第0章　讀者和教師指南　1
0.1　本書概述　2
0.2　實例係統　2
0.3　讀者和教師學習路綫圖　3
0.4　互聯網和網站資源　4
本書配套的網站　4
其他網站　4
第 1部分　背景
第 1章　計算機係統概述　5
1.1　基本組成　6
1.2　微處理器的發展　7
1.3　指令的執行　8
1.4　中斷　10
1.4.1　中斷和指令周期　11
1.4.2　中斷處理　15
1.4.3　多個中斷　17
1.5　分級存儲體係　19
1.6　高速緩存　22
1.6.1　動機　22
1.6.2　高速緩存的原理　22
1.6.3　高速緩存的設計　24
1.7　直接內存訪問　25
1.8　多處理器和多核組織結構　26
1.8.1　對稱多處理器　27
1.8.2　組織結構　27
1.8.3　多核計算機　28
1.9　推薦閱讀　29
1.10　關鍵術語、復習題與習題　30
附錄1A　兩級存儲器的性能特徵　33
第 2章　操作係統概述　39
2.1　操作係統的目標和功能　40
2.1.1　作為用戶與係統交互
接口的操作係統　40
2.1.2　作為資源管理器的
操作係統　42
2.1.3　操作係統的易
發展性　43
2.2　操作係統的發展　44
2.2.1　串行處理　44
2.2.2　簡單批處理係統　44
2.2.3　多道批處理係統　47
2.2.4　分時係統　49
2.3　主要成就　51
2.3.1　進程　52
2.3.2　內存管理　55
2.3.3　信息保護和安全　56
2.3.4　調度和資源管理　57
2.4　現代操作係統的發展　58
2.5　容錯　61
2.5.1　基本概念　61
2.5.2　故障　62
2.5.3　操作係統中的機製　63
2.6　多處理器和多核操作係統設計要
考慮的因素　63
2.6.1　對稱多處理器操作
係統設計上的考慮　63
2.6.2　多核操作係統
設計上的考慮　64
2.7　微軟Windows簡介　66
2.7.1　背景　66
2.7.2　體係結構　66
2.7.3　客戶/服務器模式　69
2.7.4　綫程和SMP　70
2.7.5　Windows對象　70
2.8　傳統UNIX係統　72
2.8.1　發展曆史　72
2.8.2　係統概述　72
2.9　現代UNIX係統　74
2.9.1　System V第4版
（SVR4）　74
2.9.2　BSD　75
2.9.3　Solaris 10　75
2.10　Linux係統　76
2.10.1　發展曆史　76
2.10.2　模塊結構　76
2.10.3　內核組件　78
2.11　Android係統　80
2.11.1　安卓軟件架構　81
2.11.2　安卓係統架構　83
2.11.3　活動　83
2.11.4　電源管理　84
2.12　推薦閱讀和配套演示　85
2.13　關鍵術語、復習題與習題　86
第 2部分　進程
第3章　進程的描述與控製　89
3.1　什麼是進程？　90
3.1.1　背景　90
3.1.2　進程和進程控製塊　91
3.2　進程狀態　92
3.2.1　雙狀態模型　94
3.2.2　進程的創建和結束　95
3.2.3　五狀態模型　97
3.2.4　進程掛起　100
3.3　進程描述符　104
3.3.1　操作係統中控製
資源的結構　105
3.3.2　進程控製塊　106
3.4　進程控製　112
3.4.1　（處理器的）執行的
模式　112
3.4.2　進程創建　113
3.4.3　進程切換　114
3.5　操作係統的執行　116
3.5.1　獨立內核　116
3.5.2　嵌套於用戶進程　117
3.5.3　基於進程的操作
係統　118
3.6　UNIX SVR4中的進程管理　118
3.6.1　進程狀態　118
3.6.2　進程描述　120
3.6.3　進程控製　122
3.7　總結　122
3.8　推薦閱讀與動畫　123
3.9　關鍵術語、復習題與習題　123
第4章　綫程　128
4.1　進程和綫程　129
4.1.1　多綫程　129
4.1.2　綫程功能　132
4.2　綫程的類型　134
4.2.1　用戶級和內核級
綫程　134
