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第0章　读者指南1

0.1　本书概述1

0.2　主题顺序1

0.3　因特网和Web资源2

第一部分　背景5

第1章　计算机系统概述6

1.1　基本构成6

1.2　处理器寄存器6

1.2.1　用户可见寄存器7

1.2.2　控制和状态寄存器8

1.3　指令的执行9

1.3.1　取指令和执行指令9

1.3.2　I/O函数11

1.4　中断11

1.4.1　中断和指令周期13

1.4.2　中断处理14

1.4.3　多个中断16

1.4.4　多道程序设计18

1.5　存储器的层次结构19

1.6　高速缓冲存储器21

1.6.1　动机22

1.6.2　高速缓冲存储器原理22

1.6.3　高速缓冲存储器设计24

1.7　I/O通信技术24

1.7.1 可编程I/O25

1.7.2　中断驱动I/O25

1.7.3　直接存储器访问26

1.8　推荐读物和网站27

1.9　关键术语、复习题和习题27

附录1A　两级存储器的性能特征29

附录1B　过程控制34

第2章　操作系统概述38

2.1　操作系统的目标和功能38

2.1.1　作为用户／计算机接口的操作系统38

2.1.2　作为资源管理器的操作系统39

2.1.3　操作系统的易扩展性40

2.2　操作系统的发展41

2.2.1　串行处理41

2.2.2　简单批处理系统42

2.2.3　多道程序批处理系统44

2.2.4　分时系统46

2.3　主要的成就48

2.3.1　进程48

2.3.2　内存管理51

2.3.3　信息保护和安全52

2.3.4　调度和资源管理53

2.3.5　系统结构54

2.4　现代操作系统的特征57

2.5　Microsoft Windows概述59

2.5.1　历史59

2.5.2　单用户多任务60

2.5.3　体系结构61

2.5.4　客户／服务器模型64

2.5.5　线程和SMP65

2.5.6　Windows对象65

2.6　传统的UNIX系统66

2.6.1　历史66

2.6.2　描述67

2.7　现代UNIX系统68

2.7.1　系统V版本4（简称SVR4）68

2.8.1　历史69

2.8　Linux操作系统69

2.7.3　4.4BSD69

2.7.2　Solaris 969

2.8.2　模块结构70

2.8.3　内核组件72

2.9　推荐读物和网站74

2.10　关键术语、复习题和习题75

第二部分　进程77

第3章　进程描述和控制79

3.1　什么是进程79

3.1.1　背景79

3.2　进程和进程控制块80

3.3　进程状态81

3.3.1　两状态进程模型83

3.3.2　进程的创建和终止83

3.3.3　五状态模型84

3.3.4　被挂起的进程87

3.4　进程描述92

3.4.1　操作系统的控制结构92

3.4.2　进程控制结构93

3.5　进程控制98

3.5.1　执行模式98

3.5.2　进程创建99

3.5.3　进程切换99

3.5.4　操作系统的执行101

3.6　UNIX SVR4进程管理103

3.6.1　进程状态103

3.6.2　进程描述105

3.6.3　进程控制106

3.7　小结107

3.8　推荐读物107

3.9　关键术语、复习题和习题107

编程项目1：开发一个shell程序110

第4章　线程、对称多处理和微内核112

4.1　进程和线程112

4.1.1　多线程112

4.1.2　线程功能特性115

4.1.3　例子——Adobe PageMaker116

4.1.4　用户级和内核级线程118

4.1.5　其他方案121

4.2　对称多处理122

4.2.1　SMP系统的体系结构123

4.2.2　SMP系统的组织结构124

4.2.3　多处理器操作系统的设计思考125

4.3　微内核125

4.3.1　微内核体系结构125

4.3.2　微内核组织结构的优点126

4.3.3　微内核性能127

4.3.4　微内核设计128

4.4　Windows线程和SMP管理130

4.4.1　进程对象和线程对象131

4.4.2　多线程132

4.4.3　线程状态132

4.4.4　对OS子系统的支持133

4.4.5　对称多处理的支持134

4.5　Solaris线程和SMP管理134

4.5.1　多线程体系结构134

4.5.2　动机135

4.5.3　进程结构136

4.5.4　线程的执行137

4.5.5　把中断当做线程138

4.6　Linux的进程和线程管理138

4.6.1　Linux任务138

4.6.2　Linux线程140

4.8　推荐读物141

