第0章 讀者與教師指南 1
0.1 本書概述 1
0.2 實例係統 1
0.3 讀者和教師的路綫圖 2
0.4 互聯網和網站資源 3
部分 背景知識
第1章 計算機係統概述 6
1.1 基本構成 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 12
1.4.3 多個中斷 14
1.5 存儲器的層次結構 15
1.6 高速緩存 17
1.6.1 動機 18
1.6.2 高速緩存原理 18
1.6.3 高速緩存設計 19
1.7 直接內存存取 20
1.8 多處理器和多核計算機組織結構 21
1.8.1 對稱多處理器 21
1.8.2 多核計算機 23
1.9 推薦讀物 23
1.10 關鍵術語、復習題和習題 24
1.10.1 關鍵術語 24
1.10.2 復習題 24
1.10.3 習題 24
附錄1A 兩級存儲器的性能特徵 26
第2章 操作係統概述 31
2.1 操作係統的目標和功能 31
2.1.1 作為用戶/計算機接口的
操作係統 31
2.1.2 作為資源管理器的操作係統 32
2.1.3 操作係統的易擴展性 33
2.2 操作係統的發展史 34
2.2.1 串行處理 34
2.2.2 簡單批處理係統 34
2.2.3 多道批處理係統 36
2.2.4 分時係統 38
2.3 主要成就 40
2.3.1 進程 40
2.3.2 內存管理 42
2.3.3 信息保護和安全 43
2.3.4 調度和資源管理 44
2.4 現代操作係統的特徵 45
2.5 容錯性 47
2.5.1 基本概念 47
2.5.2 錯誤 48
2.5.3 操作係統機製 48
2.6 多處理器和多核操作係統
設計考慮因素 49
2.6.1 對稱多處理器操作係統設計
考慮因素 49
2.6.2 多核操作係統設計考慮因素 49
2.7 微軟Windows係統簡介 51
2.7.1 背景 51
2.7.2 體係結構 51
2.7.3 客戶-服務器模型 53
2.7.4 綫程和SMP 54
2.7.5 Windows對象 54
2.8 傳統的UNIX係統 55
2.8.1 曆史 55
2.8.2 描述 56
2.9 現代UNIX係統 57
2.9.1 System V Release 4（SVR4） 58
2.9.2 BSD 58
2.9.3 Solaris 10 58
2.10 Linux操作係統 58
2.10.1 曆史 58
2.10.2 模塊結構 59
2.10.3 內核組件 60
2.11 Android 62
2.11.1 Android軟件體係結構 63
2.11.2 Android係統體係結構 64
2.11.3 活動 65
2.11.4 電源管理 65
2.12 推薦讀物和動畫 66
2.13 關鍵術語、復習題和習題 67
2.13.1 關鍵術語 67
2.13.2 復習題 67
2.13.3 習題 67
第二部分 進程
第3章 進程描述和控製 70
3.1 什麼是進程 70
3.1.1 背景 70
3.1.2 進程和進程控製塊 71
3.2 進程狀態 72
3.2.1 兩狀態進程模型 73
3.2.2 進程的創建和終止 74
3.2.3 五狀態模型 75
3.2.4 被掛起的進程 78
3.3 進程描述 81
3.3.1 操作係統的控製結構 82
3.3.2 進程控製結構 82
3.4 進程控製 86
3.4.1 執行模式 86
3.4.2 進程創建 87
3.4.3 進程切換 88
3.5 操作係統的執行 90
3.5.1 無進程內核 90
3.5.2 在用戶進程內運行 90
3.5.3 基於進程的操作係統 91
3.6 UNIX SVR4進程管理 91
3.6.1 進程狀態 92
3.6.2 進程描述 93
3.6.3 進程控製 94
3.7 小結 95
3.8 推薦讀物和動畫 95
3.9 關鍵術語、復習題和習題 95
3.9.1 關鍵術語 95
3.9.2 復習題 96
3.9.3 習題 96
第4章 綫程 99
4.1 進程和綫程 99
4.1.1 多綫程 99
4.1.2 綫程的功能 102
4.2 綫程分類 103
4.2.1 用戶級和內核級綫程 103