4.2.2　其他設計　138
4.3　多核和多綫程　140
4.3.1　多核環境下應用的
性能　140
4.3.2　應用示例：Valve的
遊戲軟件　143
4.4　Windows 8的進程和綫程
管理　144
4.4.1　Windows 8所帶來的
改變　145
4.4.2　Windows進程　146
4.4.3　進程和綫程對象　147
4.4.4　多綫程　149
4.4.5　綫程狀態　149
4.4.6　操作係統子係統的
支持　150
4.5　Solaris的綫程和多處理器
管理　150
4.5.1　多綫程結構　150
4.5.2　設計目標　151
4.5.3　進程結構　152
4.5.4　綫程執行　153
4.5.5　用綫程處理中斷　153
4.6　Linux的進程和綫程管理　154
4.6.1　Linux進程　154
4.6.2　Linux綫程　156
4.6.3　Linux命名空間　157
4.7　Android的進程和綫程管理　158
4.7.1　Android應用　158
4.7.2　活動　159
4.7.3　進程和綫程　161
4.8　Mac OS X的Grand Central
Dispatch　161
4.9　總結　164
4.10　推薦閱讀　164
4.11　關鍵術語、復習題與習題　164
第5章　並發：互斥與同步　169
5.1　並發的原理　171
5.1.1　一個簡單例子　172
5.1.2　競態（Race
Condition）　173
5.1.3　操作係統的設計
挑戰　174
5.1.4　進程交互　174
5.1.5　實現互斥的條件　177
5.2　互斥：硬件的支撐方案　178
5.2.1　關中斷　178
5.2.2　特殊機器指令　178
5.3　信號燈（Semaphore）　181
5.3.1　互斥的實現　184
5.3.2　生産者/消費者
問題　186
5.3.3　信號燈的實現　191
5.4　管程（Monitor）　192
5.4.1　管程和信號　192
5.4.2　采用通知和廣播的
管程模型　196
5.5　消息通信　197
5.5.1　同步（Synchroni-
zation）　198
5.5.2　尋址（Addres-
sing）　199
5.5.3　消息格式　201
5.5.4　隊列組織　201
5.5.5　互斥的實現　201
5.6　讀者/寫者問題　203
5.6.1　讀者優先　203
5.6.2　寫者優先　204
5.7　總結　207
5.8　推薦閱讀　207
5.9　關鍵術語、復習題與習題　208
第6章　並發：死鎖與飢餓　221
6.1　死鎖的原理　222
6.1.1　可重用資源　225
6.1.2　消耗性資源　226
6.1.3　資源分配圖　227
6.1.4　死鎖發生的條件　228
6.2　死鎖預防（Deadlock
Prevention）　229
6.2.1　互斥條件　229
6.2.2　占有並等待條件　230
6.2.3　不可搶占條件　230
6.2.4　環路等待條件　230
6.3　死鎖避免（Deadlock
Avoidance）　230
6.3.1　拒絕創建進程　231
6.3.2　拒絕分配資源　232
6.4　死鎖檢測（Deadlock
Detection）　235
6.4.1　死鎖檢測算法　236
6.4.2　死鎖恢復　237
6.5　解決死鎖的綜閤方案　237
6.6　哲學傢進餐問題　238
6.6.1　使用信號燈的解決
方案　238
6.6.2　使用管程的解決
方案　240
6.7　UNIX係統的並發控製機製　241
6.7.1　管道　242
6.7.2　消息　242
6.7.3　共享內存　242
6.7.4　信號燈　242
6.7.5　信號　243
6.8　Linux內核的並發控製機製　244
6.8.1　原子操作　245
6.8.2　自鏇鎖
（Spinlocks）　246
6.8.3　信號燈　248
6.8.4　屏障點
（Barriers）　249
6.9　Solaris綫程同步原語　250
6.9.1　互斥鎖　251
6.9.2　信號燈　251
