操作系統(tǒng)原理

第1篇 背景知識(shí)
第1章 硬件基礎(chǔ)
1.1 硬件的基本構(gòu)成
1.2 處理器
1.2.1 CPU的性能因素
1.2.2 微處理器的發(fā)展
1.3 指令與指令周期
1.3.1 指令
1.3.2 指令周期
1.3.3 指令集的復(fù)雜性
1.3.4 流水線和并行處理
1.4 中斷
1.4.1 中斷和指令周期
1.4.2 中斷處理
1.4.3 多個(gè)中斷
1.5 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)
1.5.1 內(nèi)存的4種類型
1.5.2 存儲(chǔ)器的重要特性
1.5.3 存儲(chǔ)器訪問的局部性原理
1.6 高速緩存
1.7 直接內(nèi)存存取
1.8 多處理器和多核計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)
1.8.1 對(duì)稱多處理器
1.8.2 多核計(jì)算機(jī)
1.9 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)
1.10 習(xí)題
第2章 操作系統(tǒng)概述
2.1 操作系統(tǒng)的功能
2.1.1 作為用戶/計(jì)算機(jī)接口
2.1.2 作為資源管理器
2.1.3 作為擴(kuò)展機(jī)器
2.2 操作系統(tǒng)的種類
2.3 操作系統(tǒng)的核心概念
2.3.1 進(jìn)程
2.3.2 地址空間與內(nèi)存管理
2.3.3 文件
2.3.4 調(diào)度和資源管理
2.3.5 輸入/輸出
2.3.6 保護(hù)
2.3.7 Shell與圖形用戶界面
2.4 操作系統(tǒng)的發(fā)展
2.4.1 串行處理
2.4.2 簡單批處理系統(tǒng)
2.4.3 多道批處理系統(tǒng)
2.4.4 分時(shí)系統(tǒng)
2.4.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)
2.4.6 通用操作系統(tǒng)
2.4.7 操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展
2.5 系統(tǒng)調(diào)用
2.5.1 系統(tǒng)調(diào)用的概念
2.5.2 用于進(jìn)程管理的系統(tǒng)調(diào)用
2.5.3 用于文件管理的系統(tǒng)調(diào)用
2.5.4 Windows Win32 API
2.6 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.6.1 單體系統(tǒng)
2.6.2 層次式系統(tǒng)
2.6.3 微內(nèi)核
2.6.4 客戶機(jī)-服務(wù)器模式
2.6.5 虛擬機(jī)
2.6.6 外核
2.7 多處理器和多核計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因素
2.7.1 多線程
2.7.2 對(duì)稱多處理器計(jì)算機(jī)
2.7.3 多核計(jì)算機(jī)
2.8 習(xí)題
第2篇 進(jìn)程與線程
第3章 進(jìn)程描述和控制
3.1 進(jìn)程的概述
3.2 進(jìn)程狀態(tài)
3.2.1 兩狀態(tài)進(jìn)程模型
3.2.2 進(jìn)程的創(chuàng)建和終止
3.2.3 五狀態(tài)模型
3.2.4 被掛起的進(jìn)程
3.3 進(jìn)程描述
3.3.1 操作系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)
3.3.2 進(jìn)程控制結(jié)構(gòu)
3.4 進(jìn)程控制
3.4.1 進(jìn)程創(chuàng)建
3.4.2 進(jìn)程切換
3.5 操作系統(tǒng)的執(zhí)行
3.5.1 無進(jìn)程的內(nèi)核
3.5.2 在用戶進(jìn)程中執(zhí)行
3.5.3 基于進(jìn)程的操作系統(tǒng)
3.6 習(xí)題
第4章 線程
4.1 線程的概念
4.1.1 單線程和多線程
4.1.2 線程的屬性
4.1.3 線程的功能特性
4.1.4 線程和進(jìn)程的區(qū)別
4.2 用戶級(jí)和內(nèi)核級(jí)線程
4.3 多核和多線程
4.4 Windows 7線程和SMP管理
4.4.1 進(jìn)程對(duì)象和線程對(duì)象
4.4.2 多線程
4.4.3 線程狀態(tài)
4.4.4 對(duì)OS子系統(tǒng)的支持
4.4.5 對(duì)稱多處理的支持
4.5 習(xí)題
第5章 互斥與同步
5.1 并發(fā)的原理
5.1.1 同步與互斥
5.1.2 簡單舉例
5.1.3 進(jìn)程的交互
5.1.4 互斥的要求
5.2 互斥：硬件的支持
5.3 信號(hào)量
5.3.1 互斥
5.3.2 生產(chǎn)者/消費(fèi)者問題
5.3.3 信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)
5.4 管程
5.4.1 使用信號(hào)的管程
5.4.2 使用通知和廣播的管程
5.5 消息傳遞
