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第一章 操作系统概论1

1.1 操作系统概观1

1.1.1 操作系统的定义和目标1

1.1.2 操作系统的作用与功能2

1.1.3 操作系统的主要特性5

1.2 操作系统的形成和发展8

1.2.1 人工操作阶段8

1.2.2 管理程序阶段9

1.2.3 多道程序设计与操作系统的形成10

1.2.4 操作系统的发展与分类15

1.3 操作系统提供的服务和用户接口24

1.3.1 操作系统提供的基本服务24

1.3.2 操作系统提供的用户接口26

1.3.3 程序接口与系统调用26

1.3.4 操作接口与系统程序30

1.4 操作系统的结构设计35

1.4.1 操作系统的构件36

1.4.2 整体式结构的操作系统41

1.4.3 层次式结构的操作系统42

1.4.4 虚拟机结构的操作系统44

1.4.5 客户／服务器与微内核结构的操作系统45

1.4.6 操作系统的运行模型49

1.4.7 实例研究：Windows 2000/XP客户／服务器结构51

1.5 流行操作系统简介57

1.5.1 DOS操作系统57

1.5.2 Windows操作系统58

1.5.3 UNIX操作系统家族60

1.5.4 自由软件和Linux操作系统63

1.5.5 IBM系列操作系统65

1.5.6 其他流行操作系统68

1.6 本章小结70

习题一72

第二章 处理器管理76

2.1 中央处理器76

2.1.1 单处理器系统和多处理器系统76

2.1.2 寄存器78

2.1.3 特权指令与非特权指令78

2.1.4 处理器状态79

2.1.5 程序状态字寄存器80

2.2 中断技术82

2.2.1 中断的概念82

2.2.2 中断源分类83

2.2.3 中断装置84

2.2.4 中断处理程序86

2.2.5 中断事件的具体处理方法87

2.2.6 中断的优先级和多重中断93

2.2.7 实例研究：Windows 2000/XP中断处理95

2.2.8 实例研究：Solaris中断处理103

2.2.9 实例研究：Linux中断处理105

2.3 进程及其实现113

2.3.1 进程的定义和属性113

2.3.2 进程的状态和转换115

2.3.3 进程的描述118

2.3.4 进程切换与模式切换123

2.3.5 进程的控制125

2.3.6 实例研究：UNIX SVR4进程管理129

2.3.7 实例研究：Linux进程管理133

2.4.1 引入多线程技术的动机137

2.4 线程及其实现137

2.4.2 多线程环境中的进程与线程138

2.4.3 线程的实现144

2.4.4 实例研究：Solaris的进程与线程148

2.4.5 实例研究：Windows 2000/XP的进程与线程153

2.5 处理器调度162

2.5.1 处理器调度的层次162

2.5.2 高级调度（High Level Scheduling）164

2.5.5 选择调度算法的原则165

2.5.4 低级调度（Low Level Scheduling）165

2.5.3 中级调度（Medium Level Scheduling）165

2.6 批处理作业的管理与调度167

2.6.1 作业和进程的关系167

2.6.2 批处理作业的管理167

2.6.3 批处理作业的调度169

2.6.4 作业调度算法169

2.7 低级调度173

2.7.1 低级调度的功能173

2.7.2 低级调度算法173

2.7.3 实时调度178

2.7.4 多处理器调度179

2.7.5 实例研究：UNIX SVR4调度算法183

2.7.6 实例研究：Windows 2000/XP调度算法185

2.7.7 实例研究：Linux调度算法195

2.8 本章小结199

习题二201

第三章 并发进程208

3.1 并发进程208

3.1.1 顺序程序设计208

3.1.2 进程的并发性209

3.1.3 与时间有关的错误212

3.1.4 进程的交互（Interaction Among Processes）：协作和竞争213

3.2 临界区管理215

3.2.1 互斥和临界区215

3.2.2 临界区管理的尝试216

3.2.3 实现临界区管理的软件方法218

3.2.4 实现临界区管理的硬件设施221

3.3 信号量与PV操作222

3.3.1 同步和同步机制222

3.3.2 记录型信号量与PV操作224

3.3.3 用记录型信号量实现互斥227

3.3.4 记录型信号量解决生产者—消费者问题230

3.3.5 记录型信号量解决读者—写者问题233

3.3.6 记录型信号量解决理发师问题235