6.9.3　讀者/寫者鎖　252
6.9.4　條件變量（Condition
Variable）　252
6.10　Windows 7的並發控製機製　252
6.10.1　Wait函數　252
6.10.2　調度對象（Dispatcher
Object）　253
6.10.3　臨界區　254
6.10.4　瘦讀者-寫者鎖和
條件變量　254
6.10.5　無鎖同步　255
6.11　Android係統中的進程間
通信　255
6.12　總結　256
6.13　推薦閱讀　256
6.14　關鍵術語、復習題與習題　257
第3部分　內存
第7章　內存管理　265
7.1　內存管理的需求　266
7.1.1　內存重定位　266
7.1.2　內存保護　267
7.1.3　內存共享　268
7.1.4　邏輯結構　268
7.1.5　物理結構　268
7.2　內存分區　269
7.2.1　固定分區　270
7.2.2　分區大小　270
7.2.3　放置策略　271
7.2.4　動態分區　272
7.2.5　放置策略　273
7.2.6　置換策略　275
7.2.7　夥伴係統　275
7.2.8　重定位　277
7.3　分頁　278
7.4　分段　282
7.5　小結　282
7.6　推薦閱讀和配套演示　283
7.7　關鍵術語、復習題與習題　283
附錄7A　加載和鏈接　286
第8章　虛擬內存　292
8.1　硬件和控製結構　293
8.1.1　局部性和虛擬
內存　295
8.1.2　分頁　296
8.1.3　頁錶結構　297
8.1.4　分段　305
8.1.5　段頁式　306
8.1.6　保護和共享　307
8.2　操作係統軟件　308
8.2.1　讀取策略　309
8.2.2　放置策略　309
8.2.3　置換策略　310
8.2.4　頁緩衝　314
8.2.5　置換策略和高速
緩衝的大小　315
8.2.6　清除策略　321
8.2.7　加載控製　321
8.3　UNIX和SOLARIS的內存
管理　323
8.3.1　分頁係統　323
8.3.2　內核內存分配器　326
8.4　Linux內存管理　327
8.4.1　Linux虛擬內存　327
8.4.2　內核內存分配　329
8.5　Windows內存管理　330
8.5.1　Windows虛擬地址
映射　330
8.5.2　Windows分頁　331
8.5.3　Windows 8交換　332
8.6　Android內存管理　332
8.7　小結　332
8.8　推薦閱讀和配套演示　333
8.9　關鍵術語、復習題與習題　334
第4部分　調度
第9章　單處理器調度　339
9.1　處理器調度的類型　340
9.1.1　長期調度　342
9.1.2　中期調度　343
9.1.3　短期調度　343
9.2　調度算法　343
9.2.1　短期調度準則　343
9.2.2　優先級的使用　345
9.2.3　可選的調度策略　345
9.2.4　性能比較　355
9.2.5　公平共享調度　360
9.3　傳統的UNIX調度　362
9.4　總結　363
9.5　推薦閱讀和動畫　364
9.6　關鍵術語、復習題與習題　364
第 10章　多處理器、多核調度與實時
調度　369
10.1　多處理器和多核調度　370
10.1.1　粒度　370
10.1.2　設計問題　371
10.1.3　進程調度　373
10.1.4　綫程調度　374
10.1.5　多核綫程調度　379
10.2　實時調度　380
10.2.1　背景　380
10.2.2　實時操作係統的
特點　381
10.2.3　實時調度　384
10.2.4　截止期限調度　385
10.2.5　單調速率調度　388
10.2.6　優先級反轉　391
10.3　Linux調度　393
10.3.1　實時調度　393
10.3.2　非實時調度　394
10.4　UNIX SVR4調度　396
10.5　UNIX FreeBSD調度　397
10.5.1　優先級類　398
10.5.2　對SMP和多核的
支持　398
10.6　Windows調度　400