4.7　小结141

4.9　关键术语、复习题和习题142

第5章　并发性：互斥和同步144

5.1　并发的原理145

5.1.1　一个简单的例子145

5.1.2　竞争条件147

5.1.3　操作系统关注的问题147

5.1.4　进程的交互148

5.1.5　互斥的要求150

5.2　互斥：硬件的支持151

5.2.1　中断禁用151

5.2.2　专用机器指令151

5.3　信号量154

5.3.1　互斥156

5.3.2　生产者／消费者问题158

5.3.3　信号量的实现162

5.4.1　使用信号的管程163

5.4　管程163

5.4.2　使用通知和广播的管程166

5.5　消息传递168

5.5.1　同步168

5.5.2　寻址169

5.5.3　消息格式170

5.5.4　排队原则171

5.5.5　互斥171

5.6　读者-写者问题172

5.6.1　读进程具有优先权173

5.6.2　写进程具有优先权174

5.7　小结176

5.8　推荐读物176

5.9　关键术语、复习题和习题177

6.1　死锁原理183

第6章　并发性：死锁和饥饿183

6.1.1　可重用资源185

6.1.2　可消费资源187

6.1.3　资源分配图187

6.1.4　死锁的条件188

6.2　死锁预防189

6.2.1　互斥189

6.2.2 占有且等待190

6.2.3　非抢占190

6.2.4　循环等待190

6.3　死锁避免190

6.3.1　进程启动拒绝191

6.3.2　资源分配拒绝191

6.4　死锁检测195

6.4.1　死锁检测算法195

6.5　一种综合的死锁策略196

6.4.2　恢复196

6.6　哲学家就餐问题197

6.6.1　使用信号量解决方案198

6.6.2　使用管程解决方案198

6.7　UNIX的并发机制200

6.7.1　管道200

6.7.2　消息200

6.7.3　共享存储区200

6.7.4　信号量200

6.7.5　信号201

6.8　Linux内核并发机制202

6.8.1　原子操作202

6.8.2　自旋锁203

6.8.3　信号量204

6.8.4　屏障206

6.9　Solaris线程同步原语207

6.9.1　互斥锁207

6.9.2　信号量208

6.9.3　多读者单写者锁208

6.9.4　条件变量208

6.10　Windows并发机制209

6.10.1　等待函数209

6.10.2　同步对象209

6.10.3　临界区对象210

6.11　小结210

6.12　推荐读物211

6.13　关键术语、复习题和习题211

第三部分　内存217

7.1.1　重定位218

7.1　内存管理的需求218

第7章　内存管理218

7.1.2　保护219

7.1.3　共享219

7.1.4　逻辑组织219

7.1.5　物理组织220

7.2　内存分区220

7.2.1　固定分区220

7.2.2　动态分区223

7.2.3　伙伴系统225

7.2.4　重定位227

7.3　分页228

7.4　分段231

7.5　小结232

7.6　推荐读物232

7.7　关键术语、复习题和习题233

附录7A　加载和链接235

第8章　虚拟内存239

8.1　硬件和控制结构239

8.1.1　局部性和虚拟内存240

8.1.2　分页241

8.1.3　分段250

8.1.4　分段和分页的结合251

8.1.5　保护和共享252

8.2　操作系统软件253

8.2.1　读取策略253

8.2.2　放置策略254

8.2.3　替换策略254

8.2.4　驻留集管理260

8.2.5　清除策略264

8.2.6　加载控制265

8.3.1　分页系统266

8.3　UNIX和Solaris内存管理266

8.3.2　内核内存分配器269

8.4　Linux内存管理270

8.4.1　Linux虚拟内存270

8.4.2　内核内存分配271

8.5　Windows内存管理272

8.5.1 Windows虚拟地址映射272

8.5.2 Windows分页273

8.6　小结273

8.7　推荐读物和网站274

8.8　关键术语、复习题和习题275

附录8A　哈希表278

第四部分　调度281

第9章　单处理器调度282

9.1　处理器调度的类型282

9.1.1　长程调度283

9.1.2　中程调度284

9.2　调度算法285

9.2.1　短程调度准则285

9.1.3　短程调度285

9.2.2　优先级的使用286

9.2.3　选择调度策略286

9.2.4　性能比较296

9.2.5　公平共享调度299

