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第1章 操作系统概述1

1．1 操作系统是什么1

1．1．1 你所用过的操作系统1

1．1．2 操作系统是什么与做什么3

1．1．3 操作系统的规模、数量与重要性6

1．2 操作系统大致如何工作7

1．2．1 操作系统的第一个工作：负责所有用户程序的启动和结束——程序的5种启动方式和两种结束方式7

1．2．2 操作系统的第二个工作：用户程序中对操作系统的调用——系统调用和中断14

1．2．3 操作系统的第三个工作：为常用的基本操作提供现成的实用程序22

1．2．4 操作系统的第四个工作：解决效率和安全问题——并发技术等22

1．3 从各种角度看操作系统27

1．3．1 操作系统的结构27

1．3．2 操作系统的接口(使用方式)28

1．3．3 操作系统的工作过程29

1．3．4 操作系统的特点30

1．3．5 操作系统的类型30

1．3．6 操作系统的各种别名、比方和观点31

1．4 操作系统发展简史31

1．4．1 操作系统出现以前的计算机使用方式32

1．4．2 操作系统的第一个发展阶段：单任务自动批处理36

1．4．3 操作系统的第二个发展阶段：多任务和多方式39

1．4．4 操作系统的第三个发展阶段：软件工程和小型化41

1．4．5 操作系统的第四个发展阶段：开放系统和并行分布42

1．4．6 操作系统发展现状和展望44

1．4．7 操作系统发展历史小结45

1．5 目前最常用的操作系统46

1．5．1 Microsoft公司的操作系统产品：Windows系列及MS DOS46

1．5．2 UNIX大家庭：SVR4，Solaris，HP-UX，SCO UNIX，BSD，AIX等51

1．5．3 自由软件中的操作系统：Linux，freeBSD，BeOS55

1．5．4 IBM公司的操作系统产品：AIX，OS/390，OS/2，OS/400，PCDOS7和PCDOS 200062

1．6 本章小结65

习题65

第2章 处理机管理67

2．1 处理机管理概述67

2．2 进程模型69

2．2．1 进程三态的转换过程分析69

2．2．2 进程模型实现71

2．2．3 专题：CPU调度算法73

2．3 CPU管理实例分析(1)：UNIX早期版本的CPU管理(进程模型)74

2．3．1 UNIX下如何建立进程和在一个程序中启动另一个程序74

2．3．2 UNIX的进程层次和初启过程75

2．3．3 UNIX进程模型的基本结构和工作过程77

2．4 CPU管理实例分析(2)：Linux CPU管理(进程模型)78

2．5 线程模型87

2．5．1 线程概念87

2．5．2 线程的作用和必要性88

2．5．3 线程的实现：线程包内容、用户态线程、核心态线程90

2．6 处理机管理实例分析(3)：Solaris(UNIX)的进程模型和线程模型96

2．6．1 用户态线程、LWP、核心线程的区别和关系以及为什么同时需要它们96

2．6．2 Solaris线程模型的设计目标和实现机制总瞰98

2．6．3 SVR4和SVR4．2MP的进程和线程模型概述99

2．7 处理机管理实例分析(4)：Windows NT的进程和线程模型99

习题102

第3章 主存管理103

3．1 主存管理概述103

3．1．1 内存的定义、作用和计算机存储层次103

3．1．2 主存硬件接口使用特性：微观角度(指令级)和宏观角度(程序级)105

3．1．3 用户程序对内存的使用要求108

3．1．4 内存管理的功能和任务109

3．2 连续模式(1)：操作系统出现前的内存无管理模式113

3．2．1 概述113

3．2．2 覆盖技术113

3．2．3 动态装入114

3．3 连续模式(2)：单一分区模式115

3．3．1 概述和基本实现机制115

3．3．2 交换技术的作用和实现116

3．3．3 单一分区模式的总结和评价119

3．4 连续模式(3)：固定分区模式119

3．5 连续模式(4)：可变分区模式122

3．5．1 本模式的内外基本工作过程122

3．5．2 策略选择(算法与数据结构)125

3．5．3 本模式评价改善与实际系统采用情况126

3．5．4 多对基寄存器128

3．6 不连续模式(1)：页模式(paging)128

3．6．1 实存页模式的基本工作过程与结构129

3．6．2 虚存页模式的基本工作过程与结构133

3．6．3 虚存概念和作用134

3．6．4 页模式实现策略专题讨论(1)：进程页表的实现——快表、页表页和页目录134

3．6．5 页模式实现策略专题讨论(2)：大而稀疏内存使用137

3．6．6 页模式实现策略专题讨论(3)：页分配策略、写时复制和页长确定137

3．6．7 页模式实现策略专题讨论(4)：页淘汰策略、工作集理论和颠簸139

3．6．8 专题讨论(5)：动态连接共享库140

3．6．9 页模式评价和实际系统采用情况141

3．7 不连续模式(2)：段模式142

3．7．1 引言：用户内存观点和段的划分模式143

3．7．2 模式定义、基本工作过程与结构144

3．7．3 实现中的一些策略147

3．7．4 段模式的评价与实际系统采用情况148

3．8 不连续模式(3)：段页模式150

3．9 主存管理实例分析(1)：Windows NT的主存管理151

3．9．1 内部实现152

3．9．2 用户界面159

3．10 主存管理实例分析(2)：Linux内存管理163

3．11 主存管理概念模型：四空间概念165

习题166

第4章 外存管理和文件系统169

4．1 外存管理和文件系统概述170