10.6.1　進程和綫程
優先級　400
10.6.2　多處理器調度　401
10.7　總結　402
10.8　推薦閱讀　403
10.9　關鍵術語、復習題與習題　403
第5部分　輸入/輸齣與文件
第 11章　I/O管理和磁盤調度　407
11.1　I/O設備　408
11.2　I/O功能的組織　409
11.2.1　I/O功能的發展
曆程　410
11.2.2　直接內存訪問　411
11.3　操作係統設計問題　412
11.3.1　設計目標　412
11.3.2　I/O功能的邏輯
結構　413
11.4　I/O緩衝　414
11.4.1　單緩衝區　415
11.4.2　雙緩衝區　416
11.4.3　環形緩衝區　417
11.4.4　緩衝區的作用　417
11.5　磁盤調度　417
11.5.1　磁盤性能參數　417
11.5.2　磁盤調度策略　419
11.6　RAID　423
11.6.1　0級RAID　426
11.6.2　1級RAID　427
11.6.3　2級RAID　428
11.6.4　3級RAID　428
11.6.5　4級RAID　429
11.6.6　5級RAID　430
11.6.7　6級RAID　430
11.7　磁盤高速緩存　430
11.7.1　設計考慮　431
11.7.2　性能考慮　432
11.8　UNIX SVR4 I/O　434
11.8.1　緩衝區高速
緩存　434
11.8.2　字符隊列　435
11.8.3　無緩衝的I/O　435
11.8.4　UNIX設備　436
11.9　Linux I/O　436
11.9.1　磁盤調度　436
11.9.2　Linux頁麵緩存　438
11.10　Windows I/O　439
11.10.1　基本I/O機製　439
11.10.2　異步I/O和同步
I/O　439
11.10.3　軟件RAID　440
11.10.4　捲影拷貝　441
11.10.5　捲加密　441
11.11　總結　441
11.12　推薦閱讀和動畫　441
11.13　關鍵術語、復習題與習題　443
第 12章　文件管理　445
12.1　概述　446
12.1.1　文件和文件
係統　446
12.1.2　文件結構　447
12.1.3　文件管理係統　448
12.2　文件組織與訪問　451
12.2.1　堆　452
12.2.2　順序文件　453
12.2.3　索引順序文件　453
12.2.4　索引文件　454
12.2.5　直接文件或哈希
文件　455
12.3　B樹　455
12.4　文件目錄　458
12.4.1　內容　458
12.4.2　結構　459
12.4.3　命名　460
12.5　文件共享　461
12.5.1　訪問權限　462
12.5.2　同時訪問　462
12.6　記錄組塊　463
12.7　輔存管理　464
12.7.1　文件分配　464
12.7.2　空閑空間管理　469
12.7.3　捲　471
12.7.4　可靠性　471
12.8　UNIX文件管理　472
12.8.1　i節點　472
12.8.2　文件分配　474
12.8.3　目錄　475
12.8.4　捲結構　475
12.9　Linux虛擬文件係統　475
12.9.1　超級塊對象　477
12.9.2　i節點對象　478
12.9.3　目錄項對象　478
12.9.4　文件對象　478
12.9.5　高速緩存　479
12.10　Windows文件係統　479
12.10.1　NTFS的關鍵
特性　479
12.10.2　NTFS的捲和文件
結構　480
12.10.3　可恢復性　482
12.11　Android文件管理　483
12.11.1　文件係統　483
12.11.2　SQLite　484
12.12　總結　485
12.13　推薦閱讀　485
12.14　關鍵術語、復習題與習題　486
第6部分　嵌入式係統
第 13章　嵌入式係統　489
13.1　嵌入式係統　490
13.2　嵌入式操作係統的特徵　491
13.2.1　移植現有的商用
