操作系统原理教程

第一篇操作系统的基本原理

第1章操作系统概论

1.1操作系统的定义

1.2操作系统的形成与发展

1.2.1顺序处理(手工操作阶段)

1.2.2简单的批处理系统

1.2.3多道成批处理系统

1.2.4分时系统

1.2.5实时系统

1.2.6嵌入式系统

1.3操作系统的功能、服务和特性

1.4操作系统的进一步发展

1.5用户与操作系统的接口

1.5.1用户与操作系统的操作接口

1.5.2系统调用接口

1.6操作系统的运行环境

1.7操作系统的设计规范和结构设计

1.8小结

习题

第2章进程管理

2.1进程的引入和概念

2.2进程的描述

2.3进程的控制

2.4处理机的调度

2.5线程的引入

2.6小结

习题

第3章进程之间的并发控制和死锁

3.1并发进程的特点

3.2进程之间的低级通信

3.2.1进程之间的互斥

3.2.2进程之间的同步

3.2.3信号量和P、V操作

3.2.4利用信号量解决计算机中的经典问题

3.3管程

3.4进程的高级通信

3.4.1消息缓冲通信

3.4.2其他通信机制

3.5死锁

3.5.1死锁的定义和死锁产生的必要条件

3.5.2解决死锁的方法

3.6小结

习题

第4章存储器管理

4.1概述

4.2单用户单道程序的存储器分配

4.3多用户多道程序的存储器分配分区分配

4.3.1固定式分区

4.3.2可变式分区

4.3.3分区管理的地址重定位和存储器保护

4.3.4分区管理的优缺点

4.4覆盖与交换技术

4.5页式存储器管理

4.6段式存储器管理

4.7虚拟存储器管理

4.7.1虚拟存储器

4.7.2页式虚拟存储器管理

4.7.3页式管理设计中应考虑的问题

4.7.4段式虚拟存储器管理

4.7.5段页式虚拟存储器管理

4.8小结

习题

第5章文件系统

5.1文件和文件系统

5.2文件目录结构

5.3文件的逻辑结构和存取方法

5.4文件的物理结构和存储介质

5.4.1文件的物理结构

5.4.2文件的存储介质

5.5文件记录的组块与分解

5.6文件存储器存储空间的管理

5.7文件的共享与保护

5.8文件的操作命令

5.9文件系统的组织结构

5.10存储器映射文件

5.11小结

习题

第6章设备管理

6.1I/O硬件组成

6.1.1I/O设备分类

6.1.2设备控制器

6.1.3I/O数据传输的控制方式

6.1.4通道

6.2I/O软件的组成

6.2.1I/O软件的设计目标

6.2.2I/O软件的功能

6.2.3同步I/O和异步I/O

6.3磁盘管理

6.3.1磁盘调度

6.3.2磁盘的错误处理

6.3.3提高磁盘性能和容错性的机制独立磁盘的冗余阵列

6.4小结

习题

第二篇Linux操作系统

第7章Linux进程管理

7.1Linux进程的组成

7.1.1进程的定义

7.1.2进程的状态

7.2Linux进程链表

7.3Linux进程控制

7.3.1进程创建

7.3.2进程撤销

7.4Linux进程切换

7.5Linux进程调度

7.6内核同步

7.7小结

习题

第8章Linux存储器管理

8.1进程地址空间的管理

8.1.1Linux中的分段

8.1.2虚拟内存区域

8.1.3虚拟内存描述符

8.1.4创建进程的地址空间

8.1.5堆的管理

8.2物理内存管理

8.3slab管理

8.3.1slab分配器

8.3.2slab着色

8.4高端内存区管理

8.5地址转换

8.6请求调页与缺页异常处理

8.7盘交换区空间管理

8.8小结

习题

第9章Linux文件系统

9.1Ext2的磁盘涉及的数据结构

9.1.1Linux文件卷的布局

9.1.2超级块

9.1.3块组描述符

9.1.4文件目录与索引节点结构

9.1.5访问控制表ACL

9.2Ext2的主存数据结构

9.2.1超级块和索引节点对象

9.2.2位图高速缓存

9.3EXt2磁盘空间管理

9.3.1磁盘索引节点的管理

9.3.2空闲磁盘块的分配与回收

9.4Ext2提供的文件操作

9.5小结

习题

第10章Linux虚拟文件系统

10.1虚拟文件系统涉及的数据结构

10.1.1超级块对象

10.1.2索引节点对象

10.1.3文件对象

10.1.4目录项对象

10.1.5与进程打开文件相关的数据结构

10.2文件系统的注册与安装

10.2.1文件系统注册

10.2.2文件系统安装

10.3VFS系统调用的实现

10.3.1文件的打开与关闭

10.3.2文件的读写

10.4小结

习题

第11章LinuxI/O系统

11.1设备驱动模型

11.1.1sysfs文件系统

11.1.2设备驱动模型的组件

11.2设备文件

11.3设备驱动程序

11.3.1块设备驱动程序

11.3.2字符设备驱动程序

11.4高速缓存

11.4.1页高速缓存

11.4.2把块存放在页高速缓存中

11.5小结

习题

第12章中断、异常和信号处理

12.1中断和异常处理的硬件基础

12.2中断和异常处理

