電腦操作系統（第3版）

目錄CONTENTS

第1章操作系統概論1

1.1操作系統的作用1

1.1.1硬件系統和應用程序間的界面1

1.1.2資源管理者2

1.1.3推動操作系統發展的因素2

1.2操作系統的演變3

1.2.1串行處理系統3

1.2.2簡單批處理系統4

1.2.3多道程序批處理系統6

1.2.4分時系統8

1.2.5實時系統10

1.2.6網絡操作系統11

1.2.7分佈式操作系統11

1.2.8嵌入式操作系統12

1.3操作系統的主要成就13

1.3.1進程13

1.3.2存儲器管理15

1.3.3信息保護和安全性16

1.3.4調度和資源管理17

1.3.5系統結構18

1.4操作系統舉例20

1.4.1Windows NT20

1.4.2UNIX System Ⅴ23

1.5操作系統主要研究的問題24

小結24

習題25

第2章進程描述與控制26

2.1進程狀態26

2.1.1進程產生和終止27

2.1.2進程狀態模型29

2.1.3進程掛起33

2.2進程描述36

2.2.1操作系統控制結構37

2.2.2進程控制結構37

2.2.3進程屬性38

2.3進程控制40

2.3.1執行模式40

2.3.2進程創建40

2.3.3進程切換41

2.3.4上下文切換41

2.3.5操作系統的運行42

2.3.6微核43

2.4線程和SMP44

2.4.1線程及其管理44

2.4.2多線程的實現45

2.4.3進程與線程的關系47

2.4.4SMP47

2.5系統舉例48

2.5.1UNIX System Ⅴ48

2.5.2Windows NT52

2.5.3Linux55

小結56

習題57

第3章並發控制——互斥與同步60

3.1並發原理61

3.1.1進程間的相互作用63

3.1.2進程間的相互競爭64

3.1.3進程間的相互合作65

3.1.4互斥的要求66

3.2互斥——用軟件方法實現67

3.2.1Dekker算法67

3.2.2Peterson算法70

3.3互斥——用硬件方法解決71

3.3.1禁止中斷71

3.3.2使用機器指令72

3.4信號量74

3.4.1用信號量解決互斥問題75

3.4.2用信號量解決生產者/消費者問題76

3.4.3信號量的實現80

3.4.4用信號量解決理發店問題81

3.5管程84

3.5.1帶信號量的管程84

3.5.2用管程解決生產者/消費者問題85

3.6消息傳遞87

3.6.1消息傳遞原語87

3.6.2用消息傳遞實現同步88

3.6.3尋址方式88

3.6.4消息格式89

3.6.5排隊規則90

3.6.6用消息傳遞實現互斥90

3.7讀者/寫者問題91

3.7.1讀者優先92

3.7.2寫者優先93

3.8系統舉例95

3.8.1UNIX System Ⅴ95

3.8.2Windows NT97

小結98

習題99

第4章死鎖處理101

4.1死鎖問題概述101

4.1.1可重用資源101

4.1.2消耗型資源102

4.1.3產生死鎖的條件103

4.2死鎖處理策略104

4.2.1死鎖預防104

4.2.2死鎖避免105

4.2.3死鎖檢測108

4.2.4死鎖恢復109

4.2.5處理死鎖的綜合方法110

4.3哲學家用餐問題110

小結112

習題112

第5章內存管理114

5.1概述114

5.1.1基本概念114

5.1.2虛擬存儲器116

5.1.3重定位117

5.2存儲管理的基本技術118

5.2.1分區法118

5.2.2可重定位分區法120

5.2.3覆蓋技術122

5.2.4交換技術122

5.3分頁存儲管理123

5.3.1基本概念123

5.3.2純分頁系統125

5.3.3請求式分頁系統126

5.3.4硬件支持及缺頁處理128

5.3.5頁的共享和保護129

5.4分段存儲管理129

5.4.1基本概念130

5.4.2基本原理130

5.4.3硬件支持和缺段處理131

5.4.4段的共享和保護132

5.5段頁式存儲管理134

5.5.1基本概念134

5.5.2地址轉換135

5.5.3管理算法135

5.6虛擬內存的置換算法136

5.6.1先進先出頁面置換算法136

5.6.2最佳頁面置換算法137

5.6.3最近最少使用頁面置換算法137

5.6.4第2次機會頁面置換算法138

5.6.5時鐘頁面置換算法138

5.6.6其他頁面置換算法139

5.7系統舉例139

5.7.1UNIX系統中的存儲管理技術139

5.7.2Linux系統中的存儲管理技術143

5.7.3Windows NT系統中的存儲管理技術144

小結145

習題146

第6章處理機調度148

6.1調度類型148

6.1.1長程調度150

6.1.2中程調度150

6.1.3短程調度150

