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第1章 绪论1

1.1 操作系统在计算机系统中的地位1

1.1.1 存储程序式计算机的结构和特点1

1.1.2 操作系统与计算机系统各层次的关系3

1.1.3 操作系统与计算机体系结构的关系4

1.2 操作系统的形成和发展6

1.2.1 操作系统发展的初级阶段7

1.2.2 操作系统的形成9

1.2.3 操作系统的进一步发展11

1.3 操作系统的基本概念12

1.3.1 操作系统的定义和特性12

1.3.2 操作系统的资源管理功能14

1.3.3 操作系统应解决的基本问题16

1.4 操作系统的基本类型18

1.4.1 批量操作系统18

1.4.2 分时操作系统18

1.4.3 实时操作系统19

1.4.4 个人计算机操作系统20

1.4.5 网络操作系统21

1.4.6 分布式操作系统22

1.5 操作系统采用的关键技术25

1.5.1 操作系统采用的并行处理技术25

1.5.2 操作系统采用的虚拟技术26

1.6 UNIX、Linux操作系统概述26

1.6.1 UNIX操作系统的发展26

1.6.2 UNIX操作系统的类型及特点27

1.6.3 Linux系统及其特点29

习题133

第2章 操作系统的结构和硬件支持35

2.1 操作系统虚拟机35

2.2 操作系统的组织结构36

2.2.1 操作系统的结构36

2.2.2 运行时的组织结构39

2.2.3 操作系统与计算机系统各层次的接口40

2.3 处理机的特权级41

2.3.1 处理机的态及分类41

2.3.2 特权指令41

2.4 中断及其处理42

2.4.1 中断概念及类型42

2.4.2 向量中断和探询中断44

2.4.3 中断进入44

2.4.4 软件中断处理过程46

2.5 UNIX、Linux系统结构48

2.5.1 UNIX系统的体系结构48

2.5.2 UNIX系统的核心结构49

2.5.3 Linux系统的内核结构50

2.6 Linux系统的特权级与中断处理50

2.6.1 Linux系统的特权级50

2.6.2 中断处理的上半部和下半部51

2.6.3 中断处理下半部的实现机制52

习题253

第3章 操作系统的用户接口54

3.1 用户工作环境54

3.1.1 操作系统提供的环境54

3.1.2 操作系统的生成和系统初启55

3.1.3 应用程序的处理58

3.2 用户接口60

3.2.1 用户接口的定义60

3.2.2 操作系统提供的用户接口60

3.3 系统功能调用62

3.3.1 系统功能调用的定义62

3.3.2 系统功能调用的实现63

3.3.3 应用程序的编程接口64

3.4 UNIX系统功能调用65

3.4.1 UNIX系统调用的分类65

3.4.2 UNIX系统调用的实现66

3.5 Linux系统功能调用68

3.5.1 Linux系统功能调用的过程69

3.5.2 Linux系统功能调用的实现机制70

3.5.3 增加一个新的系统调用的方法71

3.5.4 从用户空间访问新的系统调用72

习题373

第4章 进程及进程管理74

4.1 进程引入74

4.1.1 顺序程序及特点74

4.1.2 并发程序及特点76

4.1.3 与时间有关的错误78

4.2 进程概念79

4.2.1 进程的定义79

4.2.2 进程的状态及变迁80

4.2.3 进程控制块81

4.3 进程控制83

4.3.1 进程控制的概念83

4.3.2 进程创建与撤销84

4.3.3 进程等待与唤醒85

4.4 进程之间的约束关系86

4.4.1 进程竞争与合作86

4.4.2 进程互斥的概念87

4.4.3 进程同步的概念89

4.5 同步机构90

4.5.1 锁和上锁、开锁操作91

4.5.2 信号灯和P、V操作92

4.6 进程互斥与同步的实现94

4.6.1 上锁原语和开锁原语实现进程互斥94

4.6.2 信号灯实现进程互斥94

4.6.3 进程同步的实现95

4.6.4 生产者—消费者问题99

4.7 进程通信100

4.7.1 进程通信的概念100

4.7.2 进程通信方式100

4.8 线程概念及特点102

4.8.1 线程的概念102

4.8.2 线程的特点与状态103

4.9 操作系统的并发机制实例105

4.9.1 创建进程及应用实例105

4.9.2 创建线程及应用实例107

4.9.3 等待进程、线程的终止及其应用107

4.9.4 信号量与使用方法109

4.9.5 共享主存及应用实例110

4.10 UNIX系统的进程管理112

4.10.1 UNIX系统的进程及映像112

4.10.2 UNIX进程的状态及变迁115

4.10.3 UNIX进程的创建118

4.10.4 UNIX进程的终止与等待120

4.10.5 UNIX进程的睡眠与唤醒122

4.11 Linux系统的进程管理123

4.11.1 Linux系统的进程与线程123

4.11.2 进程描述符及其主要内容123

4.11.3 进程描述符的获得126

4.11.4 Linux系统的进程状态变迁127

4.11.5 Linux系统的进程创建和终止127

4.11.6 Linux系统的进程等待与唤醒129

4.11.7 Linux系统中线程的实现130

习题4130

第5章 资源分配与调度135

5.1 资源管理概述135

5.1.1 资源管理的目的和任务135

5.1.2 虚拟资源136

5.2 资源管理的机制和策略137

5.2.1 资源分配机制137

5.2.2 资源分配策略139

5.3 死锁143

5.3.1 死锁的定义与例子143

5.3.2 产生死锁的原因和必要条件145

5.3.3 系统模型和死锁的处理146

5.3.4 解决死锁问题的策略150

5.3.5 死锁的预防151

5.3.6 死锁的避免152

