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第一部分 操作系统概述2

第1章 入门2

1.1引言2

1.2什么是操作系统3

1.3操作系统的用户视图和系统视图4

1.3.1用户视图及用户分类4

1.3.2系统视图5

1.3.3一个例子：移动鼠标（和鼠标指针）6

1.3.4另一个比较大的例子：文件7

1.4操作系统的一些术语、基本概念和图解7

1.4.1基本术语7

1.4.2这些图片说明了什么8

1.4.3走近真实：个人计算机操作系统9

1.4.4为什么设立抽象层10

1.5操作系统发展导论11

1.5.1操作系统的起源11

1.5.2操作系统应当做什么12

1.6小结13

习题13

第2章 操作系统概念、模块和体系结构14

2.1操作系统做什么工作14

2.2操作系统管理的资源及主要的操作系统模块16

2.2.1操作系统管理的资源类型16

2.2.2操作系统的主要模块18

2.3进程概念和操作系统进程信息19

2.3.1进程定义和进程状态19

2.3.2操作系统维护的进程信息21

2.3.3进程分类和执行模式21

2.4面向功能的操作系统分类22

2.4.1单用户单任务操作系统22

2.4.2多任务操作系统22

2.4.3分时操作系统和服务器23

2.4.4网络和分布式操作系统24

2.4.5实时操作系统25

2.5操作系统构建方法25

2.5.1整体式单内核操作系统方法25

2.5.2分层式操作系统方法25

2.5.3微内核操作系统方法26

2.6操作系统实现中的一些问题和技术27

2.6.1基于中断向量的中断处理27

2.6.2系统调用28

2.6.3队列和表28

2.6.4面向对象的方法29

2.6.5虚拟机29

2.7操作系统功能及向后兼容的最小化方法和最大化方法31

2.7.1向后兼容31

2.7.2用户最优化与硬件最优化32

2.8小结32

参考文献32

网上资源33

习题33

第二部分 渐进式构建操作系统：面向广度的螺旋式方法37

第3章 简单的单进程操作系统37

3.1监控程序和CP/M37

3.1.1监控程序：简单操作系统的前身37

3.1.2为什么创建CP/M？什么是软件危机38

3.1.3 CP/M的构成39

3.2简单的个人计算机系统的特征39

3.3输入/输出管理40

3.3.1键盘输入——可移植性与灵活性41

3.3.2视频监视器输出——可移植性及功能与性能41

3.4磁盘管理和文件系统42

3.4.1磁盘系统42

3.4.2文件系统43

3.5进程和内存管理46

3.5.1应用程序的创建与执行46

3.5.2基于CCP的命令处理47

3.5.3内存管理48

3.5.4覆盖49

3.5.5进程及基本的多任务49

3.6小结50

参考文献50

网上资源51

习题51

第4章 单用户多任务操作系统52

4.1简单的多任务系统53

4.2 Palm操作系统运行环境及系统布局54

4.2.1基本内存为易失性随机访问存储器55

4.2.2没有辅助存储器55

4.2.3小屏幕尺寸55

4.2.4没有键盘56

4.3进程调度56

4.3.1处理涂鸦式输入——实时操作系统任务56

4.3.2应用程序进程——任何时候只能有一道进程持有焦点57

4.3.3典型的用户应用程序57

4.3.4真正的调度程序开始成形58

4.4内存管理58

4.4.1内存基础知识58

4.4.2内存分配59

4.4.3不可移动的内存块61

4.4.4空闲空间监测61

4.5文件支持62

4.5.1数据库和记录62

4.5.2资源对象62

4.5.3辅助存储器63

4.6基本输入/输出63

4.7显示管理64

4.7.1相应硬件64

4.7.2高级图形化用户界面元素64

4.7.3特殊的窗体类型64

4.7.4低级图形化用户界面控件65

4.8事件驱动的程序66

4.9小结67

参考文献67

网上资源67

习题68

第5章 单用户多任务/多线程操作系统69

5.1引言69

5.2 Mac计算机的起源69

5.3 Mac操作系统——第1版系统70

5.3.1图形化用户界面70

5.3.2单任务71

5.3.3辅助存储器72

5.3.4内存管理72

5.3.5只读存储器74

5.3.6增量版本74

