第0章 读者与教师指南 1
0.1 本书概述 1
0.2 实例系统 1
0.3 读者和教师的路线图 2
0.4 互联网和网站资源 3
第一部分 背景知识 6
第1章 计算机系统概述 6
1.1 基本构成 6
1.2 微处理器的发展 7
1.3 指令的执行 8
1.4 中断 10
1.4.1 中断和指令周期 11
1.4.2 中断处理 12
1.4.3 多个中断 14
1.5 存储器的层次结构 15
1.6 高速缓存 17
1.6.1 动机 18
1.6.2 高速缓存原理 18
1.6.3 高速缓存设计 19
1.7 直接内存存取 20
1.8 多处理器和多核计算机组织结构 21
1.8.1 对称多处理器 21
1.8.2 多核计算机 23
1.9 推荐读物 23
1.10 关键术语、复习题和习题 24
1.10.1 关键术语 24
1.10.2 复习题 24
1.10.3 习题 24
附录1A 两级存储器的性能特征 26
第2章 操作系统概述 31
2.1 操作系统的目标和功能 31
2.1.1 作为用户／计算机接口的操作系统 31
2.1.2 作为资源管理器的操作系统 32
2.1.3 操作系统的易扩展性 33
2.2 操作系统的发展史 34
2.2.1 串行处理 34
2.2.2 简单批处理系统 34
2.2.3 多道批处理系统 36
2.2.4 分时系统 38
2.3 主要成就 40
2.3.1 进程 40
2.3.2 内存管理 42
2.3.3 信息保护和安全 43
2.3.4 调度和资源管理 44
2.4 现代操作系统的特征 45
2.5 容错性 47
2.5.1 基本概念 47
2.5.2 错误 48
2.5.3 操作系统机制 48
2.6 多处理器和多核操作系统设计考虑因素 49
2.6.1 对称多处理器操作系统设计考虑因素 49
2.6.2 多核操作系统设计考虑因素 49
2.7 微软Windows系统简介 51
2.7.1 背景 51
2.7.2 体系结构 51
2.7.3 客户-服务器模型 53
2.7.4 线程和SMP 54
2.7.5 Windows对象 54
2.8 传统的UNIX系统 55
2.8.1 历史 55
2.8.2 描述 56
2.9 现代UNIX系统 57
2.9.1 System V Release 4（SVR4） 58
2.9.2 BSD 58
2.9.3 Solaris 10 58
2.10 Linux操作系统 58
2.10.1 历史 58
2.10.2 模块结构 59
2.10.3 内核组件 60
2.11 Android 62
2.11.1 Android软件体系结构 63
2.11.2 Android系统体系结构 64
2.11.3 活动 65
2.11.4 电源管理 65
2.12 推荐读物和动画 66
2.13 关键术语、复习题和习题 67
2.13.1 关键术语 67
2.13.2 复习题 67
2.13.3 习题 67
第二部分 进程 70
第3章 进程描述和控制 70
3.1 什么是进程 70
3.1.1 背景 70
3.1.2 进程和进程控制块 71
3.2 进程状态 72
3.2.1 两状态进程模型 73
3.2.2 进程的创建和终止 74
3.2.3 五状态模型 75
3.2.4 被挂起的进程 78
3.3 进程描述 81
3.3.1 操作系统的控制结构 82
3.3.2 进程控制结构 82
3.4 进程控制 86
3.4.1 执行模式 86
3.4.2 进程创建 87
3.4.3 进程切换 88
3.5 操作系统的执行 90
3.5.1 无进程内核 90
3.5.2 在用户进程内运行 90
3.5.3 基于进程的操作系统 91
3.6 UNIX SVR4进程管理 91
3.6.1 进程状态 92
3.6.2 进程描述 93
3.6.3 进程控制 94
3.7 小结 95
3.8 推荐读物和动画 95
3.9 关键术语、复习题和习题 95
3.9.1 关键术语 95
3.9.2 复习题 96
3.9.3 习题 96
第4章 线程 99
4.1 进程和线程 99
4.1.1 多线程 99
4.1.2 线程的功能 102
4.2 线程分类 103
4.2.1 用户级和内核级线程 103
4.2.2 其他方案 106
4.3 多核和多线程 107
4.3.1 多核系统上的软件性能 107
4.3.2 应用示例：Valve游戏软件 109
4.4 Windows 8的进程和线程管理 110
