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第1章　操作系统发展史 1

1.1　第0代——机械器件 1

1.2　第1代（1945～1955）——真空管 1

1.3　第2代（1955～1965）——晶体管 2

1.4　第3代（1965～1980）——集成电路 6

1.5　第4代（1980～现在）——大规模集成 10

1.5.1 桌面系统 10

1.5.2　多处理器系统 12

1.5.3　分布式处理技术 13

1.5.4　集群式系统 13

1.5.5　手持系统 14

1.6　关键词 14

1.7　总结 15

1.8　复习题 17

第2章　计算机体系结构 19

2.1 引言 19

2.2 4GL程序 20

2.3 3GL程序 20

2.4 2GL程序 21

2.5 1GL（机器语言）程序 23

2.5.1 汇编器 23

2.5.2　指令格式 23

2.5.3　加载／重定位 25

2.6 0GL（硬件级）语言 26

2.6.1　基本概念 26

2.6.2 CPU寄存器 28

2.6.3　算术逻辑单元（ALU） 29

2.6.4　开关 30

2.6.5　解码器电路 30

2.6.6　机器周期 31

2.6.7　一些示例 32

2.7　程序上下文 35

2.8 中断 36

2.8.1 中断需求 36

2.8.2　针对中断的计算机硬件 36

2.9　关键词 41

2.10　总结 42

2.11 复习题 43

第3章　操作系统——函数和结构 47

3.1　什么是操作系统？ 47

3.2　操作系统的不同服务 51

3.2.1　信息管理 52

3.2.2　进程管理 52

3.2.3 内存管理 53

3.3　系统调用的使用 54

3.4　可移植性问题 55

3.5　操作系统的用户观点 56

3.6 图形用户界面（GUI） 61

3.7　操作系统结构 62

3.7.1　整体（简单的）操作系统 63

3.7.2　分层操作系统 63

3.7.3　微内核操作系统 65

3.7.4　外核操作系统 66

3.8　虚拟机 66

3.9 引导 68

3.10　关键词 69

3.11 总结 70

3.12　复习题 71

第4章　信息管理 75

4.1 引言 75

4.1.1 磁盘基础 77

4.1.2　直接存储器存取（DMA） 90

4.2　文件系统 91

4.2.1 引言 91

4.2.2　块和块编码方案 92

4.2.3　文件支持级别 95

4.2.4　写记录 96

4.2.5　读记录 100

4.2.6　操作系统和DMS之间的关系 102

4.2.7　文件目录条目 106

4.2.8　打开／关闭操作 107

4.2.9　磁盘空间分配方法 108

4.2.10 目录结构：用户观点 123

4.2.11 目录系统的实现 127

4.3 设备驱动程序（DD） 135

4.3.1　基础知识 135

4.3.2　路径管理 138

4.3.3 DD的子模块 140

4.3.4 I/O过程 142

4.3.5 I/O调度程序 144

4.3.6　设备处理程序 150

4.3.7 中断服务程序（ISR） 150

4.3.8　完整的描述 150

4.4　终端I/O 152

4.4.1 引言 152

4.4.2　终端硬件 152

4.4.3　终端软件 154

4.5 CD光盘（CD-ROM） 171

4.5.1　技术细节 172

4.5.2　光盘上的组织数据 173

4.5.3 DVD光盘 174

4.6　关键词 174

4.7 总结 176

4.8　复习题 177

第5章　进程管理 181

5.1 引言 181

5.2　什么是进程？ 182

5.3 多道程序设计技术的演化 182

5.4　上下文切换 184

5.5　进程状态 186

5.5.1 运行态 186

5.5.2　就绪态 186

5.5.3 阻塞态 186

5.6　进程状态转移 187

5.7　进程控制块 188

5.8　进程层次结构 193

5.9　对进程的操作 195

5.10　创建进程 196

5.11　销毁进程 199

5.12　调度进程 200

5.13　更改进程优先级 200

5.14　阻塞进程 201

5.15　再次调度进程 202

5.16　时间用完的进程 202

5.17　唤醒进程 203

5.18　挂起／恢复进程 204

5.19　进程调度 206

5.19.1　调度目标 206

5.19.2　优先级和时间片的概念 208

5.19.3　调度理论 209

5.19.4　调度级别 210

5.19.5　调度策略（针对短期调度） 211

5.20　多线程技术 216

