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第一部分 引论3

1 操作系统概述3

1.1 什么是操作系统3

1.1.1 从用户的观点看什么是操作系统3

1.1.2 从系统的观点看什么是操作系统4

1.1.3 操作系统的目标5

1.2 操作系统的发展6

1.2.1 串行处理6

1.2.2 简单批处理系统6

1.2.3 多道程序批处理系统9

1.2.4 分时系统12

1.2.5 实时操作系统14

1.2.6 各种类型的现代操作系统15

1.3 操作系统的主要组成部分17

1.3.1 命令解释器系统17

1.3.2 进程管理17

1.3.3 内存管理18

1.3.4 文件管理19

1.3.5 I/O系统管理19

1.3.6 保护系统20

1.4 Linux操作系统概述20

1.4.1 Linux的发展简史20

1.4.2 Linux的技术特点22

1.4.3 Linux的不足之处22

1.5 习题23

2 计算机系统概述25

2.1 基本成分25

2.2 处理器的寄存器26

2.2.1 用户可见的寄存器26

2.2.2 控制和状态寄存器27

2.3 指令的执行27

2.3.1 指令的读取和执行28

2.3.2 I/O功能30

2.4 中断30

2.4.1 中断和指令周期31

2.4.2 中断处理33

2.4.3 多个中断36

2.4.4 多道程序37

2.5 存储器的层次结构38

2.6 高速缓冲存储器40

2.7 I/O通信技术42

2.7.1 编程I/O42

2.7.2 中断驱动I/O43

2.7.3 直接内存存取44

2.8 习题45

3 用户与操作系统的接口47

3.1 概述47

3.2 操作员接口47

3.2.1 命令驱动方式48

3.2.2 窗口系统与菜单驱动方式48

3.2.3 命令文件方式48

3.3 程序级接口49

3.3.1 用户态与系统态49

3.3.2 特权指令与访管指令49

3.3.3 系统调用50

3.3.4 系统调用类型50

3.3.5 系统调用的使用和执行过程53

3.3.6 主要系统调用命令的功能和使用方法53

3.4 Linux的用户界面Shell57

3.4.1 SHELL命令语言57

3.4.2 Shell过程59

3.5 习题59

第二部分 进程63

4 进程描述与控制63

4.1 进程状态63

4.1.1 一个两状态的进程模型65

4.1.2 进程的创建和终止66

4.1.3 一个五状态的模型67

4.1.4 被挂起的进程71

4.2 进程描述74

4.2.1 操作系统控制结构75

4.2.2 进程控制结构76

4.3 进程控制81

4.3.1 执行模式81

4.3.2 进程创建82

4.3.3 进程切换82

4.4 线程86

4.4.1 线程的引入87

4.4.2 线程的概念87

4.5 对称多处理器和相应的操作系统设计问题89

4.5.1 SMP体系结构89

4.5.2 SMP的组织结构90

4.5.3 设计多处理器操作系统应考虑的一些问题91

4.6 总结91

4.7 习题92

5 并发：互斥与同步95

5.1 并发原理95

5.1.1 一个简单的例子96

5.1.2 操作系统关注的问题97

5.1.3 进程交互97

5.1.4 进程之间对资源的竞争98

5.1.5 进程之间通过共享合作99

5.1.6 进程之间通过通信合作100

5.1.7 互斥的要求101

5.2 互斥：软件方法101

5.2.1 Dekker算法101

5.2.2 Peterson算法105

5.3 互斥：硬件支持107

5.3.1 关中断107

5.3.2 特殊机器指令108

5.3.3 机器指令方法的特性109

5.4 信号量110

5.4.1 互斥110

5.4.2 生产者/消费者问题112

5.4.3 信号量的实现116

5.4.4 理发店问题118

5.5 管程122

5.6 消息传递125

5.6.1 同步126

5.6.2 寻址127

5.6.3 消息格式128

5.6.4 排队策略128

5.6.5 互斥128

5.7 读者/写者问题129

5.7.1 读者具有优先权131

5.7.2 写者具有优先权132

5.8 Linux中的并发机制134

5.8.1 管道134

5.8.2 管道的实现134

5.8.3 管道的操作135

5.8.4 命名管道135

5.8.5 消息队列135

5.8.6 共享内存137

5.8.7 信号量138

5.8.8 信号139

5.9 总结141

5.10 习题141

6 并发：死锁和饥饿147

6.1 死锁原理147

6.1.1 可重用资源150

6.1.2 可消耗资源150

6.1.3 死锁的条件151

6.2 死锁预防152

6.2.1 破坏互斥条件152

6.2.2 破坏占用并等待条件153

6.2.3 破坏不可抢占条件153

6.2.4 破坏循环等待条件153

6.3 死锁避免153

6.3.1 拒绝进程启动154

6.3.2 拒绝资源分配154

6.4 死锁检测157

6.4.1 死锁检测算法158

6.4.2 恢复158

6.5 一个集成的死锁策略159