6.2調度算法150

6.2.1短程調度標準150

6.2.2優先權的使用152

6.2.3調度策略152

6.2.4性能比較159

6.2.5模擬模型161

6.2.6公平分享調度策略161

6.3多處理機調度163

6.3.1粒度164

6.3.2設計要點165

6.3.3進程調度策略166

6.4實時調度169

6.4.1實時操作系統的特性170

6.4.2實時調度172

6.4.3期限調度173

6.4.4比率單調調度175

6.5響應時間177

6.6系統舉例178

6.6.1UNIX System Ⅴ178

6.6.2Windows NT179

小結181

習題181

 第7章I/O設備管理183

7.1I/O系統硬件183

7.1.1I/O設備183

7.1.2設備控制器184

7.1.3I/O技術185

7.2I/O軟件的層次結構189

7.2.1中斷處理程序190

7.2.2設備驅動程序191

7.2.3與設備無關的I/O軟件192

7.2.4用戶空間的I/O軟件193

7.2.5緩沖技術194

7.3磁盤調度198

7.3.1調度策略198

7.3.2磁盤高速緩存201

7.4系統舉例203

7.4.1UNIX System Ⅴ203

7.4.2Windows NT I/O分析205

小結208

習題209

第8章文件管理211

8.1文件與文件系統211

8.1.1文件及其分類211

8.1.2文件系統及其功能212

8.2文件的結構及存取方式213

8.2.1文件的邏輯結構及存取方式214

8.2.2文件的物理結構及存儲設備215

8.3文件目錄結構與目錄管理220

8.3.1文件目錄結構220

8.3.2文件目錄管理225

8.4文件存儲空間的分配與管理226

8.4.1文件存儲空間的分配226

8.4.2磁盤空間管理228

8.5系統舉例——Windows NT230

8.5.1PE可移動執行的文件格式230

8.5.2PE文件首部232

8.5.3塊表數據結構及輔助信息塊234

小結238

習題 238

第9章分佈計算239

9.1客戶/服務器計算239

9.1.1什麽是客戶/服務器計算239

9.1.2客戶/服務器模式的應用241

9.1.3中間件243

9.2分佈式消息傳遞245

9.2.1分佈式消息傳遞的方法245

9.2.2消息傳遞的可靠性246

9.3遠程過程調用246

小結247

習題248

第10章分佈式進程管理249

10.1進程遷移249

10.1.1進程遷移的動機249

10.1.2進程遷移機制249

10.1.3一種遷移方案251

10.1.4進程遷移的協商252

10.1.5進程驅逐253

10.1.6搶占及非搶占進程的遷移253

10.2分佈式全局狀態253

10.2.1全局狀態及分佈式快照253

10.2.2分佈式快照算法255

10.3分佈式進程管理——互斥256

10.3.1分佈式互斥問題256

10.3.2分佈式系統的事件定序——時戳方法258

10.3.3分佈式互斥算法259

10.4分佈式死鎖263

10.4.1資源分配中的死鎖263

10.4.2死鎖預防264

10.4.3死鎖避免265

10.4.4死鎖檢測265

10.4.5消息通信中的死鎖268

小結270

習題270

第11章操作系統的安全性272

11.1安全性概述272

11.1.1安全性的內涵272

11.1.2操作系統的安全性273

11.1.3操作系統的安全性級別275

11.2安全保護機制276

11.2.1進程支持276

11.2.2內存及地址保護276

11.2.3存取控制279

11.2.4文件保護282

11.2.5用戶身份鑒別284

11.3病毒及其防禦286

11.3.1病毒概述286

11.3.2病毒的防禦機制287

11.3.3特洛伊木馬程序及其防禦288

11.4加密技術289

11.4.1傳統加密方法289

11.4.2公開密鑰加密方法290

11.4.3密鑰的管理291

11.5安全操作系統的設計293

11.5.1安全模型293

11.5.2安全操作系統的設計296

11.6系統舉例——Windows 2000 的安全性分析299

小結301

習題301

第12章一個小型操作系統的實現303

12.1MINIX概述303

12.1.1MINIX的組成結構303

12.1.2頭文件305

12.2進程307

12.2.1進程概述307

12.2.2進程的具體實現309

12.3I/O系統314

12.3.1I/O系統概述314

12.3.2設備驅動程序的實現316

12.4內存管理319

12.4.1內存管理概述319

12.4.2內存管理的實現322

12.5文件系統325

12.5.1文件系統概述325

12.5.2實現328