5.20.1　多线程模型 218

5.20.2　线程的实现 220

5.21 关键词 221

5.22 总结 222

5.23 复习题 224

第6章　进程间通信 227

6.1 生产者—消费者问题 227

6.2　生产者—消费者问题的解决方案 232

6.2.1 中断禁止／启动 232

6.2.2　锁标识 232

6.2.3　互斥原语 233

6.2.4　互斥原语的实现 234

6.2.5　替换策略 235

6.2.6 Peterson算法 236

6.2.7　硬件支持 238

6.2.8　信号量 240

6.3 经典IPC问题 244

6.3.1 算法 244

6.3.2　监视器 250

6.3.3 消息传递 251

6.4　关键词 252

6.5 总结 252

6.6　复习题 254

第7章　死锁 257

7.1 引言 257

7.2　死锁的图形化解释 258

7.3 出现死锁的前提条件 260

7.4　死锁策略 260

7.4.1　忽略死锁 261

7.4.2　检测死锁 261

7.4.3　从死锁中恢复 265

7.4.4　预防死锁 266

7.4.5　避免死锁 269

7.5　关键词 272

7.6　总结 273

7.7　复习题 273

第8章　内存管理 277

8.1 引言 277

8.2　单个连续内存管理 279

8.3 固定分区内存管理 281

8.3.1 引言 281

8.3.2　分配算法 282

8.3.3　交换 284

8.3.4　重定位和地址转换 285

8.3.5　保护和共享 287

8.3.6　评价 290

8.4　可变分区 290

8.4.1　引言 290

8.4.2　分配算法 292

8.4.3　交换 295

8.4.4　重定位和地址转换 295

8.4.5　保护和共享 296

8.4.6　评估 296

8.5　非连续分配法——一般概念 297

8.6 分页 298

8.6.1　原理介绍 298

8.6.2　分配算法 301

8.6.3　交换 304

8.6.4　重定位和地址转换 304

8.7　分段 317

8.7.1 引言 317

8.7.2　交换 320

8.7.3　地址转换和重定位 321

8.7.4　共享和保护 323

8.8 复合系统 325

8.9　虚拟内存管理系统 327

8.9.1　引言 327

8.9.2　重定位和地址转换 331

8.9.3　交换 334

8.9.4　重定位和地址转换 347

8.9.5　保护和共享 347

8.9.6　评估 347

8.9.7　虚拟内存的设计考虑 348

8.10　关键词 351

8.11 总结 353

8.12　复习题 355

第9章　操作系统——安全性和保护 359

9.1 引言 359

9.2　安全性威胁 360

9.3　对安全的攻击 361

9.3.1　身份验证 361

9.3.2　浏览 361

9.3.3　后门 362

9.3.4　无效的参数 362

9.3.5　搭线 362

9.3.6 电子数据捕捉 362

9.3.7　损失线 362

9.3.8　不正确的访问控制 362

9.3.9　废物恢复 363

9.3.10　流氓软件 363

9.3.11 隐蔽信道 364

9.4 由参数引起的安全性侵犯 364

9.4.1　拒绝服务 364

9.4.2　更严重的侵犯 365

9.4.3　解决方法：原子验证 366

9.5　计算机蠕虫 367

9.5.1　起源 367

9.5.2 工作模式 367

9.5.3 Internet蠕虫 368

9.5.4　对抗蠕虫的安全措施 368

9.6　计算机病毒 368

9.6.1　病毒种类 368

9.6.2　感染方法 369

9.6.3 工作模式 369

9.6.4　检测病毒 372

9.6.5　清除病毒 373

9.6.6　预防病毒 373

9.7　安全性设计原则 373

9.7.1 公开设计 373

9.7.2　最小特权 373

9.7.3 显式命令 373

9.7.4　连续验证 374

9.7.5　简单的设计 374

9.7.6　用户认可 374

9.7.7　多种条件 374

9.8　身份验证 374

9.8.1　集中式环境下的身份验证 374

9.8.2　分布式环境下的身份验证 379

9.9　保护机制 379

9.9.1　保护框架 379

9.9.2　存取控制表（ACL） 384

9.9.3 能力表 386

9.9.4　组合法 388

9.10　数据加密 389

9.11　基本概念 390

9.11.1　明文和密文 390

9.11.2　替换加密 391

9.11.3　换位加密 391

9.11.4　密码系统类型 393