3.4 管程236

3.4.1 管程和条件变量236

3.4.2 Hoare方法实现管程241

3.4.3 Hanson方法实现管程244

3.5.1 信号通信机制252

3.5 进程通信252

3.5.2 共享文件通信机制254

3.5.3 共享存储区通信机制257

3.5.4 消息传递通信机制258

3.5.5 有关消息传递实现的若干问题261

3.6 死锁266

3.6.1 死锁的产生266

3.6.2 死锁的定义268

3.6.3 死锁的防止268

3.6.4 死锁的避免270

3.6.5 死锁的检测和解除280

3.7 实例研究：Windows 2000/XP的同步和通信机制283

3.7.1 Windows 2000/XP的同步和互斥机制283

3.7.2 Windows 2000/XP进程通信机制284

3.8 实例研究：Linux信号量机制285

3.9 本章小结289

习题三291

第四章 存储管理304

4.1 存储器304

4.1.1 存储器的层次304

4.1.2 快速缓存305

4.1.3 地址转换与存储保护306

4.2 连续存储空间管理307

4.2.1 单用户连续存储管理307

4.2.2 固定分区存储管理309

4.2.3 可变分区存储管理311

4.3 分页式存储管理317

4.3.1 分页式存储管理的基本原理317

4.3.2 相联存储器和快表319

4.3.3 分页式存储空间的分配和去配320

4.3.4 分页存储空间的页面共享和保护321

4.3.5 多级页表322

4.3.6 反置页表324

4.4 分段式存储管理325

4.4.1 程序的分段结构325

4.4.2 分段式存储管理的基本原理326

4.4.3 段的共享327

4.4.4 分段和分页的比较327

4.5 虚拟存储管理328

4.5.1 虚拟存储器的概念328

4.5.2 请求分页虚拟存储管理330

4.5.3 请求分段虚拟存储管理350

4.5.4 请求段页式虚拟存储管理352

4.6 实例研究：Intel x86/Pentium存储管理硬件设施354

4.6.1 Intel x86/Pentium段机制——段选择符和段描述符354

4.6.2 Intel x86/Pentium运行模式选择356

4.6.3 Intel x86/Pentium地址转换356

4.6.4 Intel x86/Pentium页式或段页式地址转换358

4.7 实例研究：Windows 2000/XP虚拟存储管理360

4.7.1 进程地址空间布局360

4.7.2 用户空间内存分配361

4.7.3 内存管理的实现366

4.8 实例研究：Linux虚拟存储管理373

4.8.1 Linux虚拟存储管理概述373

4.8.2 Linux进程的虚拟地址空间373

4.8.3 Linux物理内存空间的管理376

4.8.4 用户态内存的申请与释放378

4.8.5 内存的共享和保护379

4.8.6 交换空间、页面换出和调入379

4.8.7 缓冲机制381

4.9 本章小结382

习题四384

第五章 设备管理391

5.1 I/O硬件原理391

5.1.1 I/O系统392

5.1.2 I/O控制方式392

5.1.3 设备控制器397

5.2 I/O软件原理399

5.2.1 I/O软件的设计目标和原则399

5.2.2 I/O中断处理程序400

5.2.3 设备驱动程序402

5.2.4 与硬件无关的操作系统I/O软件403

5.2.5 用户空间的I/O软件404

5.3 具有通道的I/O系统管理405

5.3.1 通道命令和通道程序405

5.3.2 I/O指令和主机I/O程序407

5.3.3 通道启动和I/O操作过程409

5.4 缓冲技术410

5.4.1 单缓冲411

5.4.2 双缓冲411

5.4.3 多缓冲412

5.5 驱动调度技术413

5.5.1 存储设备的物理结构413

5.5.2 循环排序415

5.5.3 优化分布416

5.5.4 交替地址417

5.5.5 搜查定位417

5.5.6 独立磁盘冗余阵列420

5.5.7 提高磁盘I/O速度的一些方法423

5.6.1 设备独立性424

5.6 设备分配424

5.6.2 设备分配425

5.7 虚拟设备427

5.7.1 问题的提出427

5.7.2 Spooling的设计和实现428

5.7.3 Spooling应用例子430

5.8 实例研究：Windows 2000/XP的I/O系统431

5.8.1 Windows 2000/XP I/O系统结构和组件431

5.8.2 Windows 2000/XP I/O系统的数据结构437

