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第1章 操作系统概论1

1.1 操作系统的概念1

1.1.1 操作系统的定义1

1.1.2 操作系统的特征3

1.1.3 操作系统的功能4

1.1.4 操作系统的设计目标8

1.1.5 操作系统的性能指标9

1.2 操作系统的形成和发展9

1.2.1 人工操作阶段9

1.2.2 单道批处理10

1.2.3 多道批处理10

1.2.4 分时操作系统12

1.2.5 个人计算机操作系统13

1.2.6 实时操作系统14

1.2.7 网络操作系统16

1.2.8 分布式操作系统17

1.2.9 操作系统的进一步发展18

1.3 操作系统的结构19

1.3.1 整体结构20

1.3.2 分层结构21

1.3.3 虚拟机22

1.3.4 外核23

1.3.5 客户机／服务器结构23

1.4 常用操作系统简介24

1.4.1 Windows系列操作系统24

1.4.2 UNIX和Linux系统26

1.5 小结28

1.6 思考练习28

第2章 操作系统的界面30

2.1 用户工作环境30

2.1.1 用户环境30

2.1.2 系统的生成与引导31

2.1.3 实例分析：Linux系统启动34

2.2 操作系统的用户接口35

2.2.1 命令接口35

2.2.2 图形用户接口37

2.2.3 程序接口37

2.3 操作系统提供的服务38

2.3.1 操作系统提供的基本服务38

2.3.2 操作系统提供的公共函数39

2.4 小结40

2.5 思考练习40

第3章 处理器管理42

3.1 进程的引入42

3.1.1 程序的顺序执行42

3.1.2 程序的并发执行43

3.2 进程的概念44

3.2.1 进程的定义44

3.2.2 进程的状态45

3.2.3 进程控制块47

3.3 进程控制48

3.3.1 进程控制的概念48

3.3.2 进程控制机构48

3.3.3 进程创建49

3.3.4 进程撤销50

3.3.5 进程阻塞50

3.3.6 进程唤醒50

3.4 线程50

3.4.1 线程的概念51

3.4.2 线程的特点与状态51

3.4.3 线程的实现52

3.4.4 多线程模型52

3.4.5 线程池54

3.5 处理器调度54

3.5.1 处理器调度的层次54

3.5.2 选择调度算法的准则56

3.5.3 作业调度57

3.5.4 进程调度58

3.6 调度算法59

3.6.1 先来先服务59

3.6.2 短作业（进程）优先60

3.6.3 优先级调度60

3.6.4 时间片轮转法61

3.6.5 多级队列调度算法62

3.6.6 多级反馈队列调度63

3.6.7 高响应比优先调度64

3.7 多处理器调度和实时调度65

3.7.1 多处理器调度65

3.7.2 实时调度65

3.8 Linux的进程管理66

3.8.1 Linux的进程描述符66

3.8.2 Linux的进程状态及转换68

3.8.3 Linux进程的调度69

3.8.4 Linux进程的创建和终止70

3.8.5 Linux的线程管理71

3.9 小结72

3.10 思考练习73

第4章 进程同步与死锁75

4.1 进程的同步和互斥75

4.1.1 进程的同步75

4.1.2 进程互斥76

4.1.3 信号量机制79

4.1.4 信号量的使用方法84

4.1.5 信号量的应用实例85

4.2 经典同步问题87

4.2.1 生产者—消费者问题87

4.2.2 读者—写者问题89

4.2.3 哲学家进餐问题91

4.2.4 理发师问题94

4.3 管程95

4.3.1 管程的基本概念96

4.3.2 条件变量97

4.3.3 使用管程解决生产者—消费者问题98

4.4 进程通信99

4.4.1 进程通信的概念99

4.4.2 进程通信的方式100

4.4.3 消息传递系统101

4.4.4 消息缓冲队列通信机制103

4.4.5 管道通信方式105

4.4.6 Linux的进程通信106

4.5 死锁111

4.5.1 死锁的概念111

4.5.2 死锁产生的原因和必要条件112

4.5.3 死锁的描述—资源分配图114

4.5.4 处理死锁的方法116

4.6 死锁的预防和避免117

4.6.1 死锁的预防117

4.6.2 死锁的避免118

4.7 死锁的检测和解除124

4.7.1 死锁的检测125

4.7.2 死锁的解除127

4.8 小结128

4.9 思考练习129

第5章 存储管理131

5.1 存储管理的概念131

5.1.1 多级存储结构132

5.1.2 程序的运行过程134

5.1.3 存储管理的任务和功能136

5.1.4 存储管理方式141

5.2 连续内存分配142

5.2.1 单一连续分配143

5.2.2 固定分区分配143

5.2.3 动态分区分配145

5.2.4 可重定位分区分配149

5.3 内存不足时的管理151

5.3.1 覆盖151

5.3.2 交换152