5.5.1 同步
5.5.2 尋址
5.5.3 消息格式
5.5.4 排隊(duì)原則
5.5.5 互斥
5.6 讀者/寫者問題
5.6.1 讀者優(yōu)先
5.6.2 寫者優(yōu)先
5.7 習(xí)題
第6章 死鎖與饑餓
6.1 死鎖原理
6.1.1 可搶占資源和不可搶占資源
6.1.2 可重用資源和可消耗資源
6.1.3 資源獲取
6.1.4 死鎖的定義
6.1.5 資源死鎖的條件
6.1.6 死鎖建模
6.2 死鎖檢測和死鎖恢復(fù)
6.2.1 死鎖檢測
6.2.2 死鎖恢復(fù)
6.3 死鎖避免
6.3.1 資源軌跡圖
6.3.2 安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)
6.3.3 單個(gè)資源的銀行家算法
6.3.4 多個(gè)資源的銀行家算法
6.4 死鎖預(yù)防
6.5 活鎖與饑餓
6.5.1 兩階段加鎖
6.5.2 通信死鎖
6.5.3 活鎖
6.5.4 饑餓
6.6 哲學(xué)家就餐問題
6.7 習(xí)題
第3篇 存儲(chǔ)管理與調(diào)度
第7章 存儲(chǔ)管理
7.1 無存儲(chǔ)器抽象
7.2 存儲(chǔ)器抽象：地址空間
7.2.1 地址空間的概念
7.2.2 交換技術(shù)
7.2.3 空閑內(nèi)存管理
7.2.4 駐留集管理
7.3 虛擬內(nèi)存
7.3.1 分頁
7.3.2 頁表
7.3.3 加速分頁過程
7.3.4 針對(duì)大內(nèi)存的頁表
7.4 頁面置換算法
7.4.1 最優(yōu)頁面置換算法
7.4.2 最近未使用（NRU）頁面置換算法
7.4.3 先進(jìn)先出（FIFO）頁面置換算法
7.4.4 第二次機(jī)會(huì)頁面置換算法
7.4.5 時(shí)鐘頁面置換算法
7.4.6 最近最少使用（LRU）頁面置換算法
7.4.7 最不常用頁面置換算法
7.4.8 工作集頁面置換算法
7.4.9 工作集時(shí)鐘（WSClock）頁面置換算法
7.5 習(xí)題
第8章 分頁與分段設(shè)計(jì)
8.1 分頁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題
8.1.1 局部分配策略與全局分配策略
8.1.2 負(fù)載控制
8.1.3 頁面大小
8.1.4 分離的指令空間和數(shù)據(jù)空間
8.1.5 共享頁面
8.1.6 共享庫
8.1.7 內(nèi)存映射文件
8.1.8 清除策略
8.1.9 虛擬內(nèi)存接口
8.2 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)問題
8.2.1 與分頁有關(guān)的工作
8.2.2 指令備份
8.2.3 后備存儲(chǔ)
8.3 分段
8.3.1 純分段的實(shí)現(xiàn)
8.3.2 分段和分頁結(jié)合：MULTICS
8.3.3 分段和分頁結(jié)合：Intel Pentium
8.4 習(xí)題
第9章 處理器管理
9.1 處理器調(diào)度的類型
9.2 調(diào)度算法
9.2.1 短程調(diào)度準(zhǔn)則
9.2.2 優(yōu)先級(jí)的使用
9.2.3 選擇調(diào)度策略
9.2.4 公平共享調(diào)度
9.3 多處理器調(diào)度
9.3.1 粒度
9.3.2 設(shè)計(jì)問題
9.3.3 進(jìn)程調(diào)度
9.3.4 線程調(diào)度
9.4 實(shí)時(shí)調(diào)度
9.4.1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)
9.4.2 實(shí)時(shí)調(diào)度方法
9.4.3 限期調(diào)度
9.4.4 速率單調(diào)調(diào)度
9.4.5 優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)
9.5 習(xí)題
第4篇 輸入/輸出和文件管理
第10章 輸入/輸出管理
10.1 I/O硬件原理
10.1.1 I/O設(shè)備
10.1.2 設(shè)備控制器
10.1.3 內(nèi)存映射I/O
10.1.4 直接存儲(chǔ)器存取
10.2 I/O軟件原理
10.2.1 I/O軟件的目標(biāo)
10.2.2 程序控制I/O
10.2.3 中斷驅(qū)動(dòng)I/O
10.2.4 使用DMA的I/O
10.3 I/O軟件層次
10.3.1 中斷處理程序
10.3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
10.3.3 與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件
10.3.4 用戶空間的I/O軟件
10.4 習(xí)題
第11章 I/O設(shè)備管理
11.1 盤
11.1.1 磁盤
11.1.2 光盤
11.1.3 固態(tài)硬盤
11.2 磁盤臂調(diào)度算法
11.3 磁盤陣列（RAID）
11.4 時(shí)鐘
11.4.1 時(shí)鐘硬件
11.4.2 時(shí)鐘軟件
11.4.3 軟定時(shí)器
11.5 用戶界面：鍵盤、鼠標(biāo)和監(jiān)視器
11.5.1 輸入軟件