4．1．1 外存硬件接口使用特性170

4．1．2 用户对外存的使用要求177

4．1．3 文件系统的界面高度和工作任务179

4．2 文件系统用户界面183

4．2．1 文件183

4．2．2 目录(树)和链接185

4．2．3 文件子系统级的用户界面189

4．3 文件的实现195

4．3．1 连续分配背景下的讨论196

4．3．2 不连续分配背景下的讨论205

4．4 目录的实现216

4．4．1 用目录文件方法来实现目录树结构216

4．4．2 设备目录与文件目录的分离219

4．4．3 链接的内部实现223

4．5 文件子系统的实现226

4．5．1 文件子系统的实现机制总述227

4．5．2 UNIX ss的文件子系统的实现机制(单类型文件子系统)228

4．5．4 本节小结229

4．5．3 Linux(和SVR4、Solaris)的文件子系统的实现机制(多类型文件子系统)229

4．6 文件系统性能实现机制230

4．6．1 物理地址与存取单位的优化232

4．6．2 文件打开与关闭技术232

4．6．3 文件共享232

4．6．4 当前目录结构和名字快速缓存235

4．6．5 内存缓冲区与缓冲池236

4．6．6 磁臂调度技术237

4．6．7 其他技术概述240

4．6．8 文件系统的安全性和可靠性242

4．7 文件系统实例分析243

4．7．1 DOS文件系统——FAT文件系统243

4．7．3 UNIX BSD文件系统——FFS和UFS246

4．7．2 UNIX s5文件系统246

4．7．4 Linux文件系统249

4．7．5 Windows NT文件系统250

4．8 本章总结和有关文件系统模型252

习题254

第5章 设备管理256

5．1 设备管理概述257

5．1．1 计算机外部设备的定义与分类257

5．1．2 外部设备硬件接口特性260

5．1．3 用户对设备的使用要求268

5．1．4 操作系统设备管理功能的任务270

5．2 UNIX设备I/O用户界面和内部实现271

5．2．1 用户界面271

5．2．2 内部实现过程与结构273

5．3 DOS I/O实例分析278

5．4 操作系统设备管理功能界面和实现原理综述279

5．4．1 用户界面综述279

5．4．2 内部结构与过程综述280

5．4．3 速度匹配技术专题讨论(1)：设备完成技术、同步和异步I/O操作285

5．4．4 速度匹配技术专题讨论(2)：缓冲技术288

5．4．5 设备分配与共享技术专题讨论：独占、共享和虚拟设备289

5．4．6 速度匹配技术专题讨论(3)：联机、脱机和假脱机操作291

5．4．7 非编程I/O技术专题讨论：DMA、通道等292

5．4．8 操作系统设备管理功能与其他功能间的关系297

5．5 设备驱动程序298

5．5．1 设备驱动程序及其与核心间的接口(标准)298

5．6 Windows NT设备管理实例分析299

5．5．2 驱动程序例析：显示器、键盘、打印机驱动程序299

5．7 Linux设备管理实例分析301

5．8 本章小结302

习题302

第6章 进程通信304

6．1 背景304

6．2 临界区问题306

6．2．1 两进程的解决方法307

6．2．2 多个进程的解决方法309

6．3 同步硬件311

6．4 信号量312

6．4．1 用法313

6．4．2 实现313

6．4．3 死锁和饥饿314

6．5．1 有界缓冲区问题315

6．5 经典的进程协同问题315

6．5．2 读写问题316

6．5．3 哲学家用餐问题317

6．6 进程间的通信318

6．6．1 命名方式319

6．6．2 缓冲321

6．6．3 异常条件322

6．7 小结323

习题323

第7章 现代操作系统：网络、分布式和并行操作系统325

7．1 目标325

7．1．1 分布式系统与集中式系统相比所具有的优点325

7．1．2 分布式系统与许多独立的PC相比所具有的优点326

7．2．1 分类327

7．2 硬件概念327

7．1．3 分布式系统的缺点327

7．2．2 总线型多处理机329

7．2．3 开关型多处理机330

7．2．4 总线型多计算机331

7．2．5 开关型多计算机331

7．3 软件概念332

7．3．1 网络操作系统和NFS332

7．3．2 真正的分布式系统338

7．3．3 多处理机分时系统338

7．4 实现策略340

7．4．1 透明性340

7．4．2 灵活性342

7．4．3 可靠性343

7．4．5 伸缩性344

7．4．4 性能344

7．5．1 文件服务接口346

7．5 分布式文件系统346

7．5．2 目录服务接口347

7．5．3 文件共享的语义350

7．6 Mach概述351

7．6．1 Mach的历史351

7．6．2 Mach的目标352

7．6．3 Mach的微内核352

7．6．4 Mach上的BSD UNIX服务器353

7．7 小结354

习题355

8．1 性能356

8．1．1 性能和性能指标总述356

第8章 操作系统的性能与设计356

8．1．2 可扩充性、可移植性和兼容性357

8．1．3 安全性359

8．1．4 可靠性和RAS技术360

8．2 操作系统结构设计362

8．2．1 单体模型362

8．2．2 层次模型363

8．2．3 客户/服务器模型与微核结构364

8．2．4 策略与机制的分离364

8．2．5 面向对象方法和模型365

8．2．6 面向对象技术的实例分析：NT的面向对象模型的实现365

8．3 操作系统的用户界面设计369

习题369

参考文献371