5.4第2版系统74

5.4.1图形化用户界面75

5.4.2多任务75

5.5第3版系统75

5.5.1多级文件系统75

5.5.2网络76

5.6第4版系统76

5.6.1多重查找器76

5.6.2多重查找器与图形化用户界面77

5.6.3内存管理与多重查找器77

5.7第5版系统78

5.8第6版系统78

5.9第7版系统79

5.9.1图形化用户界面79

5.9.2虚拟内存79

5.9.3新型处理器80

5.9.4输入/输出增强81

5.10第8版系统82

5.10.1多级文件系统升级版82

5.10.2其他的硬件变化83

5.10.3统一字符编码标准支持83

5.11第9版系统84

5.11.1多用户84

5.11.2网络85

5.11.3应用程序接口85

5.11.4视频86

5.12 X版Mac操作系统86

5.12.1新功能87

5.12.2又一款新处理器87

5.13小结87

参考文献87

网上资源88

习题88

第6章 多用户操作系统90

6.1引言90

6.1.1多用户操作系统的历史90

6.1.2 Linux操作系统的基本结构93

6.1.3动态可加载模块94

6.1.4中断处理95

6.1.5文件系统目录树96

6.2多用户操作系统环境96

6.2.1文件访问权限97

6.2.2文件控制块98

6.3进程和线程98

6.3.1 Linux任务98

6.3.2抢占式多任务99

6.3.3对称多处理99

6.4小结101

参考文献101

网上资源101

习题101

第7章 并行分布式计算、集群和网格102

7.1引言102

7.2关键概念102

7.3并行处理和分布式处理103

7.4分布式系统体系结构105

7.4.1执行环境概述105

7.4.2对称多处理系统106

7.4.3集群107

7.4.4计算网格108

7.4.5志愿计算109

7.5操作系统相关概念在对称多处理、集群和网格中的解读111

7.5.1进程同步和通信111

7.5.2一个例子111

7.5.3例子复杂化的一面112

7.5.4对称多处理的解决方案112

7.5.5集群的解决方案112

7.5.6网格的解决方案112

7.5.7文件共享技术113

7.5.8远程服务的运用114

7.5.9故障处理114

7.6举例说明115

7.6.1在集群和网格上的科学计算115

7.6.2人类基因组脱氧核糖核酸组装115

7.6.3 IBM计算生物学中心和集群计算116

7.6.4志愿计算集群116

7.6.5一个典型的计算机集群117

7.6.6 Globus集群的使用117

7.6.7门户和万维网界面118

7.7小结119

参考文献119

网上资源119

习题119

第三部分 处理器管理及内存管理122

第8章 进程管理：概念、线程和调度122

8.1引言122

8.2进程描述符——进程控制块123

8.3进程状态和转换123

8.4进程调度126

8.4.1先来先服务调度126

8.4.2优先级调度126

8.4.3保证型调度127

8.4.4最短运行时间优先调度127

8.4.5高响应比优先调度128

8.4.6抢占式调度128

8.4.7多级队列调度129

8.4.8最佳算法的选择130

8.4.9长程调度器132

8.4.10处理器亲和性133

8.5进程创建133

8.6线程135

8.6.1什么是线程135

8.6.2用户级线程与内核级线程136

8.6.3线程支持模型137

8.6.4同时多线程139

8.6.5进程与线程139

8.7实例研究139

8.7.1 POSIX线程140

8.7.2 Windows NT140

8.7.3 Solaris142

8.7.4 Linux142

8.7.5 Java143

8.8小结144

参考文献144

网上资源144

习题144

第9章 进程管理进阶：进程间通信、同步和死锁146

9.1为什么会有协作式进程146

9.2进程间通信148

9.2.1通信机制的特性149

9.2.2进程间通信系统的例子152

9.2.3共享内存系统的例子154

9.3同步154

9.3.1相关问题154

9.3.2原子操作155

9.3.3锁与临界区155

9.3.4硬件锁指令156