11.5.2 輸出軟件
11.6 電源管理
11.7 習(xí)題
第12章 文件管理
12.1 文件
12.1.1 文件命名
12.1.2 文件結(jié)構(gòu)
12.1.3 文件類型
12.1.4 文件存取
12.1.5 文件屬性
12.1.6 文件操作
12.2 目錄
12.2.1 一級(jí)目錄系統(tǒng)
12.2.2 層次目錄系統(tǒng)
12.2.3 路徑名
12.2.4 目錄操作
12.3 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
12.3.1 文件系統(tǒng)布局
12.3.2 文件的實(shí)現(xiàn)
12.3.3 目錄的實(shí)現(xiàn)
12.3.4 虛擬文件系統(tǒng)
12.4 文件系統(tǒng)管理和優(yōu)化
12.4.1 磁盤空間管理
12.4.2 文件系統(tǒng)備份
12.4.3 文件系統(tǒng)的一致性
12.4.4 文件系統(tǒng)性能
12.4.5 磁盤碎片整理
12.5 習(xí)題
第5篇 操作系統(tǒng)進(jìn)階
第13章 操作系統(tǒng)安全
13.1 安全的概念
13.2 威脅、攻擊與資產(chǎn)
13.2.1 威脅與資產(chǎn)
13.2.2 入侵者
13.2.3 數(shù)據(jù)意外遺失
13.3 惡意軟件
13.3.1 特洛伊木馬
13.3.2 病毒
13.3.3 蠕蟲
13.3.4 僵尸
13.3.5 移動(dòng)代碼
13.3.6 間諜軟件
13.3.7 Rootkit
13.4 內(nèi)部與外部攻擊
13.4.1 后門陷阱
13.4.2 邏輯炸彈
13.4.3 登錄欺騙
13.4.4 利用代碼漏洞
13.5 身份驗(yàn)證與訪問控制
13.5.1 基于密碼的身份驗(yàn)證
13.5.2 基于令牌的身份驗(yàn)證
13.5.3 生物特征識(shí)別認(rèn)證
13.5.4 訪問控制
13.6 入侵檢測
13.6.1 基于主機(jī)的入侵檢測技術(shù)
13.6.2 審計(jì)記錄
13.7 防御
13.7.1 防火墻
13.7.2 反病毒技術(shù)
13.7.3 蠕蟲對(duì)策
13.8 習(xí)題
第14章 多媒體操作系統(tǒng)
14.1 多媒體概述
14.2 多媒體文件
14.2.1 視頻編碼
14.2.2 音頻編碼
14.3 視頻壓縮
14.3.1 JPEG標(biāo)準(zhǔn)
14.3.2 MPEG標(biāo)準(zhǔn)
14.4 音頻壓縮
14.5 多媒體進(jìn)程調(diào)度
14.5.1 調(diào)度同質(zhì)進(jìn)程
14.5.2 一般實(shí)時(shí)調(diào)度
14.5.3 速率單調(diào)調(diào)度
14.5.4 最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度
14.6 多媒體文件系統(tǒng)
14.6.1 VCR控制功能
14.6.2 近似視頻點(diǎn)播
14.7 文件存放
14.7.1 在單個(gè)磁盤上存放文件
14.7.2 兩個(gè)替代的文件組織策略
14.7.3 近似視頻點(diǎn)播的文件存放
14.7.4 在單個(gè)磁盤上存放多個(gè)文件
14.7.5 在多個(gè)磁盤上存放文件
14.8 高速緩存
14.8.1 塊高速緩存
14.8.2 文件高速緩存
14.9 多媒體磁盤調(diào)度
14.9.1 靜態(tài)磁盤調(diào)度
14.9.2 動(dòng)態(tài)磁盤調(diào)度
14.10 習(xí)題
第15章 嵌入式操作系統(tǒng)
15.1 嵌入式系統(tǒng)
15.2 eCos
15.2.1 可配置性
15.2.2 eCos組件
15.2.3 eCos調(diào)度程序
15.2.4 eCos線程同步
15.3 TinyOS
15.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
15.3.2 TinyOS的目標(biāo)
15.3.3 TinyOS的組件
15.3.4 TinyOS的調(diào)度程序
15.3.5 TinyOS的資源接口
15.4 習(xí)題
第16章 分布式處理、客戶/服務(wù)器和集群系統(tǒng)
16.1 客戶/服務(wù)器計(jì)算模型
16.1.1 客戶/服務(wù)器的概念
16.1.2 客戶/服務(wù)器的應(yīng)用
16.1.3 中間件
16.2 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)
16.3 分布式消息傳遞
16.4 遠(yuǎn)程過程調(diào)用
16.5 集群
16.5.1 集群的配置
16.5.2 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題
16.5.3 集群計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)
16.5.4 Windows集群服務(wù)器
16.5.5 Beowulf和Linux集群
16.6 習(xí)題
附錄 部分習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)