12.2.1硬件完成的处理

12.2.2软件处理

12.2.3如何处理中断

12.3信号处理机制

12.3.1信号概述

12.3.2信号的发送与安装

12.3.3信号集

12.3.4信号应用示例

12.4小结

习题

第13章UNIX系统进程之间的通信

13.1管道通信

13.1.1创建无名管道

13.1.2管道涉及的数据结构

13.1.3创建一个有名管道

13.2UNIX系统V的交互进程通信

13.3信号量机制

13.3.1信号量机制使用的数据结构

13.3.2信号量机制的系统调用

13.4消息缓冲机制

13.4.1消息缓冲使用的数据结构

13.4.2消息缓冲的系统调用

13.4.3消息缓冲的通信示例

13.5共享内存区机制

13.6小结

习题

第三篇Windows2000/XP操作系统研究

第14章WindOWS2000/XP操作系统模型

14.1Windows2000/XP的体系结构

14.1.1用户态进程

14.1.2子系统动态链接库

14.1.3核心态的系统组件

14.2Windows2000/XP操作系统的特点

14.3Windows2000/XP的系统机制

14.3.1陷阱处理程序

14.3.2中断调度

14.3.3异常调度

14.3.4系统服务调度

14.4对象管理器

14.4.1对象结构

14.4.2管理对象

14.5对象之间的同步

14.6小结

习题

第15章Windows2000/XP进程和线程管理

15.1Windows2000/XP进程和线程

15.1.1进程对象

15.1.2线程对象

15.2线程调度

15.3对称多处理机系统上的线程调度

15.3.1几个与调度有关的概念

15.3.2线程调度程序的数据结构

15.3.3多处理机的线程调度算法

15.3.4窄闲线程的调度

15.4线程优先级提升

15.5WindOWS2000/XP的进程同步

15.5.1同步对象

15.5.2同步对象的应用示例

15.6小结

习题

第16章Windows2000/XP的存储器管理

16.1存储器管理的基本概念

16.1.1进程地址空间的布局

16.1.2进程私有空间的分配

16.2Windows2000/XP地址转换

16.2.1地址转换所涉及的数据结构

16.2.2页错误处理

16.3页调度策略

16.4小结

习题

第17章Windows2000/XP的文件系统

17.1文件系统概述

17.2主控文件表

17.2.1主控文件表的结构

17.2.2主控文件表的记录结构

17.3NTFS文件的引用和索引

17.4Windows2000/XP/XP文件系统模型

17.4.1文件系统分层模型

17.4.2Windows2000/XP文件系统驱动程序的体系结构

17.5NTFS可恢复性支持

17.5.1文件系统优化技术

17.5.2日志文件服务的实现

17.5.3NTFS坏簇恢复的支持

17.6小结

习题

第18章Windows2000/XP/XP的设备管理

18.1Windows2000/XP的I/O系统结构

18.2I/O管理系统所涉及的关键数据结构

18.3Windows2000/XP/XP的I/O处理

18.3.1对单层驱动程序的I/O请求

18.3.2设备I/O的中断处理

18.3.3I/O请求的完成处理

18.3.4对多层驱动程序的I/O请求

18.4多处理I/O中的同步问题

18.5快速I/O

18.6即插即用PnP管理器

18.7小结

习题

参考文献

　　本书注意吸收国内外较新的操作系统理论和实现技术，以反映现代操作系统发展的新动向。以操作系统的基本原理与实现技术为主要内容，同时注意到实际的应用。力求做到理论联系实际、由浅入深、循序渐进，有利于学生的学习；重点讨论了传统操作系统的基本概念、基本方法、基本功能和实现原理，通过本课程的学习，能够对操作系统有一个完整和清楚的了解；在操作系统基本原理讲解的基础上，以当代世界上最流行、最具代表性的两大操作系统派系UNIX/Linux和Windows为实例，较详细地讲解了它们的特点和实现技术，使学生通过实例的学习，充分理解和掌握操作系统的原理和技术。　　本书主要介绍操作系统的基本概念、结构、基本功能和实现原理，以及当前世界上最流行的两大操作系统派系UNIX/Linux和Windows的特点和实现技术。　　本书共分为三篇18章。第一篇分为6章，主要介绍操作系统的基本概念、三个基本操作系统类型（批处理、分时和实时）和特点、操作系统基本功能（处理机管理、存储器管理、文件管理和设备管理）和操作系统的进一步发展：第二篇分为7章，以Linux操作系统为例，介绍类UNIX系统设计和各部分功能的具体实现技术；第三篇分为5章，介绍以面向对象方法设计的特例Windows2000/XP操作系统的实现技术。　　本书注意吸收国内外较新的操作系统理论和实现技术，以反映现代操作系统发展的新动向。以操作系统的基本原理与实现技术为主要内容，同时注意到实际的应用。　　本书可作为高等学校计算机科学与技术、软件工程，以及电子信息和自动控制类专业的教材，也可以作为计算机工程和应用人员的参考书。