操作系統(tǒng)（第四版）

第一部分 背景知識
第 1章引論.. .............................. 2
1.1　操作系統(tǒng)的概念.. ............................. 2
1.1.1　計算機系統(tǒng)……………2
1.1.2　操作系統(tǒng)簡介…………4
1.1.3　操作系統(tǒng)的目標………5
1.2　操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展.. .......................... 6
1.2.1　操作系統(tǒng)的形成………6
1.2.2　操作系統(tǒng)的進一步發(fā)展
13
1.2.3　推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力…………………19
1.3　研究操作系統(tǒng)的幾種觀點.. ........................ 20
1.3.1　軟件的觀點……………20
1.3.2　計算機系統(tǒng)資源管理的觀點……………………20
1.3.3　進程的觀點……………21
1.3.4　用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間接口的觀點………21
1.3.5　虛機器的觀點…………22
1.3.6　服務提供者的觀點……22
1.4　操作系統(tǒng)的功能與特征.. ......................... 23
1.4.1　操作系統(tǒng)的功能………23
1.4.2　操作系統(tǒng)的特征………27
1.5　操作系統(tǒng)結構設計.. ........................... 29
1.5.1　傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構…29
1.5.2　現(xiàn)代的操作系統(tǒng)結構…31
習題.................................... 32
第 2章操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境.. ........................ 34
2.1　中央處理機.. .............................. 34
2.1.1　處理機的構成與基本工作方式…………………34
2.1.2　處理機的狀態(tài)…………35
2.2　存儲系統(tǒng).. ............................... 37
2.2.1　存儲器的類型…………37
2.2.2　存儲器的層次結構……37
2.2.3　存儲分塊和存儲保護…38
2.3　緩沖技術與中斷技術 .......................... 39
2.3.1　緩沖技術………………39
2.3.2　中斷技術………………40
2.3.3　時鐘……………………47
習題.................................... 48
第二部分 進 程
第 3章進程與進程管理.. .......................... 50
3.1　進程的引入 .............................. 50
3.1.1　前驅圖的定義…………50
3.1.2　程序順序執(zhí)行…………51
3.1.3　程序并發(fā)執(zhí)行…………51
3.1.4　多道程序設計…………53
3.2　進程 ................................. 54
3.2.1　進程的概念……………54
3.2.2　進程的基本狀態(tài)及其轉換………………………55
3.2.3　進程控制塊……………58
3.2.4　進程控制………………60
3.3　進程調(diào)度 ............................... 65
3.3.1　調(diào)度的基本概念………65
3.3.2　進程調(diào)度算法…………66
3.3.3　進程調(diào)度的時機和過程 70
3.4　線程的基本概念 ............................ 72
3.4.1　線程的引入……………72
3.4.2　線程的定義和屬性……73
3.4.3　線程與進程的比較……74
3.4.4　線程的實現(xiàn)機制………75
3.5　Linux的進程與進程管理.. ......................... 76
3.5.1　Linux的進程結構與進程控制 …………………76
3.5.2　Linux的核心進程調(diào)度 77
習題.. ………83
第 4章進程同步與通信.. .......................... 84
4.1　進程間的相互作用 ……………84
4.1.1　進程間的聯(lián)系…………84
4.1.2　利用軟件方法解決進程互斥問題………………87
4.1.3　利用硬件方法解決進程互斥問題………………89
4.1.4　信號量機制……………91
4.1.5　經(jīng)典進程同步問題……95
4.1.6　管程機制……………106
4.2　進程通信 ............................... 113
4.2.1　進程通信的類型……114
4.2.2　直接通信和間接通信 115
4.2.3　消息緩沖隊列通信機制………………………116
4.3　死鎖 ................................. 118
4.3.1　產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件…………………118
4.3.2　預防死鎖……………122
4.3.3　避免死鎖……………123
4.3.4　檢測死鎖……………127
4.3.5　解除死鎖……………128
4.4　Linux進程間通信.. ............................ 129
4.4.1　Linux進程通信的基本概念 …………………129
4.4.2　Linux消息隊列 ……132
4.4.3　Linux的信號量 ……135
4.4.4　共享內(nèi)存……………138
4.4.5　Linux系統(tǒng)調(diào)用與進程通信 …………………139
4.4.6　進程通信信號………139
習題.................................... 141
第三部分 存儲管理
第 5章存儲器管理.. ............................ 144
5.1　概述 ................................. 144
5.1.1　存儲體系……………144
5.1.2　存儲管理的目的……144
5.1.3　存儲管理的任務……145
5.1.4　程序的連接和裝入…146
5.1.5　存儲管理方式的分類 148
5.2　連續(xù)存儲管理方式 ........................... 149
5.2.1　單一連續(xù)分配………149
5.2.2　分區(qū)分配……………149
5.3　覆蓋技術與交換技術 .......................... 154
5.3.1　覆蓋技術……………154
5.3.2　交換技術……………155
5.4　分頁存儲管理方式 ........................... 156
5.4.1　基本思想（工作原理）………………………156
5.4.2　動態(tài)地址變換………157
5.4.3　快表…………………158
5.4.4　兩級和多級頁表……159
5.4.5　分配與回收…………160
5.5　分段存儲管理方式 ........................... 161
5.5.1　基本思想（工作原理）………………………161
5.5.2　動態(tài)地址變換………162
5.5.3　存儲保護……………163
5.5.4　分頁和分段的主要區(qū)別………………………163