5.3.7 死锁的检测与忽略153

习题5154

第6章 处理机调度157

6.1 处理机的多级调度157

6.2 作业调度158

6.2.1 作业的状态158

6.2.2 作业调度的功能158

6.2.3 作业控制块159

6.2.4 调度算法性能的衡量160

6.2.5 作业调度算法161

6.3 进程调度163

6.3.1 调度／分派结构163

6.3.2 进程调度的功能164

6.3.3 调度方式165

6.3.4 进程优先数调度算法165

6.3.5 循环轮转调度167

6.3.6 多级反馈队列调度168

6.3.7 调度用的进程状态变迁图169

6.4 线程调度170

6.5 UNIX系统的进程调度171

6.5.1 UNIX系统的进程调度算法171

6.5.2 进程切换调度程序switch172

6.6 Linux系统的进程调度173

6.6.1 进程调度程序的设计目标和特点173

6.6.2 可变优先级174

6.6.3 可变时间片175

6.6.4 进程调度用的数据结构177

6.6.5 Linux系统的进程调度算法178

习题6179

第7章 主存管理181

7.1 主存管理概述181

7.1.1 主存分片共享181

7.1.2 程序的逻辑组织182

7.2 主存管理的功能182

7.2.1 虚拟存储器182

7.2.2 地址映射184

7.2.3 主存分配186

7.2.4 存储保护187

7.3 分区存储管理及存在的问题188

7.3.1 动态分区存储管理技术188

7.3.2 分区分配机构189

7.3.3 分区分配与放置策略190

7.3.4 碎片问题及拼接技术192

7.4 页式存储管理193

7.4.1 页式系统应解决的问题193

7.4.2 页式地址变换194

7.4.3 请调页面的机制197

7.4.4 淘汰机制与策略199

7.4.5 几种置换算法201

7.5 段式和段页式存储管理204

7.5.1 段式地址结构204

7.5.2 段式地址变换204

7.5.3 扩充段表功能205

7.5.4 段页式存储管理206

7.6 UNIX系统的存储管理207

7.6.1 概述207

7.6.2 请求调页的数据结构208

7.6.3 UNIX系统的地址变换209

7.6.4 页面错210

7.7 Linux系统的存储管理211

7.7.1 主存寻址211

7.7.2 Linux系统段页式地址变换214

7.7.3 Linux系统动态内核管理215

7.7.4 Linux系统的进程地址空间218

习题7220

第8章 设备管理223

8.1 设备管理概述223

8.1.1 设备管理的功能223

8.1.2 设备独立性224

8.1.3 设备控制块226

8.2 缓冲技术226

8.2.1 缓冲概述226

8.2.2 常用的缓冲技术228

8.3 设备分配229

8.3.1 设备分配概述229

8.3.2 独享分配230

8.3.3 共享分配230

8.3.4 虚拟分配231

8.4 输入／输出控制233

8.4.1 输入／输出硬件233

8.4.2 输入／输出控制方式234

8.4.3 输入／输出子系统237

8.4.4 输入／输出控制的例子239

8.5 UNIX系统的设备管理241

8.5.1 UNIX系统设备管理的特点241

8.5.2 UNIX系统的设备驱动程序接口242

8.5.3 UNIX系统的缓冲区管理244

8.5.4 UNIX系统的设备I/O控制251

8.6 Linux系统的设备驱动253

8.6.1 Linux系统设备的分类253

8.6.2 设备文件及其标识254

8.6.3 Linux块设备的处理256

8.6.4 用于块设备处理的数据结构257

8.6.5 输入／输出调度程序260

8.6.6 策略例程261

习题8262

第9章 文件系统264

9.1 文件系统概述264

9.1.1 文件264

9.1.2 文件系统266

9.1.3 文件的组织267

9.2 文件的逻辑结构和存取方法268

9.2.1 文件的逻辑结构268

9.2.2 文件的存取方法269

9.3 文件的物理结构269

9.3.1 连续文件270

9.3.2 串联文件271

9.3.3 索引文件272

9.3.4 文件物理结构比较274

9.4 文件存储空间的管理275

9.4.1 空闲文件目录275

9.4.2 空闲块链275

9.4.3 位示图275

9.4.4 分配策略276

9.5 文件目录277

9.5.1 文件目录及其内容277

9.5.2 一级文件目录及缺点278

9.5.3 多级文件目录278

9.6 共享与安全279

9.6.1 文件共享与安全性的关系279

9.6.2 存取权限的类型及其验证280

9.6.3 用文件路径名加快文件的查找282

9.7 文件操作与文件备份284

9.7.1 文件操作284

9.7.2 文件备份285

9.8 UNIX文件系统的主要结构及实现286

9.8.1 UNIX文件系统的特点286

9.8.2 UNIX系统的索引文件结构287

9.8.3 UNIX系统文件目录结构291

9.8.4 UNIX系统的打开文件机构292

9.8.5 文件存储器空闲块的管理296

9.8.6 UNIX文件系统调用298

9.9 Linux文件系统303

9.9.1 虚拟文件系统VFS（Virtual File System）概述304

9.9.2 VFS通用文件系统模型与VFS对象304

9.9.3 与进程相关的数据结构307

9.9.4 VFS系统调用的实现308

9.9.5 Ext2文件系统概述310

9.9.6 Ext2磁盘数据结构312

9.9.7 Ext2磁盘空间的管理314

9.9.8 Ext2主存数据结构316

习题9317

模拟试题1320

模拟试题2322

模拟试题1答案324

模拟试题2答案328

参考文献332