小結332

習題332

參考文獻334第1章操作系統概論11.1操作系統的作用1

1.1.1硬件系統和應用程序間的界面1

1.1.2資源管理者2

1.1.3推動操作系統發展的因素2

1.2操作系統的演變3

1.2.1串行處理系統3

1.2.2簡單批處理系統4

1.2.3多道程序批處理系統6

1.2.4分時系統8

1.2.5實時系統10

1.2.6網絡操作系統11

1.2.7分佈式操作系統11

1.2.8嵌入式操作系統12

1.3操作系統的主要成就13

1.3.1進程13

1.3.2存儲器管理15

1.3.3信息保護和安全性16

1.3.4調度和資源管理17

1.3.5系統結構18

1.4操作系統舉例20

1.4.1Windows NT20

1.4.2UNIX System V23

1.5操作系統的主要研究課題24

小結25

習題25

第2章進程描述與控制26

2.1進程狀態26

2.1.1進程產生和終止27

2.1.2進程狀態模型29

2.1.3進程掛起32

2.2進程描述36

2.2.1操作系統控制結構37

2.2.2進程控制結構37

2.2.3進程屬性38

2.3進程控制40

2.3.1執行模式40

2.3.2進程創建41

2.3.3進程切換41

2.3.4上下文切換42

2.3.5操作系統的運行42

2.3.6微核44

2.4線程和SMP44

2.4.1線程及其管理44

2.4.2多線程的實現46

2.4.3進程與線程的關系47

2.4.4SMP48

2.5系統舉例49

2.5.1UNIX System V49

2.5.2Windows NT52

2.5.3Linux56

小結57

習題58

第3章並發控制——互斥與同步61

3.1並發原理62

3.1.1進程間的相互作用64

3.1.2進程間的相互競爭65

3.1.3進程間的相互合作66

3.1.4互斥的要求67

3.2互斥——用軟件方法實現68

3.2.1Dekker算法68

3.2.2Peterson算法72

3.3互斥——用硬件方法解決73

3.3.1禁止中斷73

3.3.2使用機器指令73

3.4信號量75

3.4.1用信號量解決互斥問題77

3.4.2用信號量解決生產者/消費者問題78

3.4.3信號量的實現83

3.4.4用信號量解決理發店問題84

3.5管程87

3.5.1帶信號量的管程87

3.5.2用管程解決生產者/消費者問題89

3.6消息傳遞90

3.6.1消息傳遞原語90

3.6.2用消息傳遞實現同步91

3.6.3尋址方式91

3.6.4消息格式92

3.6.5排隊規則93

3.6.6用消息傳遞實現互斥93

3.7讀者/寫者問題95

3.7.1讀者優先95

3.7.2寫者優先96

3.8系統舉例99

3.8.1UNIX System V99

3.8.2Windows NT101

小結102

習題103

第4章死鎖處理105

4.1死鎖問題概述105

4.1.1可重用資源105

4.1.2消耗型資源106

4.1.3產生死鎖的條件107

4.2死鎖處理108

4.2.1死鎖預防108

4.2.2死鎖避免109

4.2.3死鎖檢測113

4.2.4死鎖恢復113

4.2.5處理死鎖的綜合方法114

4.3哲學家用餐問題114

小結116

習題116

第5章內存管理118

5.1概述118

5.1.1基本概念118

5.1.2虛擬存儲器120

5.1.3重定位121

5.2存儲管理的基本技術123

5.2.1分區法123

5.2.2可重定位分區法124

5.2.3覆蓋技術125

5.2.4交換技術127

5.3分頁存儲管理127

5.3.1基本概念127

5.3.2純分頁系統130

5.3.3請求式分頁系統131

5.3.4硬件支持及缺頁處理132

5.3.5頁的共享和保護133

5.4分段存儲管理134

5.4.1基本概念134

5.4.2基本原理135

5.4.3硬件支持和缺段處理135

5.4.4段的共享和保護136

5.5段頁式存儲管理138

5.5.1基本概念138

5.5.2地址轉換139

5.5.3管理算法140

5.6虛擬內存的置換算法140

5.6.1先進先出頁面置換算法141

5.6.2最佳頁面置換算法141

5.6.3最近最少使用頁面置換算法141

5.6.4第2次機會頁面置換算法142

5.6.5時鐘頁面置換算法143

5.6.6其他頁面置換算法143

5.7系統舉例144

5.7.1UNIX系統中的存儲管理技術144

5.7.2Linux系統中的存儲管理技術148

5.7.3Windows NT系統中的存儲管理技術149

小結150

習題151

第6章處理機調度152

6.1調度類型152

6.1.1長程調度154

6.1.2中程調度154

6.1.3短程調度154

6.2調度算法154