4.2.2 其他方案 106
4.3 多核和多綫程 107
4.3.1 多核係統上的軟件性能 107
4.3.2 應用示例：Valve遊戲軟件 109
4.4 Windows 8的進程和綫程管理 110
4.4.1 Windows 8中的變化 111
4.4.2 Windows進程 111
4.4.3 進程對象和綫程對象 112
4.4.4 多綫程 113
4.4.5 綫程狀態 113
4.4.6 對操作係統子係統的支持 114
4.5 Solaris的綫程和SMP管理 114
4.5.1 多綫程體係結構 114
4.5.2 動機 115
4.5.3 進程結構 115
4.5.4 綫程的執行 116
4.5.5 把中斷當作綫程 117
4.6 Linux的進程和綫程管理 118
4.6.1 Linux任務 118
4.6.2 Linux綫程 119
4.6.3 Linux命名空間 120
4.7 Android的進程和綫程管理 121
4.7.1 安卓應用 121
4.7.2 活動 121
4.7.3 進程和綫程 122
4.8 Mac OS X的GCD技術 123
4.9 小結 124
4.10 推薦讀物 125
4.11 關鍵術語、復習題和習題 125
4.11.1 關鍵術語 125
4.11.2 復習題 125
4.11.3 習題 125
第5章 並發性：互斥和同步 129
5.1 並發的原理 130
5.1.1 一個簡單的例子 130
5.1.2 競爭條件 132
5.1.3 操作係統關注的問題 132
5.1.4 進程的交互 133
5.1.5 互斥的要求 135
5.2 互斥：硬件的支持 136
5.2.1 中斷禁用 136
5.2.2 專用機器指令 136
5.3 信號量 138
5.3.1 互斥 141
5.3.2 生産者/消費者問題 142
5.3.3 信號量的實現 146
5.4 管程 147
5.4.1 使用信號的管程 147
5.4.2 使用通知和廣播的管程 149
5.5 消息傳遞 151
5.5.1 同步 151
5.5.2 尋址 152
5.5.3 消息格式 153
5.5.4 排隊原則 154
5.5.5 互斥 154
5.6 讀者/寫者問題 155
5.6.1 讀者優先 156
5.6.2 寫者優先 156
5.7 小結 158
5.8 推薦讀物和動畫 159
5.9 關鍵術語、復習題和習題 160
5.9.1 關鍵術語 160
5.9.2 復習題 160
5.9.3 習題 160
第6章 並發：死鎖和飢餓 170
6.1 死鎖原理 170
6.1.1 可重用資源 173
6.1.2 可消耗資源 174
6.1.3 資源分配圖 174
6.1.4 死鎖的條件 175
6.2 死鎖預防 176
6.2.1 互斥 176
6.2.2 占有且等待 176
6.2.3 不可搶占 176
6.2.4 循環等待 177
6.3 死鎖避免 177
6.3.1 進程啓動拒絕 177
6.3.2 資源分配拒絕 178
6.4 死鎖檢測 181
6.4.1 死鎖檢測算法 181
6.4.2 恢復 182
6.5 一種綜閤的死鎖策略 182
6.6 哲學傢就餐問題 183
6.6.1 基於信號量的解決方案 183
6.6.2 基於管程的解決方案 184
6.7 UNIX並發機製 185
6.7.1 管道 186
6.7.2 消息 186
6.7.3 共享內存 186
6.7.4 信號量 186
6.7.5 信號 187
6.8 Linux內核並發機製 187
6.8.1 原子操作 188
6.8.2 自鏇鎖 189
6.8.3 信號量 190
6.8.4 屏障 191
6.9 Solaris綫程同步原語 192
6.9.1 互斥鎖 193
6.9.2 信號量 193
6.9.3 多讀者/單寫者鎖 193
6.9.4 條件變量 193
6.10 Windows 7的並發機製 194
6.10.1 等待函數 194
6.10.2 分派器對象 194
6.10.3 臨界區 195
6.10.4 輕量級讀寫鎖和條件變量 195
6.10.5 鎖無關同步機製 196
6.11 Android進程間通信 196
6.12 小結 197