5.4 分页存储管理153

5.4.1 分页存储管理的基本原理153

5.4.2 地址映射155

5.4.3 页表的结构158

5.4.4 页面的共享160

5.5 分段存储管理161

5.5.1 分段存储管理方式的引入161

5.5.2 分段存储管理的基本原理162

5.5.3 段的共享和保护164

5.5.4 段页式存储管理166

5.6 虚拟存储器168

5.6.1 虚拟存储器的引入168

5.6.2 虚拟存储器的实现方法170

5.6.3 虚拟存储器的特征170

5.7 请求分页存储管理技术171

5.7.1 请求分页存储管理的硬件支持171

5.7.2 页面置换算法173

5.7.3 请求分页系统内存块的分配178

5.7.4 工作集理论和抖动问题180

5.8 Linux的存储管理182

5.8.1 物理内存管理182

5.8.2 进程虚拟地址空间管理184

5.9 小结187

5.10 思考练习188

第6章 文件管理190

6.1 文件的概念190

6.1.1 文件及其分类190

6.1.2 文件的属性193

6.2 文件目录193

6.2.1 文件控制块和文件目录194

6.2.2 文件目录结构196

6.2.3 目录的实现199

6.3 文件和目录操作200

6.3.1 文件操作200

6.3.2 目录操作202

6.4 文件的逻辑结构203

6.4.1 文件逻辑结构的类型203

6.4.2 顺序文件205

6.4.3 索引文件205

6.4.4 索引顺序文件206

6.5 文件的物理结构207

6.5.1 连续文件207

6.5.2 链接文件208

6.5.3 随机文件209

6.5.4 文件物理结构比较210

6.6 文件存储空间的分配210

6.6.1 连续分配211

6.6.2 链接分配212

6.6.3 索引分配217

6.7 文件存储空间的管理219

6.7.1 空闲文件目录219

6.7.2 空闲链表法220

6.7.3 位示图222

6.8 文件系统222

6.8.1 文件系统的结构222

6.8.2 文件系统的实现223

6.9 文件的共享和保护224

6.9.1 文件的共享224

6.9.2 文件保护226

6.9.3 文件系统的可靠性228

6.10 Linux的文件系统228

6.10.1 虚拟文件系统VFS228

6.10.2 EXT2文件系统230

6.11 小结232

6.12 思考练习233

第7章 设备管理235

7.1 设备管理的概念235

7.1.1 设备的分类235

7.1.2 设备管理的任务和功能237

7.1.3 I/O系统结构238

7.1.4 设备控制器239

7.2 I/O控制方式242

7.2.1 程序直接控制方式242

7.2.2 中断方式243

7.2.3 DMA方式245

7.2.4 通道控制方式246

7.3 中断技术249

7.3.1 中断的基本概念249

7.3.2 中断的作用249

7.3.3 中断的分类与优先级250

7.3.4 软中断251

7.3.5 中断处理过程251

7.4 缓冲技术252

7.4.1 缓冲的引入252

7.4.2 缓冲的种类253

7.4.3 缓冲池的管理254

7.5 设备分配257

7.5.1 设备分配中的数据结构257

7.5.2 设备分配的原则259

7.5.3 SPOOLing系统260

7.5.4 虚拟设备——共享打印机261

7.5.5 SPOOLing系统的特点262

7.6 I/O软件262

7.6.1 I/O软件的设计目标和原则262

7.6.2 I/O中断处理程序264

7.6.3 设备驱动程序264

7.6.4 设备无关软件267

7.6.5 用户层I/O软件269

7.7 磁盘调度和管理270

7.7.1 磁盘结构270

7.7.2 磁盘访问时间271

7.7.3 磁盘调度271

7.7.4 磁盘高速缓存275

7.7.5 磁盘管理276

7.7.6 廉价磁盘冗余阵列277

7.8 Linux的设备管理280

7.8.1 设备文件280

7.8.2 字符设备管理281

7.8.3 块设备管理282

7.8.4 网络设备管理283

7.9 小结284

7.10 思考练习285

第8章 操作系统的安全和保护287

8.1 计算机系统和操作系统安全287

8.1.1 计算机系统安全概述287

8.1.2 操作系统安全及信息安全评价准则288

8.1.3 计算机安全威胁分类290

8.2 操作系统安全机制290

8.2.1 数据加密的基本概念290

8.2.2 数字签名和身份认证292

8.2.3 授权机制294

8.2.4 审计295

8.3 计算机病毒295

8.3.1 计算机病毒的基本概念295

8.3.2 计算机病毒的类型297

8.3.3 病毒的预防和检测299

8.4 访问控制机制301

8.4.1 保护域301

8.4.2 访问矩阵302

8.4.3 访问矩阵的实现303

8.5 Linux的安全机制304

8.6 小结306

8.7 思考练习307

参考文献308