9.3　传统的UNIX调度302

9.4　小结303

9.5　推荐读物304

9.6　关键术语、复习题和习题304

附录9A　响应时间307

附录9B　排队系统308

编程项目2：主机调度shell程序312

10.1.1　粒度317

第10章　多处理器和实时调度317

10.1　多处理器调度317

10.1.2　设计问题318

10.1.3　进程调度320

10.1.4　线程调度320

10.2　实时调度325

10.2.1　背景325

10.2.2　实时操作系统的特点326

10.2.3　实时调度329

10.2.4　时限调度329

10.2.5　速率单调调度332

10.2.6　优先级逆转335

10.3　Linux调度337

10.3.1　实时调度337

10.3.2　非实时调度338

10.4　UNIX SVR4调度340

10.5.1　进程和线程优先级341

10.5　Windows调度341

10.5.2　多处理器调度342

10.6　小结343

10.7　推荐读物343

10.8　关键术语、复习题和习题344

第五部分　输入／输出和文件347

第11章　I/O管理和磁盘调度348

11.1　I/O设备348

11.2　I/O功能的组织349

11.2.1　I/O功能的发展350

11.2.2　直接存储器访问350

11.3.1　设计目标352

11.3.2　I/O功能的逻辑结构352

11.3　操作系统设计问题352

11.4　I/O缓冲354

11.4.1　单缓冲区354

11.4.2　双缓冲356

11.4.3　循环缓冲356

11.4.4　缓冲的用途356

11.5　磁盘调度356

11.5.1　磁盘性能参数357

11.5.2　磁盘调度策略359

11.6　RAID362

11.6.1 RAID第0层365

11.6.2　RAID第1层365

11.6.3　RAID第2层366

11.6.4　RAID第3层366

11.6.5　RAID第4层367

11.6.7　RAID第6层368

11.7　磁盘高速缓冲368

11.6.6 RAID第5层368

11.7.1　设计考虑369

11.7.2　性能考虑370

11.8　UNIX SVR4 I/O370

11.8.1　缓冲区高速缓存372

11.8.2　字符队列373

11.8.2　无缓冲I/O373

11.8.3　UNIX设备373

11.9　LINUX I/O374

11.9.1　磁盘调度374

11.9.2　Linux页面缓存376

11.10　Windows I/O376

11.10.1　基本I/O模块376

11.11　小结377

11.10.3　软件RAID377

11.10.2　异步I/O和同步I/O377

11.12　推荐读物和网站378

11.13　关键术语、复习题和习题379

附录11A　磁盘存储设备381

第12章　文件管理387

12.1　概述387

12.1.1　文件和文件系统387

12.1.2　文件结构388

12.1.3　文件管理系统389

12.2　文件组织和访问391

12.2.1　堆393

12.2.2　顺序文件393

12.2.3　索引顺序文件394

12.2.4　索引文件394

12.3.2　结构395

12.3.1　内容395

12.3　文件目录395

12.2.5　直接文件或散列文件395

12.3.3　命名397

12.4　文件共享398

12.4.1　访问权限398

12.4.2　同时访问399

12.5　记录组块399

12.6　二级存储管理401

12.6.1　文件分配401

12.6.2　空闲空间的管理404

12.6.3　可靠性406

12.7　UNIX文件管理407

12.7.1　索引节点407

12.7.2　文件分配408

12.7.3　目录409

12.8　Linux虚拟文件系统410

12.7.4　卷结构410

12.8.1　超级块对象412

12.8.2　索引节点对象413

12.8.3　目录项对象413

12.8.4　文件对象413

12.9　Windows文件系统413

12.9.1 NTFS的重要特征413

12.9.2 NTFS卷和文件结构414

12.9.3　可恢复性416

12.10　小结417

12.11　推荐读物417

12.12　关键术语、复习题和习题418

第六部分　分布式系统和安全421

第13章　网络424

13.1　为什么需要网络体系结构425

13.2　TCP/IP协议体系结构426

13.2.2　TCP与UDP427

13.2.1　TCP/IP层427

13.2.3　IP和IPv6428

13.2.3　TCP/IP操作过程429