6.13 推薦讀物和動畫 197
6.14 關鍵術語、復習題和習題 198
6.14.1 關鍵術語 198
6.14.2 復習題 198
6.14.3 習題 198






第三部分 內存

第7章 內存管理 204
7.1 內存管理的需求 204
7.1.1 重定位 204
7.1.2 保護 205
7.1.3 共享 205
7.1.4 邏輯組織 205
7.1.5 物理組織 206
7.2 內存分區 206
7.2.1 固定分區 207
7.2.2 動態分區 208
7.2.3 夥伴係統 210
7.2.4 重定位 212
7.3 分頁 212
7.4 分段 215
7.5 小結 216
7.6 推薦讀物和動畫 216
7.7 關鍵術語、復習題和習題 216
7.7.1 關鍵術語 216
7.7.2 復習題 217
7.7.3 習題 217
附錄7A 加載和鏈接 219
第8章 虛擬內存 223
8.1 硬件和控製結構 223
8.1.1 局部性和虛擬內存 224
8.1.2 分頁 225
8.1.3 分段 232
8.1.4 段頁式 232
8.1.5 保護和共享 233
8.2 操作係統軟件 234
8.2.1 讀取策略 235
8.2.2 放置策略 235
8.2.3 置換策略 235
8.2.4 駐留集管理 239
8.2.5 清除策略 243
8.2.6 加載控製 244
8.3 UNIX和Solaris內存管理 245
8.3.1 分頁係統 245
8.3.2 內核內存分配器 247
8.4 Linux內存管理 249
8.4.1 虛擬內存 249
8.4.2 內核內存分配 250
8.5 Windows內存管理 251
8.5.1 Windows虛擬地址映射 251
8.5.2 Windows分頁 251
8.5.3 Windows 8交換 252
8.6 Android內存管理 252
8.7 小結 252
8.8 推薦讀物和動畫 253
8.9 關鍵術語、復習題和習題 253
8.9.1 關鍵術語 253
8.9.2 復習題 254
8.9.3 習題 254
第四部分 調度
第9章 單處理器調度 258
9.1 處理器調度的類型 258
9.1.1 長程調度 259
9.1.2 中程調度 260
9.1.3 短程調度 260
9.2 調度算法 260
9.2.1 短程調度規則 260
9.2.2 優先級的使用 261
9.2.3 選擇調度策略 262
9.2.4 性能比較 268
9.2.5 公平共享調度 272
9.3 傳統的UNIX調度 273
9.4 小結 274
9.5 推薦讀物和動畫 275
9.6 關鍵術語、復習題和習題 275
9.6.1 關鍵術語 275
9.6.2 復習題 275
9.6.3 習題 276
第10章 多處理器和實時調度 279
10.1 多處理器調度 279
10.1.1 粒度 279
10.1.2 設計問題 280
10.1.3 進程調度 281
10.1.4 綫程調度 283
10.1.5 多核綫程調度 286
10.2 實時調度 287
10.2.1 背景 287
10.2.2 實時操作係統的特點 288
10.2.3 實時調度 290
10.2.4 限期調度 291
10.2.5 速率單調調度 294
10.2.6 優先級反轉 295
10.3 Linux調度 297
10.3.1 實時調度 297
10.3.2 非實時調度 298
10.4 UNIX SVR4調度 300
10.5 FreeBSD調度程序 301
10.5.1 優先級 301
10.5.2 對稱多處理器與多核支持 301
10.6 Windows調度 303
10.6.1 進程和綫程優先級 303
10.6.2 多處理器調度 304
10.7 小結 305
10.8 推薦讀物 305
10.9 關鍵術語、復習題和習題 305
10.9.1 關鍵術語 305
10.9.2 復習題 306
10.9.3 習題 306
第五部分 輸入/輸齣和文件

第11章 I/O管理和磁盤調度 310
11.1 I/O設備 310
11.2 I/O功能的組織 311
11.2.1 I/O功能的發展 312