9.3.5信号量与等待157

9.3.6计数型信号量157

9.3.7同步与流水线体系结构158

9.3.8对称多处理系统中的同步158

9.3.9优先级倒置158

9.3.10经典问题159

9.3.11管程160

9.4死锁161

9.4.1什么是死锁161

9.4.2可以对死锁采取哪些措施163

9.4.3死锁预防163

9.4.4死锁避免165

9.4.5死锁检测167

9.4.6抢占和其他实用的解决方案167

9.5小结168

参考文献168

网上资源169

习题169

第10章 基本的内存管理171

10.1为什么要管理主内存171

10.2开发周期步骤与绑定模型171

10.3单一进程172

10.3.1编码时绑定172

10.3.2链接时绑定173

10.3.3单一进程174

10.3.4动态重定位174

10.3.5物理内存空间与逻辑内存空间175

10.3.6程序比内存大175

10.3.7覆盖175

10.3.8对换176

10.4固定进程数的多进程177

10.4.1内部碎片178

10.4.2分时共享178

10.5可变进程数的多进程178

10.5.1动态加载181

10.5.2动态链接库181

10.6小结182

参考文献183

习题183

第11章 高级的内存管理184

11.1为什么需要硬件的辅助支持184

11.2分页184

11.2.1要求两次访问内存186

11.2.2有效的内存访问时间186

11.2.3内存访问控制188

11.2.4大页表188

11.2.5反置页表190

11.2.6支持页面大小多样化的页表190

11.2.7历史的注脚191

11.3分段191

11.4段页式193

11.5请求分页194

11.5.1请求分页方式下的有效内存访问时间195

11.5.2工作集与页面置换196

11.5.3脏页198

11.5.4其他的页面淘汰算法199

11.5.5每个进程应当拥有多少页面200

11.5.6页面限值自动平衡200

11.5.7抖动201

11.5.8页面锁定201

11.5.9页面清理机制202

11.5.10程序设计与缺页率202

11.6特殊的内存管理主题203

11.6.1进程间内存共享203

11.6.2内存映射文件204

11.6.3 Windows XP预提取文件205

11.6.4 Symbian内存管理206

11.7小结207

参考文献207

网上资源207

习题207

第四部分 面向深度的操作系统概念的展示：文件系统和输入/输出210

第12章 文件系统基础210

12.1引言210

12.2目录211

12.2.1逻辑结构211

12.2.2物理结构214

12.2.3目录操作214

12.2.4文件系统元数据216

12.3存取方法216

12.3.1顺序存取216

12.3.2随机存取217

12.3.3更高级别的存取方法217

12.3.4原始存取219

12.4空闲空间管理219

12.4.1链表式空闲空间监测219

12.4.2改进的链表法220

12.4.3位图式空闲空间监测221

12.5文件分配223

12.5.1连续分配223

12.5.2链接分配225

12.5.3索引分配227

12.6小结229

参考文献229

网上资源230

习题230

第13章 文件系统实例及更多功能232

13.1引言232

13.2实例研究232

13.2.1 FAT文件系统232

13.2.2 NTFS文件系统234

13.2.3 UNIX和Linux的文件系统235

13.3挂载236

13.3.1本地文件系统挂载236

13.3.2远程文件系统挂载237

13.4多文件系统和重定向238

13.4.1虚拟文件系统238

13.4.2网络文件系统239

13.5内存映射文件240

13.6文件系统实用例程240

13.7日志式文件系统242

13.8小结243

参考文献243

网上资源243

习题243

第14章 磁盘调度和输入/输出管理244

14.1引言244

14.2设备特性244

14.2.1随机存取与顺序存取244

14.2.2设备分类245

14.3输入/输出技术246

14.3.1缓冲技术246

14.3.2高速缓存技术247