6.2.1短程調度標準154

6.2.2優先權的使用156

6.2.3調度策略156

6.2.4性能比較164

6.2.5模擬模型165

6.2.6公平分享調度策略166

6.3多處理機調度167

6.3.1粒度168

6.3.2設計要點169

6.3.3進程調度策略170

6.4實時調度174

6.4.1實時操作系統的特性174

6.4.2實時調度177

6.4.3期限調度177

6.4.4比率單調調度180

6.5響應時間182

6.6系統舉例183

6.6.1UNIX System V183

6.6.2Windows NT184

小結186

習題186

第7章I/O設備管理189

7.1I/O系統硬件189

7.1.1I/O設備189

7.1.2設備控制器190

7.1.3I/O技術191

7.2I/O軟件的層次結構196

7.2.1中斷處理程序196

7.2.2設備驅動程序197

7.2.3與設備無關的I/O軟件198

7.2.4用戶空間的I/O軟件199

7.2.5緩沖技術201

7.3磁盤調度204

7.3.1調度策略205

7.3.2磁盤高速緩存208

7.4系統舉例210

7.4.1UNIX System V210

7.4.2Windows NT I/O分析212

小結215

習題216

第8章文件管理218

8.1文件與文件系統218

8.1.1文件及其分類218

8.1.2文件系統及其功能219

8.2文件的結構及存取方式221

8.2.1文件的邏輯結構及存取方式221

8.2.2文件的物理結構及存儲設備223

8.3文件管理228

8.3.1文件目錄結構228

8.3.2文件目錄管理233

8.4文件存儲空間的分配與管理233

8.4.1文件存儲空間的分配234

8.4.2磁盤空間管理235

8.5系統舉例——Windows NT237

8.5.1PE可移動執行的文件格式238

8.5.2PE文件首部239

8.5.3塊表數據結構及輔助信息塊242

小結246

習題246

第9章分佈計算247

9.1客戶/服務器計算247

9.1.1什麽是客戶/服務器計算247

9.1.2客戶/服務器模式的應用249

9.1.3中間件251

9.2分佈式消息傳遞253

9.2.1分佈式消息傳遞的方法253

9.2.2消息傳遞的可靠性254

9.3遠程過程調用254

小結255

習題256

第10章分佈式進程管理257

10.1進程遷移257

10.1.1進程遷移的原因257

10.1.2進程遷移的機制257

10.1.3一種遷移方案259

10.1.4進程遷移的協商260

10.1.5進程驅逐261

10.1.6搶占及非搶占進程的遷移261

10.2分佈式全局狀態262

10.2.1全局狀態及分佈式快照262

10.2.2分佈式快照算法263

10.3分佈式進程管理——互斥264

10.3.1分佈式互斥問題265

10.3.2分佈式系統的事件定序——時戳方法266

10.3.3分佈式互斥算法268

10.4分佈式死鎖271

10.4.1資源分配中的死鎖272

10.4.2死鎖預防273

10.4.3死鎖避免274

10.4.4死鎖檢測274

10.4.5消息通信中的死鎖277

小結279

習題279

第11章操作系統的安全性281

11.1安全性概述281

11.1.1安全性的內涵281

11.1.2操作系統的安全性282

11.1.3操作系統的安全性級別284

11.2安全保護機制285

11.2.1進程支持285

11.2.2內存及地址保護286

11.2.3存取控制288

11.2.4文件保護292

11.2.5用戶身份鑒別293

11.3病毒及其防禦296

11.3.1病毒概述296

11.3.2病毒的防禦機制297

11.3.3特洛伊木馬程序及其防禦298

11.4加密技術298

11.4.1傳統加密方法299

11.4.2公開密鑰加密方法300

11.4.3密鑰的管理301

11.5安全操作系統的設計302

11.5.1安全模型303

11.5.2安全操作系統的設計305

11.6系統舉例——Windows 2000的安全性分析308

小結310

習題311

第12章一個小型操作系統的實現312

12.1MINIX概述312

12.1.1MINIX的組成結構312

12.1.2頭文件315

12.2進程317

12.2.1進程概述317

12.2.2進程的具體實現318

12.3I/O系統324

12.3.1I/O系統概述324

12.3.2設備驅動程序的實現325

12.4內存管理329

12.4.1內存管理概述329

12.4.2內在管理的實現332

12.5文件系統335

12.5.1文件系統概述335

12.5.2實現338

小結342

習題342

參考文獻344