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第1章 操作系统概论 1

1.1 操作系统概念 1

1.1.1 操作系统的地位和作用 1

1.1.2 操作系统的定义 2

1.1.3 操作系统的功能 2

1.1.4 操作系统的特性 5

1.1.5 操作系统的性能 6

1.2 操作系统的形成和发展 7

1.2.1 硬件软件的发展轨迹 7

1.2.2 手工操作阶段 9

1.2.3 早期批处理阶段 9

1.2.4 执行系统阶段 10

1.2.5 多道程序系统阶段 10

1.2.6 操作系统的形成 11

1.3 操作系统的分类 11

1.3.1 批处理操作系统 12

1.3.2 分时操作系统 13

1.3.3 实时操作系统 14

1.3.4 微型计算机操作系统 15

1.3.5 网络操作系统 15

1.3.6 分布式操作系统 16

1.3.7 嵌入式操作系统 17

1.4 操作系统的结构设计 18

1.4.1 整体式结构的操作系统 18

1.4.2 层次式结构的操作系统 18

1.4.3 虚拟机结构的操作系统 19

1.4.4 客户／服务器结构的操作系统 19

1.4.5 微内核结构的操作系统 19

1.5 Linux操作系统简介 20

1.5.1 Linux系统的特点 20

1.5.2 Linux和其他系统的区别 21

小结 21

习题 22

第2章 用户界面 23

2.1 用户工作环境 23

2.1.1 用户环境 23

2.1.2 系统生成和系统启动 24

2.1.3 运行一个用户程序的过程 25

2.2 操作系统用户界面 26

2.2.1 操作系统的用户界面 26

2.2.2 操作接口 27

2.2.3 图形用户接口 29

2.3 系统调用 29

2.3.1 系统调用的基本概念 29

2.3.2 系统调用的基本类型 30

2.3.3 系统调用的实现 30

2.4 Linux的用户界面 31

2.4.1 Linux的命令行接口 31

2.4.2 Linux的图形方式 32

2.4.3 Linux的系统调用 32

2.4.4 与系统调用有关的数据结构 33

小结 34

习题 34

第3章 进程管理与调度 35

3.1 中央处理器 35

3.1.1 CPU的构成与基本工作方式 35

3.1.2 特权指令和非特权指令 36

3.1.3 处理器状态 36

3.1.4 程序状态字 37

3.2 中断 37

3.2.1 中断的概念 37

3.2.2 中断的分类 38

3.3 进程及其实现 38

3.3.1 进程定义 38

3.3.2 进程的类型和特性 39

3.3.3 进程的状态和转换 40

3.3.4 进程控制块 41

3.3.5 进程要素 42

3.4 进程的控制 43

3.4.1 进程的创建 44

3.4.2 进程的阻塞和唤醒 45

3.4.3 进程的撤销 46

3.4.4 进程的挂起和激活 47

3.5 进程切换与模式切换 47

3.5.1 执行模式 47

3.5.2 模式切换 48

3.5.3 进程切换 48

3.6 处理器调度 49

3.6.1 调度策略 49

3.6.2 调度模式 49

3.7 作业的管理与调度 50

3.7.1 作业及其调度 50

3.7.2 作业与进程 51

3.7.3 调度原则 51

3.7.4 作业调度算法 52

3.7.5 单道程序环境下的作业调度算法 54

3.7.6 多道程序环境下的作业调度算法 55

3.8 低级调度 56

3.8.1 低级调度功能 56

3.8.2 低级调度的方式 56

3.8.3 低级调度算法 57

3.9 线程及其基本概念 58

3.9.1 线程及其基本概念 58

3.9.2 线程的结构 59

3.9.3 进程与线程 60

3.9.4 线程的实现 61

3.10 Linux进程管理 62

3.10.1 Linux进程结构 62

3.10.2 进程调度 64

3.10.3 创建进程 65

3.10.4 Linux的线程 66

小结 66

习题 66

第4章 并发进程 69