14.3.3针对短小记录的分块技术247

14.4磁盘物理组织248

14.4.1扇区、磁道、柱面及磁头248

14.4.2扇区分组区和扇区编址249

14.4.3低级格式化250

14.4.4速度：寻道、传输及缓冲250

14.5磁盘逻辑组织251

14.5.1分区251

14.5.2引导块252

14.5.3错误检测与校正253

14.6廉价磁盘冗余阵列254

14.6.1廉价磁盘冗余阵列构型255

14.6.2廉价磁盘冗余阵列故障257

14.7磁盘操作调度259

14.7.1先来先服务调度算法259

14.7.2搭便车调度算法260

14.7.3最短寻道时间优先调度算法260

14.7.4向前看调度算法261

14.7.5循环向前看调度算法263

14.7.6先来先服务-向前看调度算法264

14.7.7 N轮向前看调度算法264

14.7.8 Linux调度程序265

14.7.9向控制器发送命令265

14.7.10哪种算法最好266

14.8内存直接存取型控制器和磁盘硬件特征266

14.8.1内存直接存取型控制器266

14.8.2磁盘驱动器的其他特征267

14.8.3扇区保留和扇区迁移267

14.8.4自我监控报告技术268

14.8.5展望未来268

14.9小结269

参考文献269

网上资源269

习题270

第五部分 网络、分布式系统及安全272

第15章 计算机网络272

15.1为什么要把计算机通过网络连接起来272

15.2基础知识274

15.2.1相关模型274

15.2.2局域网与广域网275

15.2.3拓扑结构276

15.3应用层协议278

15.3.1应用层278

15.3.2超文本传输协议279

15.3.3文件传输协议280

15.3.4简单邮件传输协议、邮局协议及互联网邮件访问协议280

15.4传输控制协议和网际协议281

15.4.1传输层281

15.4.2网际协议寻址和路由281

15.4.3名称解析283

15.4.4第6版网际协议283

15.4.5公共实用例程284

15.4.6其他协议284

15.4.7防火墙285

15.5数据链路层285

15.5.1以太网286

15.5.2桥接与交换286

15.5.3令牌环287

15.5.4其他的数据链路方法288

15.5.5网际协议地址到介质访问控制地址的映射288

15.5.6面向硬件的功能迁移289

15.6广域网289

15.6.1帧中继290

15.6.2其他广域网技术290

15.7物理层291

15.7.1铜线规格291

15.7.2光纤规格292

15.7.3无线网络292

15.7.4关于网络故障排查的说明293

15.8网络管理293

15.8.1简单管理工具293

15.8.2简单网络管理协议和网络设备管理293

15.8.3数据包捕获294

15.8.4远程监控294

15.9小结295

参考文献295

网上资源295

习题296

第16章 保护和安全298

16.1问题和威胁298

16.1.1计算机病毒299

16.1.2特洛伊木马300

16.1.3蠕虫300

16.1.4间谍软件300

16.1.5拒绝服务攻击301

16.1.6缓冲区溢出302

16.1.7脚本和小应用程序303

16.2操作系统保护304

16.2.1保护304

16.2.2认证304

16.2.3授权305

16.3策略、机制和技术308

16.3.1安全与保护策略308

16.3.2系统崩溃保护：备份308

16.3.3并发性保护310

16.3.4文件保护310

16.4通信安全310

16.4.1加密311

16.4.2消息摘要312

16.4.3消息签名与证书313

16.4.4安全协议314

16.4.5网络保护315

16.5安全管理316

16.6小结317

参考文献317

网上资源318

习题318

第17章 分布式操作系统320

17.1引言320

17.2分布式应用模型322

17.2.1客户端-服务器模型322

17.2.2三层模型322

17.2.3 N层应用程序323

17.2.4水平分布324

17.3抽象概念：进程、线程和机器325

17.3.1线程325

17.3.2虚拟机326