6.6 哲学家就餐问题160

6.7 总结161

6.8 习题161

7 单处理器调度167

7.1 调度的类型167

7.1.1 长期调度168

7.1.2 中期调度169

7.1.3 短期调度169

7.2 调度算法170

7.2.1 短期调度标准170

7.2.2 使用优先级172

7.2.3 可供选择的调度策略172

7.4 Linux中的进程调度179

7.4.1 调度参数179

7.4.2 调度工作180

7.4.3 调度的实现181

7.5 总结182

7.6 习题182

第三部分 内存187

8 内存管理187

8.1 内存管理需求187

8.1.1 重定位187

8.1.2 保护187

8.1.3 共享188

8.1.4 逻辑组织188

8.1.5 物理组织189

8.2 内存分区189

8.2.1 固定分区189

8.2.2 伙伴系统194

8.2.3 重定位196

8.3 分页197

8.4 分段201

8.5 总结201

8.6 习题202

9 虚拟内存204

9.1 硬件和控制结构204

9.1.1 局部性及虚拟内存205

9.1.2 分页206

9.1.3 页表结构208

9.1.4 关联存储器(快表)209

9.1.5 页大小211

9.1.6 分段213

9.1.7 组织214

9.1.8 分页与分段结合技术215

9.1.9 保护和共享216

9.2 操作系统软件216

9.2.1 读取策略217

9.2.2 放置策略218

9.2.3 置换策略218

9.2.4 页缓冲223

9.2.5 驻留集管理224

9.2.6 清洗策略228

9.2.7 装入控制229

9.3 Linux的虚拟内存管理230

9.3.1 Linux进程的虚拟内存230

9.3.2 Linux的页面管理232

9.3.3 Linux的页面装卸管理233

9.4 总结235

9.5 习题236

第四部分 输入/输出和文件241

10 输入/输出管理和磁盘调度241

10.1 输入/输出设备241

10.2 输入/输出功能的组织242

10.2.1 输入/输出功能的发展242

10.2.2 直接存储访问243

10.3 操作系统的设计问题244

10.3.1 设计目标244

10.3.2 输入/输出功能的逻辑结构245

10.4 输入/输出缓冲247

10.4.1 单缓冲247

10.4.2 双缓冲248

10.4.3 缓冲的应用248

10.5 磁盘调度249

10.5.1 磁盘性能参数249

10.5.2 寻道时间250

10.5.3 旋转延迟250

10.5.4 传输时间251

10.5.5 时序比较251

10.5.6 磁盘调度策略251

10.6 RAID254

10.7 磁盘高速缓存254

10.7.1 设计考虑254

10.7.2 性能考虑255

10.8 Linux输入/输出256

10.8.1 设备驱动程序256

10.8.2 核心接口258

10.8.3 字符设备258

10.8.4 块设备259

10.9 总结261

10.10 习题261

11 文件管理263

11.1 概述263

11.1.1 文件263

11.1.2 文件管理系统264

11.1.3 文件系统结构264

11.1.4 文件管理功能265

11.2 文件组织和访问266

11.2.1 堆268

11.2.2 顺序文件268

11.2.3 索引顺序文件269

11.2.4 索引文件269

11.2.5 直接或哈希文件270

11.3 文件目录270

11.3.1 内容270

11.3.2 结构270

11.3.3 命名272

11.4 文件共享273

11.4.1 访问权限273

11.4.2 并发访问274

11.5 记录分块274

11.6 辅存管理276

11.6.1 文件分配276

11.6.2 空闲空间管理280

11.6.3 可靠性281

11.7 Linux中的文件系统281

11.7.1 Linux文件系统概述281

11.7.2 EXT2文件系统282

11.8 总结289

11.9 习题289

12 系统安全291

12.1 安全威胁292

12.1.1 威胁的种类292

12.1.2 计算机系统资源293

12.2 保护295

12.2.1 保护内存295

12.2.2 面向用户的访问控制296

12.2.3 面向数据的访问控制296

12.3 入侵298

12.3.1 入侵者298

12.3.2 入侵技术299

12.4 病毒和相关威胁308

12.4.1 恶意程序308

12.4.2 后门308

12.4.3 逻辑炸弹309

12.4.5 病毒310

12.4.6 蠕虫310

12.4.7 细菌311

12.4.8 病毒的本质311

12.4.9 病毒类型311

12.4.10 抗病毒方法312

12.5 可信任系统313

12.6 络安全316

12.6.1 潜在的进行安全攻击的位置316

12.6.2 加密设备的位置316

12.6.3 密钥分布317

12.6.4 通信量的填充319

12.7 总结320

12.8 习题320

参考资料322