5　进程数据结构和头文件101

2.6.6　引导MINIX 3107

2.6.7　系统初始化110

2.6.8　MINIX的中断处理114

2.6.9　MINIX 3的进程间通信121

2.6.10　MINIX的进程调度124

2.6.11　与硬件相关的内核支持126

2.6.12　实用程序和内核库129

2.7　MINIX 3的系统任务131

2.7.1　系统任务综述132

2.7.2　系统任务的实现134

2.7.3　系统库的实现136

2.8　MINIX 3的时钟任务138

2.8.1 时钟硬件139

2.8.2　计时程序140

2.8.3　MINIX 3中的时钟驱动程序总览142

2.8.4　MINIX 3中的时钟驱动程序的应用144

2.9　小结145

习题146

第3章 输入／输出系统150

3.1　I/O硬件原理150

3.1.1　I/O设备150

3.1.2　设备控制器151

3.1.3 内存映射I/O152

3.1.4　中断153

3.1.5　直接存储器存取154

3.2　I/O软件的原理155

3.2.1　I/O软件的目标155

3.2.2　中断处理器156

3.2.3　设备驱动程序157

3.2.4　与设备无关的I/O软件158

3.2.5　用户空间的I/O软件160

3.3　死锁161

3.3.1　资源161

3.3.2　死锁的原理162

3.3.3　鸵鸟算法165

3.3.4　死锁的检测和恢复166

3.3.5　死锁的预防166

3.3.6　避免死锁168

3.4　MINIX 3中的I/O概述171

3.4.1　MINIX 3中的中断处理器和I/O访问171

3.4.2　MINIX 3的设备驱动程序173

3.4.3　MINIX 3中与设备无关的I/O软件176

3.4.4　MINIX 3中的用户级I/O软件176

3.4.5　MINIX 3的死锁处理177

3.5　MINIX 3中的块设备177

3.5.1　MINIX 3中的块设备驱动程序概述177

3.5.2　通用块设备驱动程序软件180

3.5.3　驱动程序库182

3.6　RAM盘183

3.6.1　RAM盘硬件和软件184

3.6.2　MINIX 3中的RAM盘驱动程序概述185

3.6.3　MINIX 3中RAM盘驱动程序的实现186

3.7　磁盘188

3.7.1　磁盘硬件188

3.7.2　RAID189

3.7.3　磁盘软件190

3.7.4　MINIX 3中的硬盘驱动程序简介194

3.7.5　MINIX 3中硬盘驱动程序的实现196

3.7.6　软盘处理203

3.8　终端204

3.8.1　终端硬件205

3.8.2　终端软件208

3.8.3　MINIX 3中的终端驱动程序简介213

3.8.4　设备无关终端驱动程序的实现224

3.8.5　键盘驱动程序的实现236

3.8.6　显示驱动程序的实现241

3.9　小结246

习题247

第4章 存储管理251

4.1　基本的存储管理251

4.1.1　单道程序存储管理252

4.1.2　固定分区的多道程序系统252

4.1.3　重定位和存储保护254

4.2　交换技术255

4.2.1　基于位图的存储管理257

4.2.2　基于链表的存储管理257

4.3　虚拟存储管理259

4.3.1　虚拟页式存储管理260

4.3.2　页表263

4.3.3　关联存储器TLB266

4.3.4　反置页表268

4.4　页面置换算法269

4.4.1　最优页面置换算法270

4.4.2　最近未使用页面置换算法270

4.4.3　先进先出页面置换算法271

4.4.4　第二次机会页面置换算法271

4.4.5　时钟页面置换算法272

4.4.6　最近最久未使用页面置换算法273

4.4.7　LRU算法的软件模拟273

4.5　页式存储管理中的设计问题275

4.5.1　工作集模型275

4.5.2　局部与全局分配策略277

4.5.3　页面大小279

4.5.4　虚拟存储器接口280

4.6　段式存储管理281

4.6.1　纯分段系统的实现283

4.6.2　段页式存储管理：Intel Pentium284

4.7　MINIX 3进程管理器概述287

4.7.1 内存布局288

4.7.2　消息处理291

4.7.3　进程管理的数据结构和算法292

4.7.4　FORK,EXIT和WAIT系统调用296

4.7.5　EXEC系统调用297

4.7.6　BRK系统调用300

4.7.7　信号处理300

4.7.8　其他的系统调用306

4.8　MINIX 3进程管理器的实现306

4.8.1　头文件和数据结构306

4.8.2　主程序309

4.8.3　FORK,EXIT和WAIT的实现312

4.8.4　EXEC的实现314

4.8.5　BRK的实现317

4.8.6　信号处理的实现317

4.8.7　其他系统调用的实现323

4.8.8　内存管理工具326

4.9　小结327

习题327

第5章 文件系统331

5.1　文件331

5.1.1　文件的命名332

5.1.2　文件的结构333

5.1.3　文件的类型334

5.1.4　文件的访问336

5.1.5　文件的属性336

5.1.6　文件的操作337

5.2 目录338

5.2.1　简单的目录系统338

5.2.2　层状目录系统339

5.2.3　路径名340

5.2.4 目录的操作342

5.3　文件系统的实现342

5.3.1　文件系统的布局342

5.3.2　文件的实现344

5.3.3 目录的实现347

5.3.4　磁盘空间管理351

5.3.5　文件系统的可靠性354

5.3.6　文件系统的性能359

5.3.7 日志结构的文件系统362

5.4　文件系统的安全性363

5.4.1　安全环境364

5.4.2　通常的安全攻击367

5.4.3　安全性的设计原则368

5.4.4　用户认证368

5.5　保护机制371

5.5.1　保护域371

5.5.2　访问控制列表373

5.5.3　权能375

5.5.4　秘密通道377

5.6　MINIX 3文件系统概述379

5.6.1 消息380

5.6.2　文件系统的布局381

5.6.3　位图383

5.6.4　i节点384

5.6.5　块高速缓存386

5.6.6 目录和路径387

5.6.7　文件描述符389

5.6.8　文件锁390

5.6.9　管道和设备文件391

5.6.10　一个例子：READ系统调用392

5.7　MINIX 3文件系统的实现392

5.7.1　头文件和全局数据结构393

5.7.2　表格管理395

5.7.3　主程序401

5.7.4　对单个文件的操作404

5.7.5　目录和路径410

5.7.6　其他的系统调用412

5.7.7　I/O设备接口414

5.7.8　附加的系统调用支持418

5.7.9　文件系统的实用程序419

5.7.10　其他的MINIX 3组件420

5.8　小结420

习题421

第6章 阅读材料和参考文献424

6.1　推荐的进一步阅读材料424

6.1.1　介绍和概论424

6.1.2　进程426

6.1.3　输入／输出426

6.1.4　存储管理427

6.1.5　文件系统427

6.2　按字母顺序排列的参考文献428

索引436