操作係統　492
13.2.2　專用嵌入式操作
係統　492
13.3　嵌入式Linux　493
13.3.1　內核大小　493
13.3.2　編譯　493
13.3.3　嵌入式Linux文件
係統　493
13.3.4　嵌入式Linux的
優勢　494
13.3.5　Android　494
13.4　TinyOS　495
13.4.1　無綫傳感器
網絡　495
13.4.2　TinyOS的目標　496
13.4.3　TinyOS組件　497
13.4.4　TinyOS調度器　499
13.4.5　配置實例　500
13.4.6　TinyOS資源
接口　501
13.5　推薦閱讀　503
13.6　關鍵術語、復習題與習題　503
第 14章　虛擬機　506
14.1　虛擬化方法　508
14.2　處理器問題　511
14.3　內存管理　513
14.4　I/O管理　514
14.5　VMware ESXi　515
14.6　微軟Hyper-V和Xen變體　517
14.7　Java VM　518
14.8　Linux VServer虛擬機架構　519
14.8.1　體係結構　519
14.8.2　進程調度　520
14.9　Android虛擬機　521
14.9.1　Dex文件格式　522
14.9.2　Zygote　523
14.10　總結　523
14.11　推薦閱讀　523
14.12　關鍵術語、復習題與習題　524
第7部分　安全
第 15章　操作係統安全　527
15.1　入侵者和惡意軟件　528
15.1.1　係統訪問威脅　528
15.1.2　對策　529
15.2　緩衝區溢齣　531
15.2.1　緩衝區溢齣
攻擊　531
15.2.2　編譯時防禦　534
15.2.3　運行時防禦　536
15.3　訪問控製　537
15.3.1　文件係統訪問
控製　537
15.3.2　訪問控製策略　539
15.4　UNIX訪問控製　544
15.4.1　傳統UNIX文件訪問
控製　544
15.4.2　UNIX中的訪問控製
列錶　546
15.5　操作係統強化　546
15.5.1　操作係統安裝：初次
安裝與修補　547
15.5.2　移除不必要的服務、
應用和協議　548
15.5.3　配置用戶、組和身份
驗證　548
15.5.4　配置資源控製　549
15.5.5　安裝額外的安全
控製　549
15.5.6　測試係統安全性　549
15.6　安全維護　550
15.6.1　用戶登入　550
15.6.2　數據備份和存檔　550
15.7　Windows安全　551
15.7.1　訪問控製模式　551
15.7.2　訪問令牌　552
15.7.3　安全描述符　552
15.8　總結　555
15.9　推薦閱讀　555
15.10　關鍵術語、復習題與習題　556
第8部分　分布式係統
第 16章　分布式處理、客戶/服務器和
集群　559
16.1　客戶/服務器計算　560
16.1.1　什麼是客戶/服務器
計算？　560
16.1.2　客戶/服務器
應用　562
16.1.3　中間件　567
16.2　分布式消息傳遞　569
16.2.1　可靠性與不可
靠性　571
16.2.2　阻塞與非阻塞　571
16.3　遠程過程調用　571
16.3.1　參數傳遞　572
16.3.2　參數錶示　573
16.3.3　客戶/服務器
綁定　573
16.3.4　同步與異步　573
16.3.5　麵嚮對象機製　574
16.4　集群　574
16.4.1　集群的配置　575
16.4.2　操作係統的設計
問題　577
16.4.3　集群計算機的體係
結構　578
16.4.4　集群與SMP的
對比　579
16.5　Windows集群服務器　579
16.6　Beowulf和Linux集群　581
16.6.1　Beowulf特性　581
16.6.2　Beowulf軟件　582
16.7　總結　582
16.8　推薦閱讀　583
16.9　關鍵術語、復習題與習題　583
參考文獻　586
· · · · · · (收起)