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第1章 操作系统概述1

1.1 操作系统的定义1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 一个计算机系统的视图2

1.1.3 操作系统的基本功能3

1.2 操作系统的形成和发展4

1.3 操作系统的分类6

1.3.1 单用户操作系统6

1.3.2 批处理操作系统7

1.3.3 实时操作系统7

1.3.4 分时操作系统8

1.3.5 网络操作系统8

1.3.6 分布式操作系统8

1.3.7 嵌入式操作系统9

1.4 操作系统的运行环境9

1.4.1 中央处理器（CPU）10

1.4.2 特权指令10

1.4.3 处理器的状态10

1.4.4 程序状态字（PSW）10

1.5 操作系统的结构11

1.6 现代操作系统12

1.6.1 现代操作系统的特点12

1.6.2 UNIX的特点14

1.6.3 Linux的特点15

1.6.4 Windows NT的特点16

本章小结19

习题20

实验20

第2章 进程与线程21

2.1 多道程序与并发执行21

2.1.1 单道程序的顺序执行21

2.1.2 多道程序的并发执行22

2.2 进程模型24

2.2.1 进程的概念24

2.2.2 进程的实体26

2.2.3 进程状态和转换29

2.2.4 进程控制30

2.3 线程模型32

2.3.1 线程的概念32

2.3.2 线程与进程的比较34

2.3.3 线程的实现36

2.4 多核、多线程与超线程37

2.4.1 多核技术简介37

2.4.2 多核基本概念39

2.5 进程管理实例42

2.5.1 UNIX进程管理42

2.5.2 Linux进程管理46

2.5.3 Windows进程管理49

本章小结53

习题53

实验54

第3章 互斥与同步55

3.1 进程管理的背景55

3.2 进程互斥58

3.2.1 互斥与临界区58

3.2.2 互斥的软、硬件实现方法59

3.2.3 信号量及P、V原语63

3.2.4 用P、V操作实现互斥65

3.3 进程同步66

3.3.1 进程同步概念66

3.3.2 用P、V操作实现同步67

3.4 进程通信69

3.4.1 进程通信的类型69

3.4.2 消息传递70

3.4.3 进程通信的有关问题73

3.5 死锁74

3.5.1 死锁的概念74

3.5.2 死锁的必要条件75

3.5.3 死锁的防止75

3.5.4 死锁的避免77

3.5.5 死锁检测与恢复78

3.6 经典问题79

3.6.1 读者-写者问题79

3.6.2 哲学家进餐问题81

3.6.3 打瞌睡的理发师问题82

3.7 多核环境下的进程同步84

3.7.1 多核进程同步84

3.7.2 硬件原子操作85

3.7.3 总线锁85

3.7.4 多核环境下的软件同步原语85

3.7.5 旋锁86

3.8 进程同步与通信实例88

3.8.1 UNIX同步与通信88

3.8.2 Linux进程通信91

3.8.3 Windows同步与通信92

本章小结95

习题96

实验98

第4章 处理器调度99

4.1 处理器调度层次99

4.1.1 长程调度（Long-Term Scheduling）100

4.1.2 中程调度（Medium-Term Scheduling）100

4.1.3 短程调度（Short-Term Scheduling）101

4.2 调度准则101

4.3 短程调度算法102

4.3.1 单处理器短程调度算法102

4.3.2 多处理器短程调度算法107

4.4 实时调度112

4.4.1 实时调度算法的特点112

4.4.2 实时调度算法的分类113

4.4.3 常用的实时调度算法114

4.5 传统UNIX单处理器调度方法115

4.6 Windows 2000/XP处理器调度方法117

4.6.1 线程优先级117

4.6.2 对称多处理器上的线程调度118

4.7 UNIX多处理器调度与实时调度方法119

4.8 Linux处理器调度方法120

4.8.1 实时调度120

4.8.2 非实时调度122

本章小结122

习题123

第5章 存储器管理125

5.1 存储管理的功能125

5.1.1 计算机系统的多级存储结构125

5.1.2 存储管理的任务和功能126

5.2 存储分配的几种形式与重定位127

5.2.1 存储分配的几种形式127

5.2.2 重定位128

5.2.3 覆盖与交换130

5.3 单道环境下的存储管理131

5.4 分区存储管理132

5.4.1 固定分区法132

5.4.2 动态分区法133

5.4.3 地址转换与存储保护136

5.4.4 分区的共享137

5.4.5 移动技术137

5.4.6 分区存储管理的优缺点138

5.5 页式存储管理138

5.5.1 概述138

5.5.2 静态页式存储管理139

5.5.3 虚拟页式存储管理144

5.5.4 页式存储管理的优缺点156

5.6 段式及段页式存储管理156

5.6.1 段式存储管理156

5.6.2 段式虚拟存储管理158

5.6.3 段页式虚拟存储管理161

5.7 内存管理实例164

5.7.1 UNIX内存管理164

5.7.2 Linux内存管理166

5.7.3 Windows内存管理169

本章小结171

习题172

实验173

第6章 文件管理174

6.1 文件174

6.1.1 文件命名174

6.1.2 文件类型175

6.1.3 文件属性175

6.1.4 文件存取方法177