4.1 并发进程 69

4.1.1 顺序程序与并发进程 69

4.1.2 与时间有关的错误 70

4.1.3 进程间的联系 71

4.2 临界区管理 72

4.2.1 临界区及其使用原则 72

4.2.2 实现临界区管理的软件方法 73

4.2.3 实现临界区管理的硬件方法 75

4.3 信号量与P、V操作 76

4.3.1 信号量定义 76

4.3.2 P、V操作定义 77

4.3.3 信号量的使用 78

4.3.4 信号量及P、V操作讨论 81

4.3.5 信号量与P、V操作经典问题 81

4.3.6 POSIX信号量 84

4.3.7 Linux中的信号量机制 87

4.4 进程间通信 92

4.4.1 进程间通信概念 92

4.4.2 进程间通信方式 92

4.4.3 Linux中的进程间通信机制 93

4.5 死锁 100

4.5.1 死锁的基本概念 100

4.5.2 死锁的预防——解决死锁的静态方法 102

4.5.3 死锁的避免——解决死锁的动态方法 102

4.5.4 死锁的检测及解除 105

4.6 管程 106

4.6.1 管程的基本概念 106

4.6.2 管程的特性 107

小结 108

习题 108

第5章 存储管理 112

5.1 存储管理中的概念 112

5.1.1 存储管理的目的和功能 112

5.1.2 存储分配的方式 113

5.1.3 重定位 113

5.2 分区存储管理 115

5.2.1 固定分区 115

5.2.2 可变分区 116

5.2.3 分配和释放算法 118

5.2.4 分区移动技术 120

5.2.5 覆盖与交换技术 120

5.2.6 分区的存储保护 122

5.2.7 分区存储管理的主要优缺点 122

5.3 页式存储管理 122

5.3.1 页式基本原理 123

5.3.2 页式管理表 123

5.3.3 页式地址转换 124

5.3.4 快表 125

5.3.5 页面分配策略 126

5.3.6 页面的共享与保护 126

5.3.7 多级页表 127

5.3.8 反置页表 128

5.4 段式存储管理 129

5.4.1 段式基本原理 130

5.4.2 段式地址转换 130

5.4.3 内存分配与释放 131

5.4.4 段的共享与保护 131

5.4.5 段式和页式的比较 132

5.5 段页式存储管理 133

5.5.1 段页式基本原理 133

5.5.2 段页式地址转换 134

5.6 虚拟存储管理 134

5.6.1 相关基本概念 135

5.6.2 请求页式存储管理 136

5.6.3 页面置换算法 140

5.6.4 请求页式管理性能分析 142

5.6.5 请求段式存储管理 143

5.6.6 请求段页式存储管理 145

5.7 Linux系统存储管理 145

5.7.1 Linux中的页表 146

5.7.2 页面的分配与回收 146

5.7.3 页交换进程与页面的换入换出 147

5.7.4 Linux虚拟存储器的保护 148

小结 148

习题 149

第6章 设备管理 151

6.1 设备管理的概念 151

6.1.1 设备的分类 151

6.1.2 设备管理的功能和任务 152

6.2 I/O控制方式 152

6.2.1 程序直接查询控制方式 153

6.2.2 中断方式 153

6.2.3 DMA方式 153

6.2.4 通道方式 155

6.3 缓冲技术 156

6.3.1 单缓冲 156

6.3.2 双缓冲 157

6.3.3 循环缓冲 157

6.3.4 缓冲池 158

6.4 驱动调度技术 159

6.4.1 磁盘的物理结构 159

6.4.2 磁盘调度 160

6.4.3 提高磁盘I/O速度的一些方法 162

6.5 设备分配 163

6.5.1 设备分配中的数据结构 163

6.5.2 设备分配过程 165

6.5.3 设备分配应考虑的因素 166

6.5.4 设备独立性 167

6.6 虚拟设备 168

6.6.1 SPOOLing系统的组成 168