13.2.4　TCP/IP应用程序431

13.3　套接字432

13.3.1　套接字432

13.3.2　套接字接口调用433

13.4 Linux网络434

13.4.1　发送数据435

13.4.2　接收数据436

13.5　小结436

13.6　推荐读物和网站437

13.7　关键术语、复习题和习题437

附录13A　简单文件传输协议439

14.1　客户／服务器计算模型443

14.1.1　什么是客户／服务器计算模型443

第14章　分布式处理、客户／服务器和集群443

14.1.2　客户／服务模型的应用444

14.1.3 中间件449

14.2　分布式消息传递451

14.2.1　可靠性与不可靠性452

14.2.2　阻塞与无阻塞453

14.3　远程过程调用453

14.3.2　参数表示454

14.3.1　参数传递454

14.3.3　客户／服务器绑定455

14.3.4　同步和异步455

14.3.5　面向对象机制455

14.4　集群456

14.4.1　集群的配置456

14.4.2　操作系统的设计问题458

14.4.3　集群计算机的体系结构459

14.5　Windows集群服务器460

14.4.4　集群与SMP460

14.6 Sun集群461

14.6.1　对象和通信支持462

14.6.2　进程管理462

14.6.3　网络连接462

14.6.4　全局文件系统463

14.7 Beowulf和Linux集群464

14.7.1 Beowulf特征464

14.7.2 Beowulf软件465

14.8　小结465

14.9　推荐读物和网站466

14.10　关键术语、复习题和习题467

15.1.1　动机469

15.1.2　进程迁移机制469

第15章　分布式进程管理469

15.1　进程迁移469

15.1.3　迁移协商472

15.1.4　移出473

15.1.5　抢占式转移和非抢占式转移474

15.2　分布式全局状态474

15.2.1　全局状态和分布式快照474

15.2.2　分布式快照算法476

15.3.1　分布式互斥概念478

15.3　分布式互斥478

15.3.2　分布式系统中的事件排序480

15.3.3　分布式队列482

15.3.4　令牌传递方法484

15.4　分布式死锁486

15.4.1　资源分配中的死锁486

15.4.2　消息通信中的死锁490

15.6　推荐读物493

15.5　小结493

15.7　关键术语、复习题和习题494

第16章　安全495

16.1　安全威胁495

16.1.1　威胁的类型496

16.1.2　计算机系统资产496

16.2　保护500

16.2.1　内存的保护501

16.2.2　面向用户的访问控制501

16.2.3　面向数据的访问控制502

16.3　入侵者503

16.3.1　入侵技术504

16.3.2　口令保护505

16.3.3　口令选择策略509

16.3.4　入侵检测510

16.4.1　恶意程序512

16.4　恶意软件512

16.4.2　病毒的本质515

16.4.3　病毒的类型515

16.4.4　宏病毒516

16.4.5　反病毒方法517

16.4.6　电子邮件病毒519

16.5　可信系统519

16.5.1　特洛伊木马的防范521

16.6　Windows安全523

16.6.1　访问控制方案523

16.6.2　访问令牌523

16.6.3　安全描述符524

16.7　小结526

16.8　推荐读物和网站527

16.9　关键术语、复习题和习题528

附录16A　加密530

A.1　互斥：软件方法534

附录A　并发主题534

A.2　竞争条件和信号量538

A.3　理发店问题543

A.4　习题546

附录B　面向对象设计548

B.1　动机548

B.2　面向对象的概念548

B.3　面向对象设计的优点551

B.4　CORBA551

B.5　推荐读物和网站554

附录C　程序设计和操作系统项目555

C.1　用于教学的操作系统项目555

C.2　Nachos555

C.4　程序设计项目556

C.3　研究项目556

C.5　阅读／报告作业557

附录D　OSP：一个操作系统项目环境558

D.1　概述558

D.2　OSP的创新559

D.3　和其他操作系统课件的比较559

附录E　BACI：BEN-ARI并发程序设计系统561

E.1　引言561

E.2　BACI561

E.3　BACI程序例子563

E.4　BACI项目567

E.5　BACI系统的增强569

术语表570

参考文献577

索引591