9.12　数字签名 397

9.13　关键词 401

9.14　总结 402

9.15 复习题 403

第10章　并行处理 407

10.1 引言 407

10.2　什么是并行处理？ 408

10.3　分布式处理和并行处理的差异 408

10.4　并行处理的优点 409

10.4.1　性能 409

10.4.2　容错性 409

10.4.3　增量增长 409

10.4.4　性价比 410

10.5　并行处理程序的编写 410

10.6　计算机分类 410

10.7　支持并行处理的机器体系结构 411

10.7.1　基于总线的互连 411

10.7.2　交换内存存取 412

10.7.3　超立方体结构 413

10.8　针对并行处理器的操作系统 414

10.8.1　独立式操作系统 414

10.8.2　主／从系统 414

10.8.3　对称式操作系统 415

10.9　并行处理操作系统存在的问题 415

10.9.1　互斥 415

10.9.2　死锁 416

10.10　案例分析——Mach系统 418

10.10.1 Mach系统中的内存管理 419

10.10.2 Mach系统中的通信 420

10.10.3 Mach系统中的操作系统模拟 420

10.11　案例分析——DG/UX系统 421

10.12　关键词 422

10.13 总结 423

10.14　复习题 423

第11章　分布式处理中的操作系统 427

11.1 引言 427

11.2　分布式处理 428

11.2.1　集中式处理与分布式处理的比较 428

11.2.2　分布式应用 429

11.2.3　数据的分布 430

11.2.4　控制的分布 431

11.2.5　分布式处理示例 432

11.2.6 NOS的功能 438

11.2.7　全局操作系统概述 443

11.3　进程转移 448

11.3.1　进程转移的需要 448

11.3.2　进程转移的发起 448

11.3.3　进程转移内容 449

11.3.4　进程转移示例 449

11.3.5　驱逐 450

11.3.6　转移进程 450

11.4　远程过程调用 450

11.4.1 引言 451

11.4.2　消息传递方案 451

11.4.3　消息传递方案分类 451

11.1.4 RPC 452

11.4.5　调用过程 452

11.4.6　参数表示法 453

11.4.7　端口 454

11.4.8 RPC和线程 454

11.5　分布的进程 455

11.5.1　基于进程的DOS 456

11.5.2　基于对象的DOS 456

11.5.3　对象请求代理程序（ORB） 457

11.6　分布式文件管理 458

11.6.1　引言 458

11.6.2　文件复制 458

11.6.3　分布式文件系统 459

11.7 NFS——范例分析 463

11.7.1 引言 463

11.7.2 NFS设计目标 463

11.7.3 NFS组件 463

11.7.4 NFS工作原理 466

11.8　分布式处理中的缓存管理 467

11.9　打印机服务器 469

11.10　基于客户的信息处理技术 470

11.11 客户—服务器信息处理技术 472

11.12　分布式数据库系统中存在的问题 476

11.12.1　分布式快照算法 476

11.12.2　两阶段提交 477

11.13　分布式互斥 478

11.14　分布式系统中的死锁问题 482

11.14.1　预防死锁 482

11.14.2　避免死锁 483

11.14.3　检测死锁 483

11.15　局域网（LAN）环境和协议 484

11.15.1　引言 484

11.15.2　数据通信错误 484

11.15.3　消息、包、帧 485

11.15.4 NIC功能：示例 487

11.15.5 LAN媒介信号和拓扑结构 488

11.16 网络协议 489

11.16.1　计算机通信协议 491

11.16.2 OSI模型 495

11.16.3　分层的组织结构 497

11.16.4　物理层 498

11.16.5　数据链路层 499

11.16.6　网络层 501

11.16.7　传输层 502

11.16.8　会话层 504

11.16.9　表示层 505

11.16.10　应用层 505

11.17　关键词 506

11.18　总结 508

11.19　复习题 508

第12章　Windows 2000/NT：案例分析 511

12.1 引言 511

12.2 Windows NT 513

12.3 Windows NT 515

12.3.1　进程同步 515

12.3.2　内存管理 516