6.6.2 SPOOLing系统的工作原理 169

6.6.3 SPOOLing系统的应用 169

6.6.4 SPOOLing技术的特点 170

6.7 Linux设备管理 170

6.7.1 Linux设备管理概述 170

6.7.2 设备驱动程序概述 171

6.7.3 设备驱动程序框架 171

小结 172

习题 172

第7章 文件系统 174

7.1 文件系统的基本概念 174

7.1.1 文件、记录和数据项 174

7.1.2 文件类型 175

7.1.3 文件系统模型 175

7.2 文件的逻辑结构与存取方法 176

7.2.1 文件的逻辑结构 176

7.2.2 文件的存取方法 177

7.3 文件的物理结构与存储设备 177

7.3.1 常见的物理结构 178

7.3.2 文件的存储设备 180

7.4 文件存储空间的管理 180

7.4.1 空闲区表法 181

7.4.2 空闲链表法 181

7.4.3 位示图法 182

7.5 文件目录 182

7.5.1 文件目录管理的基本要求 182

7.5.2 文件控制块和索引结点 183

7.5.3 文件目录结构 183

7.5.4 文件的共享 185

7.6 文件安全 186

7.6.1 存取控制矩阵 186

7.6.2 存取控制表 186

7.6.3 口令 187

7.6.4 密码 187

7.7 Linux文件系统 188

7.7.1 虚拟文件系统 188

7.7.2 Linux系统主要文件操作 189

小结 190

习题 190

第8章 网络与通信管理 192

8.1 网络的体系结构 192

8.2 网络操作系统的工作模式及网络通信功能 195

8.2.1 网络操作系统的工作模式 195

8.2.2 操作系统的网络组件 196

8.3 网络管理 198

8.3.1 网络管理概述 198

8.3.2 网络管理功能 199

8.3.3 集中式网络管理技术 200

8.3.4 分布式网络管理技术 201

8.4 远程过程调用 202

8.4.1 远程过程调用概述 202

8.4.2 远程过程调用的操作 203

8.4.3 远程过程调用的实现 203

8.5 网络服务 204

8.6 网络通信的安全性问题 207

8.6.1 网络安全概述 207

8.6.2 网络安全措施 208

8.6.3 网络安全服务 208

小结 211

习题 211

第9章 操作系统安全 213

9.1 操作系统安全概述 213

9.1.1 操作系统安全的重要性 213

9.1.2 操作系统面临的安全威胁 214

9.1.3 操作系统安全的目标 214

9.2 安全策略 215

9.2.1 访问支持策略 215

9.2.2 访问支持策略 216

9.3 硬件安全机制 217

9.3.1 存储保护 217

9.3.2 运行保护 218

9.3.3 I/O保护 218

9.4 软件安全机制 219

9.4.1 注册与登录 219

9.4.2 存取控制 220

9.4.3 最小特权管理 221

9.4.4 可信通道 221

9.4.5 隐蔽通道 222

9.4.6 安全审计 222

9.4.7 病毒防护 222

9.5 操作系统安全评测 223

9.5.1 操作系统安全评测方法 223

9.5.2 美国国防部可信计算机系统评测准则 224

9.6 Linux操作系统安全机制 225

9.6.1 标识与口令安全 225

9.6.2 存取控制 226

9.6.3 鉴别 227

9.6.4 审计 227

9.6.5 网络安全性 227

9.6.6 加密 228

9.6.7 网络监视和入侵检测 228

9.6.8 备份／恢复 229

小结 229

习题 229

操作系统实验 230

实验1 Linux系统用户接口和使用环境 230

实验2 Linux进程的创建 233

实验3 Linux进程信号通信 235

实验4 Linux进程消息通信 238

实验5 进程调度模拟 239

实验6 页面置换算法模拟 240

实验7 文件系统模拟设计 241

参考文献 242