5.8.3 Windows 2000/XP设备驱动程序440

5.8.4 Windows 2000/XP I/O处理444

5.8.5 Windows 2000/XP高速缓存管理447

5.9 实例研究：Linux设备管理462

5.9.1 Linux设备管理概述462

5.9.2 Linux硬盘管理464

5.9.3 Linux网络设备465

5.9.4 Linux设备驱动程序465

5.10 本章小结466

习题五468

第六章 文件管理472

6.1 文件473

6.1.1 文件的概念473

6.1.2 文件的命名473

6.1.3 文件的类型474

6.1.4 文件的属性475

6.1.5 文件的存取方法477

6.1.6 文件的使用478

6.2 文件目录479

6.2.1 文件目录与文件目录项479

6.2.2 一级目录结构480

6.2.3 二级目录结构481

6.2.4 树形目录结构482

6.3 文件组织与数据存储484

6.3.1 文件的存储484

6.3.2 文件的逻辑结构484

6.3.3 文件的物理结构490

6.4 文件系统其他功能的实现496

6.4.1 文件系统调用的实现496

6.4.2 UNIX文件系统调用498

6.4.3 文件卷的安装和使用504

6.4.4 文件共享507

6.4.5 层次式文件系统模型512

6.4.6 辅存空间管理513

6.4.7 内存映射文件515

6.4.8 虚拟文件系统517

6.5 实例研究：Linux文件管理519

6.5.1 Linux文件管理概述519

6.5.2 Linux文件系统安装520

6.5.3 虚拟文件系统VFS522

6.5.4 文件系统管理的缓冲机制527

6.5.5 系统打开文件表和主要文件操作529

6.5.6 EXT2文件系统532

6.6 实例研究：WINDOWS 2000/XP文件系统534

6.6.1 Windows 2000/XP文件系统概述534

6.6.2 Windows 2000/XP文件系统模型和FSD体系结构536

6.6.3 NTFS文件系统驱动程序540

6.6.4 NTFS在磁盘上的结构542

6.6.5 NTFS的实现机制545

6.6.6 NTFS可恢复性支持549

6.6.7 NTFS安全性支持550

6.7 本章小结551

习题六552

第七章 操作系统的安全与保护556

7.1 安全性概述556

7.2 安全威胁及其类型557

7.3 保护561

7.3.1 操作系统保护层次561

7.3.2 内存储器的保护561

7.3.4 面向数据的访问控制562

7.3.3 面向用户的访问控制562

7.4 入侵者563

7.4.1 入侵技术563

7.4.2 口令保护565

7.4.3 入侵检测568

7.5 病毒（恶意软件）570

7.5.1 病毒及其威胁570

7.5.2 病毒的特性572

7.5.3 病毒的类型572

7.5.4 反病毒的方法573

7.6.1 机制、策略与模型575

7.5.5 电子邮件病毒575

7.6 保护的基本机制、策略与模型575

7.6.2 身份认证机制592

7.6.3 授权机制597

7.6.4 加密机制610

7.6.5 审计机制615

7.7 实例研究：Windows 2000/XP的安全机制616

7.7.1 Windows 2000/XP安全性概述616

7.7.3 Windows 2000/XP保护对象617

7.7.2 Windows 2000/XP安全性系统组件617

7.7.4 访问控制策略618

7.7.5 访问令牌619

7.7.6 安全描述符619

7.8 本章小结622

习题七623

第八章 网络和分布式操作系统626

8.1 计算机网络概述626

8.1.1 计算机网络的概念626

8.1.2 数据通信基本概念629

8.1.3 网络体系结构631

8.2 网络操作系统638

8.2.1 网络操作系统概述638

8.2.2 几个流行的网络操作系统639

8.2.3 网络操作系统实例640

8.3 分布式操作系统643

8.3.1 分布式系统概述643

8.3.2 分布式进程通信644

8.3.3 分布式资源管理650

8.3.4 分布式进程同步654

8.3.5 分布式系统中的死锁665

8.3.6 分布式文件系统667

8.3.7 分布式进程迁移673

8.4 实例研究：Windows 2000网络体系结构和网络服务676

8.4.1 Windows 2000网络体系结构676

8.4.2 Windows 2000的层次化网络服务695

8.5 实例研究：Linux网络体系结构700

8.6 本章小结701

习题八703

参考文献706