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第一章 计算机操作系统概论1

1.1 操作系统的概念1

1.1.1 从用户使用角度理解操作系统1

1.1.2 从计算资源管理和控制角度理解操作系统2

1.1.3 从计算环境角度理解操作系统3

1.2 操作系统的发展历史4

1.2.1 串行处理4

1.2.2 简单批处理系统5

1.2.3 多道程序批处理系统7

1.2.4 多道程序设计的实现9

1.2.5 分时系统10

1.3 操作系统的体系结构12

1.3.1 简单结构12

1.3.2 层次化结构13

1.3.3 微内核结构14

1.3.4 模块结构15

1.3.5 虚拟机16

1.4 操作系统大观18

习题20

第二章 操作系统的硬件基础22

2.1 计算机硬件结构22

2.1.1 内存23

2.1.2 处理器26

2.1.3 I/O模块28

2.1.4 系统总线31

2.2 指令33

2.2.1 指令集33

2.2.2 过程调用37

2.2.3 CISC和RISC39

2.3 指令循环和异常处理40

2.3.1 指令循环40

2.3.2 异常和带有异常处理的指令循环43

2.3.3 异常的分类44

2.3.4 异常处理45

2.4 处理器的运行模式和模式切换47

习题48

第三章 进程管理50

3.1 进程的概念和结构50

3.1.1 程序并发执行的基本需求50

3.1.2 进程的概念51

3.1.3 进程的结构52

3.1.4 进程控制块53

3.2 进程的状态55

3.2.1 五状态模型55

3.2.2 七状态模型58

3.3 进程控制61

3.3.1 进程的创建和退出61

3.3.2 进程切换62

3.3.3 进程切换的时机64

3.3.4 过程调用和系统调用的区别65

3.4 UNIX中的进程控制65

3.4.1 获取进程ID66

3.4.2 创建和终止进程66

3.4.3 装载和运行程序68

3.5 进程调度策略70

3.5.1 调度目标70

3.5.2 进程调度71

3.5.3 短程调度策略72

3.6 线程76

3.6.1 线程概念的引入76

3.6.2 线程的实现78

3.6.3 线程与进程的关系80

3.6.4 线程的控制81

3.6.5 多线程程序中的变量83

习题85

第四章 进程的并发和死锁87

4.1 并发问题87

4.2 进程的互斥89

4.2.1 互斥问题89

4.2.2 解决互斥问题的软件方法91

4.2.3 解决互斥问题的硬件方法98

4.2.4 信号量和P、V操作100

4.2.5 使用信号量解决互斥问题102

4.3 进程的同步104

4.3.1 同步问题104

4.3.2 使用信号量解决同步问题105

4.4 典型并发设计问题107

4.4.1 生产者-消费者问题107

4.4.2 读者-写者问题112

4.5 其他并发控制机制115

4.5.1 管程115

4.5.2 消息传递122

4.6 死锁127

4.6.1 死锁的定义127

4.6.2 哲学家就餐问题130

4.6.3 死锁的描述133

4.6.4 死锁的条件135

4.7 死锁的处理135

4.7.1 死锁预防135

4.7.2 死锁避免136

4.7.3 死锁检测141

习题143

第五章 内存管理147

5.1 内存管理的需求147

5.1.1 基本需求147

5.1.2 地址定位148

5.2 早期操作系统的内存管理151

5.2.1 固定分区管理151

5.2.2 覆盖技术152

5.2.3 可变分区管理153

5.2.4 伙伴系统（Buddy system）154

5.3 虚拟内存155

5.3.1 可执行目标文件156

5.3.2 虚拟地址空间158

5.3.3 虚拟内存158

5.3.4 页表160

5.3.5 页面命中和缺页故障162

5.3.6 对内存管理需求的支持165

5.3.7 地址转换的硬件实现和加速168

5.4 分页式虚拟内存管理173

5.4.1 程序局部性原理174

5.4.2 读取策略175

5.4.3 置换策略176

5.4.4 驻留集管理179

5.4.5 换出策略180

5.4.6 加载控制181

5.5 分段式虚拟内存管理182

5.5.1 基本原理182

5.5.2 段的动态链接185

5.5.3 段的共享186

5.5.4 段页式虚拟内存管理188

习题191

第六章 文件管理193

6.1 文件系统194

6.1.1 文件系统的概念194

6.1.2 文件系统的存储结构194

6.2 文件195

6.2.1 文件的属性196

6.2.2 文件的操作197

6.2.3 文件的类型198

6.2.4 文件的存储设备198

6.3 文件的结构200

6.3.1 文件的逻辑结构200

6.3.2 文件的物理结构201

6.4 文件存储空间管理208

6.4.1 空闲区表208

6.4.2 空白块链208

6.4.3 位示图209

6.4.4 MS-DOS的盘空间管理209

6.4.5 UNIX文件存储空间的管理210

6.5 文件目录结构212

6.5.1 目录结构212

6.5.2 目录和目录项的实现215

6.5.3 文件链接218

6.6 文件共享222

6.6.1 打开文件在内核中的数据结构222

6.6.2 进程间的文件共享223

6.6.3 打开文件的一致性语义和文件锁225

6.6.4 管道226

6.7 文件系统的保护229

6.7.1 文件访问权和保护域229

6.7.2 UNIX文件系统的访问控制机制231

6.8 UNIX中有关文件的系统调用235

6.8.1 文件读、写的系统调用235

6.8.2 访问文件状态的系统调用237

6.8.3 文件链接的系统调用238

习题239

第七章 输入／输出系统241

7.1 I/O系统概述241

7.1.1 I/O系统的基本功能242

7.1.2 I/O系统层次结构和模型243

7.1.3 I/O系统接口245

7.2 I/O系统硬件结构和组织246

7.2.1 I/O设备类型246

7.2.2 I/O设备的物理特性247

7.2.3 I/O设备控制器249

7.2.4 I/O通道250

7.2.5 I/O设备的控制方式253

7.2.6 I/O通道控制方式256

7.3 I/O系统软件组织258

7.3.1 I/O软件设计的目标258

7.3.2 中断处理程序259

7.3.3 设备驱动程序259

7.3.4 设备无关的I/O软件260

7.3.5 用户空间的I/O软件261

7.4 缓冲处理技术262

7.4.1 缓冲区的引入263

7.4.2 单缓冲区和双缓冲区264

7.4.3 环形缓冲区266

7.4.4 缓冲池267

7.5 磁盘驱动调度269

7.5.1 磁盘访问时间269

7.5.2 早期的磁盘调度算法270

7.5.3 基于扫描的磁盘调度算法271

7.6 设备分配及其实施272

7.6.1 设备分配的数据结构272

7.6.2 设备分配的原则274

7.6.3 设备分配的策略275

7.7 I/O进程控制275

7.7.1 I/O控制的功能275

7.7.2 I/O控制的实现276

7.7.3 设备驱动过程277

习题277

参考文献279