5.6　段頁式存儲管理方式 .......................... 164
5.6.1　基本思想（工作原理）………………………164
5.6.2　地址變換……………164
習題.................................... 165
第 6章虛擬存儲器管理.. .......................... 166
6.1　概述 ................................. 166
6.1.1　局部性原理…………166
6.1.2　虛擬存儲器定義……167
6.2　分頁虛擬存儲管理 ........................... 167
6.2.1　基本原理……………167
6.2.2　缺頁中斷機構………168
6.2.3　地址變換機構………168
6.2.4　頁面置換算法………169
6.2.5　內(nèi)存分配策略和分配算法……………………171
6.2.6　調(diào)頁策略……………172
6.2.7　抖動問題……………173
6.3　分段虛擬存儲管理 ........................... 176
6.3.1　基本原理……………176
6.3.2　缺段中斷機構………176
6.3.3 段的動態(tài)連接………177
6.3.4　段的共享……………177
6.4　Linux的內(nèi)存管理.. ............................ 178
6.4.1　Linux存儲管理的重要數(shù)據(jù)結構 ……………178
6.4.2　頁表的管理…………180
6.4.3　頁面分配和回收……181
6.4.4　頁面換入……………182
6.4.5　換出與丟棄頁面……182
6.4.6　頁面錯誤的處理……183
6.4.7　頁面 Cache …………184
6.4.8　Linux的 swap Cache 185
6.4.9　內(nèi)核
Cache的管理…186
習題.................................... 188
第四部分 文件和輸入 /輸出管理
第 7章用戶接口管理.. ........................... 190
7.1　概述 ................................. 190
7.1.1　命令接口……………190
7.1.2　程序接口……………191
7.1.3　圖形接口……………191
7.2　命令接口 ............................... 191
7.2.1　聯(lián)機命令接口………192
7.2.2　脫機命令接口………194
7.3　系統(tǒng)調(diào)用 ............................... 194
7.3.1　系統(tǒng)調(diào)用的概念……194
7.3.2　系統(tǒng)調(diào)用的處理過程 196
習題.................................... 197
第 8章文件管理.. ............................. 198
8.1　概述 ................................. 198
8.1.1　文件和文件系統(tǒng)……198
8.1.2　文件的分類…………199
8.2　文件的結構和存取方式 ......................... 200
8.2.1　文件的存取方式 …200
8.2.2　文件的邏輯結構……201
8.2.3　存儲介質(zhì)……………203
8.2.4　文件的物理結構……205
8.3　文件目錄 ............................... 214
8.3.1　文件控制塊…………214
8.3.2　文件目錄結構………214
8.3.3　目錄的查找和目錄的改進……………………216
8.4　文件系統(tǒng)的實現(xiàn) ............................ 218
8.4.1　打開文件表…………218
8.4.2　外存空間管理………219


8.5　文件的使用 .............................. 222
8.5.1　主要操作……………222
8.5.2　文件共享……………224
8.6　文件系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)一致性 ..................... 227
8.6.1　防止人為因素造成的文件不安全性…………228
8.6.2　防止系統(tǒng)因素或自然因素造成的文件不安全性………………………230
8.6.3　文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性………………………234
8.7　磁盤調(diào)度 ............................... 236
8.7.1　磁盤 I/O時間 ………236
8.7.2　磁盤的移臂調(diào)度……237
8.7.3　磁盤的優(yōu)化分布……238
8.8　Linux的文件系統(tǒng).. ............................ 239
8.8.1　Linux文件系統(tǒng)的結構 ………………………239
8.8.2　Linux文件類型 ……240
8.8.3　Linux文件系統(tǒng)的目錄 ………………………241
8.8.4　Linux文件的查找 …241
8.8.5　Linux文件的操作 …242
8.8.6　Linux文件的共享 …245
8.8.7　Linux文件目錄操作 246
8.8.8　Linux文件的一致性處理 ……………………246
8.8.9　Linux EXT2文件系統(tǒng) ………………………247
8.8.10　EXT2位示圖和 I結點圖……………………248
8.8.11　Linux高速緩存 …250
習題.................................... 251
第 9章設備管理.. ............................. 253
9.1　概述 ................................. 253
9.1.1　設備的分類…………253
9.1.2　設備管理的目標和功能………………………254
9.2　I/O硬件特點.. .............................. 255
9.2.1　設備組成……………255
9.2.2　設備接口……………255
9.2.3　設備控制器…………256
9.2.4　通道…………………256
9.2.5　I/O控制方式 ………259
9.2.6　緩沖技術……………261
9.3　I/O軟件的組成.. ............................. 264
9.3.1　I/O軟件的目標 ……264
9.3.2　中斷處理程序………265
9.3.3　設備驅動程序………266
9.3.4　獨立于設備的軟件…267
9.3.5　用戶空間的 I/O軟件 269
9.4　設備分配 ............................... 270
9.4.1　設備分配中的數(shù)據(jù)結構………………………270
9.4.2　設備獨立性…………271
9.4.3　設備分配……………272
9.5　虛擬設備 ............................... 274
9.5.1　Spooling技術 ………274
9.5.2　共享打印機…………275
9.5.3　Spooling系統(tǒng)的優(yōu)缺點 ………………………275
9.6　Linux I/O設備管理.. ........................... 276
9.6.1　Linux中的設備文件 276
9.6.2　Linux的設備驅動程序 ………………………276
9.6.3　Linux的中斷處理 …282
習題.................................... 283