6.1.5 文件操作177

6.1.6 文件的逻辑结构177

6.2 文件目录181

6.2.1 文件目录内容181

6.2.2 文件目录结构182

6.3 文件共享与保护187

6.3.1 文件共享187

6.3.2 文件保护189

6.3.3 文件系统的一致性190

6.4 文件存储空间的管理191

6.4.1 空闲表法191

6.4.2 空闲链表法192

6.4.3 位示图法192

6.4.4 链接索引表法193

6.5 文件分配193

6.5.1 连续分配194

6.5.2 链接分配195

6.5.3 索引链接分配196

6.6 文件管理实例：UNIX文件管理197

6.6.1 U.NIX文件类型198

6.6.2 UNIX文件系统存储结构198

6.6.3 目录与索引结点199

6.6.4 文件分配200

6.6.5 文件系统的打开与读写202

6.7 文件管理实例：Linux虚拟文件系统203

6.7.1 超级块对象206

6.7.2 索引结点对象207

6.7.3 目录项对象208

6.7.4 文件对象209

6.7.5 主要的数据结构之间的关系210

6.7.6 Linux文件系统的安装和管理210

6.8 文件管理实例：Windows文件管理（NTFS）211

6.8.1 NTFS的主要特性211

6.8.2 NTFS卷和文件结构212

6.8.3 NTFS的可恢复性214

本章小结215

习题216

实验217

第7章 I/O管理218

7.1 I/O管理概述218

7.1.1 I/O管理目标与功能218

7.1.2 I/O系统组成219

7.2 I/O控制方式224

7.2.1 程序直接控制方式225

7.2.2 中断控制方式225

7.2.3 DMA控制方式226

7.2.4 通道控制方式227

7.3 I/O缓冲230

7.3.1 单缓冲231

7.3.2 双缓冲231

7.3.3 循环缓冲232

7.3.4 缓冲池232

7.3.5 缓冲的作用234

7.4 设备驱动程序234

7.4.1 设备驱动程序的模式234

7.4.2 设备驱动程序的功能234

7.4.3 设备驱动程序的特点235

7.4.4 设备驱动程序的处理过程235

7.5 设备分配236

7.5.1 设备分配原则与分配方式236

7.5.2 设备分配时应考虑的因素236

7.5.3 设备分配中的数据结构238

7.5.4 I/O设备分配的基本流程239

7.5.5 SPOOLing技术240

7.6 磁盘存储器的管理241

7.6.1 磁盘性能参数243

7.6.2 磁盘调度243

7.7 磁盘阵列（RAID）246

7.7.1 原理246

7.7.2 优点247

7.7.3 标准RAID247

7.8 I/O管理实例：UNIXI/O管理251

7.8.1 缓冲区管理251

7.8.2 设备驱动程序的接口253

7.9 I/O管理实例：Linux I/O管理254

7.9.1 Linux网络设备254

7.9.2 页面缓存（page cache）254

7.9.3 页面缓存的预读256

7.9.4 Linux硬盘管理258

7.9.5 Linux设备驱动程序259

7.10 I/O管理实例：Windows I/O管理259

7.10.1 I/O的系统结构260

7.10.2 I/O管理器260

7.10.3 I/O函数261

7.10.4 设备驱动程序262

7.10.5 I/O处理262

本章小结262

习题263

实验264

第8章 操作系统安全265

8.1 操作系统安全概述265

8.1.1 计算机系统安全265

8.1.2 操作系统安全267

8.1.3 基本概念268

8.2 安全评估与标准269

8.2.1 美国国防部的“橙皮书”（TCSEC）270

8.2.2 欧洲安全评价标准（ITSEC）271

8.2.3 国际通用安全评价标准（CC）272

8.2.4 加拿大安全评测标准（CTCPEC）272

8.2.5 中国推荐标准GB/T 18336—2001273

8.3 安全机制273

8.3.1 标识与鉴别机制273

8.3.2 访问控制276

8.3.3 监控与审计机制278

8.3.4 存储保护、运行保护和I/O保护279

8.3.5 加密280

8.3.6 恶意代码281

8.3.7 备份与容错284

8.3.8 隐通道分析与处理284

8.4 安全模型285

8.4.1 Bell-LaPadula模型285

8.4.2 Biba模型286

8.4.3 Clark-Wilson模型286

8.4.4 中国墙模型287

8.4.5 RBAC模型287

8.5 操作系统安全体系结构288

8.5.1 安全体系结构的含义288

8.5.2 FAM框架289

8.5.3 Flask体系289

8.6 安全操作系统简介290

8.6.1 SE-Linux290

8.6.2 EROS291

8.6.3 红旗安全Linux293

本章小结298

习题298

实验298

第9章 新型操作系统299

9.1 嵌入式操作系统299

9.1.1 EOS简介300

9.1.2 微软嵌入式操作系统300

9.1.3 嵌入式Linux与Android302

9.1.4 TinyOS303

9.1.5 VxWorks304

9.1.6 嵌入式操作系统的发展方向305

9.2 分布式操作系统307

9.2.1 多核操作系统307

9.2.2 客户机／服务器计算模型309

9.2.3 集群系统310

9.2.4 MapReduce计算模型312

9.3 虚拟化技术315

本章小结319

习题319

实验319

参考文献320