11.2.2 直接存儲器訪問 312
11.3 操作係統設計問題 314
11.3.1 設計目標 314
11.3.2 I/O功能的邏輯結構 314
11.4 I/O緩衝 315
11.4.1 單緩衝 316
11.4.2 雙緩衝 317
11.4.3 循環緩衝 317
11.4.4 緩衝的作用 317
11.5 磁盤調度 317
11.5.1 磁盤性能參數 317
11.5.2 磁盤調度策略 319
11.6 RAID 322
11.6.1 RAID級彆0 325
11.6.2 RAID級彆1 325
11.6.3 RAID級彆2 326
11.6.4 RAID級彆3 326
11.6.5 RAID級彆4 327
11.6.6 RAID級彆5 328
11.6.7 RAID級彆6 328
11.7 磁盤高速緩存 328
11.7.1 設計考慮因素 328
11.7.2 性能考慮因素 329
11.8 UNIX SVR 4 I/O 331
11.8.1 緩衝區高速緩衝 331
11.8.2 字符隊列 332
11.8.3 無緩衝I/O 332
11.8.4 UNIX設備 332
11.9 Linux I/O 333
11.9.1 磁盤調度 333
11.9.2 Linux頁麵緩存 334
11.10 Windows I/O 335
11.10.1 基本I/O機製 335
11.10.2 異步I/O和同步I/O 335
11.10.3 軟件RAID 336
11.10.4 捲影復製 336
11.10.5 捲加密 336
11.11 小結 336
11.12 推薦讀物和動畫 337
11.13 關鍵術語、復習題和習題 338
11.13.1 關鍵術語 338
11.13.2 復習題 338
11.13.3 習題 338
第12章 文件管理 340
12.1 概述 340
12.1.1 文件和文件係統 340
12.1.2 文件結構 341
12.1.3 文件管理係統 342
12.2 文件組織和訪問 344
12.2.1 堆 345
12.2.2 順序文件 345
12.2.3 索引順序文件 345
12.2.4 索引文件 346
12.2.5 直接文件或散列文件 346
12.3 B樹 347
12.4 文件目錄 349
12.4.1 內容 349
12.4.2 結構 350
12.4.3 命名 351
12.5 文件共享 352
12.5.1 訪問權限 352
12.5.2 同時訪問 353
12.6 記錄組塊 353
12.7 輔存管理 354
12.7.1 文件分配 354
12.7.2 空閑空間管理 357
12.7.3 捲 358
12.7.4 可靠性 358
12.8 UNIX文件管理 359
12.8.1 索引節點 359
12.8.2 文件分配 361
12.8.3 目錄 362
12.8.4 捲結構 362
12.9 Linux虛擬文件係統 362
12.9.1 超級塊對象 363
12.9.2 索引節點對象 364
12.9.3 目錄項對象 364
12.9.4 文件對象 364
12.9.5 緩存 364
12.10 Windows文件係統 365
12.10.1 NTFS的重要特徵 365
12.10.2 NTFS捲和文件結構 366
12.10.3 可恢復性 367
12.11 Android文件係統 368
12.11.1 文件係統 368
12.11.2 SQLite 369
12.12 小結 369
12.13 推薦讀物 370
12.14 關鍵術語、復習題和習題 370
12.14.1 關鍵術語 370
12.14.2 復習題 370
12.14.3 習題 371
第六部分 嵌入式係統

第13章 嵌入式操作係統 374
13.1 嵌入式係統 374
13.2 嵌入式操作係統的特點 375
13.2.1 移植現有商業操作係統 375
13.2.2 為特定目的構建的嵌入式
操作係統 376
13.3 嵌入式Linux 376
13.3.1 內核大小 376
13.3.2 編譯 376
13.3.3 嵌入式Linux文件係統 377
13.3.4 嵌入式Linux的優點 377
13.3.5 Android 377