12.4 Windows 2000 518

12.4.1 Win32应用编程接口（Win32 API） 519

12.4.2 Windows注册表 520

12.4.3　操作系统组织结构 523

12.4.4 Windows 2000中的进程管理 530

12.4.5 Windows 2000中的内存管理 535

12.4.6 Windows 2000中的文件处理 535

12.4.7 Windows 2000的安全性 541

12.4.8 Windows 2000和Kerberos 544

12.4.9 MS-DOS模拟 548

12.5　关键词 549

12.6　总结 550

12.7　复习题 551

第13章　UNIX：案例分析 553

13.1 引言 553

13.2 UNIX的发展史 554

13.3 UNIX概述 558

13.4 UNIX文件系统 562

13.4.1 文件系统的用户观点 562

13.4.2　不同类型的文件 563

13.4.3　加挂／卸载文件系统 569

13.4.4　重要的UNIX目录／文件 570

13.4.5　文件系统内部结构 575

13.4.6　文件系统运行时的数据结构 587

13.4.7 “Open（打开）”系统调用 591

13.4.8 “Read（读）”系统调用 592

13.4.9 “Write（写入）”系统调用 593

13.4.10　随机查找——“Lseek”系统调用 594

13.4.11 “Close（关闭）”系统调用 595

13.4.12 “Create（创建）”系统调用 595

13.4.13 “Delete（删除）”系统调用 597

13.4.14 “chdir（改变目录）”系统调用 597

13.4.15　管道的实现 598

13.4.16　加挂／卸载的实现 599

13.4.17　链接／解链的实现 599

13.4.18 UNIX中设备I/O的实现 600

13.5　用于进程／内存管理的数据结构 603

13.5.1　编译过程 603

13.5.2　进程表 606

13.5.3 u区 606

13.5.4　每个进程区域表（PRegion） 607

13.5.5 区域表（RT） 608

13.5.6　页面映射表（PMT） 610

13.5.7　内核堆栈 613

13.6　进程状态和状态转移 614

13.7 UNIX操作系统中程序的运行和终止 616

13.7.1　引言 616

13.7.2 “Fork”系统调用 618

13.7.3 “Exec”系统调用 619

13.7.4　进程终止——“Exit”系统调用 621

13.7.5 “Wait”系统调用 621

13.8　使用系统（引导和登录） 622

13.8.1　引导进程：进程0和进程1 622

13.8.2　登录进程 623

13.9　进程调度 627

13.10 内存管理 631

13.10.1 引言 631

13.10.2　交换技术 632

13.10.3　请求页面调度 634

13.10.4　请求页面调度示例 639

13.11 Solaris进程／线程管理和同步——范例分析 641

13.11.1 Solaris线程和SMP管理 641

13.11.2 Solaris进程结构 642

13.11.3 Solaris线程同步 643

13.12　关键词 644

13.13 总结 644

第14章　Linux：案例分析 647

14.1 引言 647

14.2 UNIX和Linux的比较 649

14.3　进程管理 649

14.4　进程调度 651

14.5 内存管理 654

14.6　文件管理 655

14.7　设备驱动程序 656

14.8　安全性 656

14.8.1　存取控制 656

14.8.2　用户身份验证 657

14.9　关键词 658

14.10　总结 659

14.11　复习题 659

第15章　多媒体操作系统 663

15.1　什么是多媒体 663

15.1.1　基本定义 663

15.1.2　图片／图像 664

15.1.3　颜色 668

15.1.4　视频 669

15.1.5　声音 670

15.2　多媒体和数据压缩 673

15.2.1　基本概念 673

15.2.2　常用的图像文件格式 674

15.2.3　常用的音频文件格式 675

15.3　视频服务器 676

15.4　进程管理 678

15.5　多媒体文件系统 679

15.6　多媒体文件存储机制 680

15.6.1　磁带 680

15.6.2　光存储器 680

15.6.3　磁盘 681

15.7　视频服务器的组织形式 681

15.8　关键词 682

15.9　总结 683

15.10　复习题 683