17.4命名327

17.4.1发现服务和Jini328

17.4.2发现服务、X.500以及轻量级目录访问协议328

17.4.3对移动式网际协议的实体的定位328

17.5其他分布式模型329

17.5.1远程过程调用329

17.5.2分布式对象331

17.5.3分布式文档331

17.5.4分布式文件系统331

17.6同步332

17.6.1时钟332

17.6.2互斥333

17.6.3选举334

17.6.4可靠的多播通信336

17.6.5分布式事务337

17.7容错338

17.7.1概述338

17.7.2进程韧性338

17.7.3可靠的客户端-服务器通信339

17.7.4分布式提交339

17.8小结340

参考文献340

网上资源341

习题341

第六部分 实例研究344

第18章从Windows NT到 Windows Vista344

18.1 Windows NT系列操作系统发展历程345

18.2用户操作系统环境349

18.3进程调度351

18.4内存管理352

18.4.1地址空间353

18.4.2页面映射353

18.4.3分页共享及写时复制354

18.4.4页面置换354

18.4.5预取配置355

18.5文件支持355

18.5.1 NTFS356

18.5.2 NTFS高级功能特征360

18.6基本输入/输出362

18.6.1分区362

18.6.2输入/输出系统分层363

18.6.3即插即用363

18.6.4设备驱动程序364

18.6.5磁盘类、端口及微型端口的驱动程序365

18.7图形化用户接口编程365

18.8网络366

18.9对称多处理367

18.10 XP操作系统启动速度提升措施367

18.11小结368

参考文献368

网上资源368

习题369

第19章Linux操作系统实例研究370

19.1引言370

19.1.1Linux发展简史370

19.1.2内核体系结构371

19.2进程调度372

19.2.1实时进程373

19.2.2普通进程373

19.2.3 nice命令及相关系统调用374

19.2.4对称多处理负载均衡374

19.3内存管理375

19.4文件支持376

19.4.1标准文件系统376

19.4.2虚拟文件系统377

19.4.3进程文件系统378

19.5基本输入/输出378

19.5.1设备表378

19.5.2设备类型379

19.6图形化用户接口编程382

19.7网络384

19.7.1网络分层384

19.7.2监听连接的超级服务器384

19.7.3 Samba385

19.8安全385

19.8.1 Linux安全模块385

19.8.2网络安全386

19.9对称多处理387

19.10其他Linux操作系统变种387

19.10.1实时Linux操作系统387

19.10.2嵌入式Linux操作系统388

19.11小结389

参考文献389

网上资源389

习题389

第20章Palm操作系统实例研究391

20.1概述391

20.2多进程操作系统环境391

20.3 Palm进程调度392

20.3.1实时任务392

20.3.2其他任务392

20.4 Palm内存管理392

20.5文件支持393

20.6输入/输出子系统393

20.6.1音频输入/输出393

20.6.2流输入/输出393

20.6.3内存型磁盘驱动程序394

20.6.4照相机394

20.6.5通信电路394

20.7图形化用户接口编程394

20.8网络编程394

20.8.1个人数据同步394

20.8.2其他数据同步395

20.8.3互联网应用程序395

20.8.4电话应用程序395

20.9编程环境396

20.10类似系统和当前发展状况397

20.10.1新的功能模型397

20.10.2高级通信模型398

20.10.3线程调度398

20.10.4用户界面参考设计399

20.10.5位置感知类应用程序400

20.10.6后来的Palm操作系统版本400

20.11小结401

参考文献401

网上资源401

习题401

附录 计算机系统总览和体系结构概念403

索引425