13.4 TinyOS 377
13.4.1 無綫傳感器網絡 378
13.4.2 TinyOS的目標 378
13.4.3 TinyOS的組件 379
13.4.4 TinyOS的調度程序 381
13.4.5 配置示例 381
13.4.6 TinyOS的資源接口 383
13.5 推薦讀物 384
13.6 關鍵術語、復習題和習題 384
13.6.1 關鍵術語 384
13.6.2 復習題 385
13.6.3 習題 385
第14章 虛擬機 387
14.1 虛擬化方法 388
14.2 處理器問題 390
14.3 內存管理 391
14.4 輸入/輸齣管理 392
14.5 VMware ESXi 393
14.6 微軟Hyper-V與Xen係列 395
14.7 Java虛擬機 396
14.8 Linux VServer虛擬機架構 396
14.8.1 架構 396
14.8.2 進程調度 397
14.9 Android虛擬機 398
14.9.1 dex文件係統 398
14.9.2 Zygote 399
14.10 小結 399
14.11 推薦讀物 399
14.12 關鍵術語、復習題和習題 400
14.12.1 關鍵術語 400
14.12.2 復習題 400
14.12.3 習題 400
第15章 計算機安全技術 401
15.1 入侵者與惡意軟件 401
15.1.1 係統訪問威脅 401
15.1.2 應對措施 402
15.2 緩衝區溢齣 404
15.2.1 緩衝區溢齣攻擊 404
15.2.2 編譯時防禦 406
15.2.3 運行時防禦 408
15.3 訪問控製 409
15.3.1 文件係統訪問控製 409
15.3.2 訪問控製策略 410
15.4 UNIX訪問控製 414
15.4.1 傳統UNIX文件訪問控製 414
15.4.2 UNIX中的訪問控製列錶 416
15.5 操作係統加固 416
15.5.1 操作係統安裝：初始安裝
與後續更新 417
15.5.2 刪除不必要的服務、應用
與協議 417
15.5.3 對用戶、組和認證過程
進行配置 418
15.5.4 對資源控製進行配置 418
15.5.5 安裝額外的安全控製工具 418
15.5.6 對係統安全進行測試 419
15.6 安全性維護 419
15.6.1 記錄日誌 419
15.6.2 數據備份和存檔 419
15.7 Windows安全性 420
15.7.1 訪問控製方案 420
15.7.2 訪問令牌 421
15.7.3 安全描述符 421
15.8 小結 423
15.9 推薦讀物 424
15.10 關鍵術語、復習題和習題 424
15.10.1 關鍵術語 424
15.10.2 復習題 424
15.10.3 習題 424
第16章 分布式處理、客戶-服務器
和集群 426
16.1 客戶-服務器計算 426
16.1.1 什麼是客戶-服務器計算 426
16.1.2 客戶-服務器應用 427
16.1.3 中間件 431
16.2 分布式消息傳遞 433
16.2.1 可靠性與不可靠性 434
16.2.2 阻塞與無阻塞 434
16.3 遠程過程調用 434
16.3.1 參數傳遞 435
16.3.2 參數錶示 436
16.3.3 客戶-服務器綁定 436
16.3.4 同步和異步 436
16.3.5 麵嚮對象機製 437
16.4 集群 437
16.4.1 集群的配置 437
16.4.2 操作係統設計問題 439
16.4.3 集群計算機架構 440
16.4.4 集群與對稱多處理器 441
16.5 Windows集群服務器 441
16.6 Beowulf和Linux集群 442
16.6.1 Beowulf特性 442
16.6.2 Beowulf軟件 443
16.7 小結 443
16.8 推薦讀物 444
16.9 關鍵術語、復習題和習題 444
16.9.1 關鍵術語 444
16.9.2 復習題 445
16.9.3 習題 445
附錄A 並發主題 446
附錄B 編程和操作係統項目 460
參考文獻 464
· · · · · · (收起)