4.4.1 Windows 8中的变化 111
4.4.2 Windows进程 111
4.4.3 进程对象和线程对象 112
4.4.4 多线程 113
4.4.5 线程状态 113
4.4.6 对操作系统子系统的支持 114
4.5 Solaris的线程和SMP管理 114
4.5.1 多线程体系结构 114
4.5.2 动机 115
4.5.3 进程结构 115
4.5.4 线程的执行 116
4.5.5 把中断当作线程 117
4.6 Linux的进程和线程管理 118
4.6.1 Linux任务 118
4.6.2 Linux线程 119
4.6.3 Linux命名空间 120
4.7 Android的进程和线程管理 121
4.7.1 安卓应用 121
4.7.2 活动 121
4.7.3 进程和线程 122
4.8 Mac OS X的GCD技术 123
4.9 小结 124
4.10 推荐读物 125
4.11 关键术语、复习题和习题 125
4.11.1 关键术语 125
4.11.2 复习题 125
4.11.3 习题 125
第5章 并发性：互斥和同步 129
5.1 并发的原理 130
5.1.1 一个简单的例子 130
5.1.2 竞争条件 132
5.1.3 操作系统关注的问题 132
5.1.4 进程的交互 133
5.1.5 互斥的要求 135
5.2 互斥：硬件的支持 136
5.2.1 中断禁用 136
5.2.2 专用机器指令 136
5.3 信号量 138
5.3.1 互斥 141
5.3.2 生产者／消费者问题 142
5.3.3 信号量的实现 146
5.4 管程 147
5.4.1 使用信号的管程 147
5.4.2 使用通知和广播的管程 149
5.5 消息传递 151
5.5.1 同步 151
5.5.2 寻址 152
5.5.3 消息格式 153
5.5.4 排队原则 154
5.5.5 互斥 154
5.6 读者／写者问题 155
5.6.1 读者优先 156
5.6.2 写者优先 156
5.7 小结 158
5.8 推荐读物和动画 159
5.9 关键术语、复习题和习题 160
5.9.1 关键术语 160
5.9.2 复习题 160
5.9.3 习题 160
第6章 并发：死锁和饥饿 170
6.1 死锁原理 170
6.1.1 可重用资源 173
6.1.2 可消耗资源 174
6.1.3 资源分配图 174
6.1.4 死锁的条件 175
6.2 死锁预防 176
6.2.1 互斥 176
6.2.2 占有且等待 176
6.2.3 不可抢占 176
6.2.4 循环等待 177
6.3 死锁避免 177
6.3.1 进程启动拒绝 177
6.3.2 资源分配拒绝 178
6.4 死锁检测 181
6.4.1 死锁检测算法 181
6.4.2 恢复 182
6.5 一种综合的死锁策略 182
6.6 哲学家就餐问题 183
6.6.1 基于信号量的解决方案 183
6.6.2 基于管程的解决方案 184
6.7 UNIX并发机制 185
6.7.1 管道 186
6.7.2 消息 186
6.7.3 共享内存 186
6.7.4 信号量 186
6.7.5 信号 187
6.8 Linux内核并发机制 187
6.8.1 原子操作 188
6.8.2 自旋锁 189
6.8.3 信号量 190
6.8.4 屏障 191
6.9 Solaris线程同步原语 192
6.9.1 互斥锁 193
6.9.2 信号量 193
6.9.3 多读者／单写者锁 193
6.9.4 条件变量 193
6.10 Windows 7的并发机制 194
6.10.1 等待函数 194
6.10.2 分派器对象 194
6.10.3 临界区 195
6.10.4 轻量级读写锁和条件变量 195
6.10.5 锁无关同步机制 196
6.11 Android进程间通信 196
6.12 小结 197
6.13 推荐读物和动画 197
6.14 关键术语、复习题和习题 198
6.14.1 关键术语 198
6.14.2 复习题 198
6.14.3 习题 198
第三部分 内存 204
第7章 内存管理 204
7.1 内存管理的需求 204
7.1.1 重定位 204
7.1.2 保护 205
7.1.3 共享 205
7.1.4 逻辑组织 205
7.1.5 物理组织 206
7.2 内存分区 206
7.2.1 固定分区 207
7.2.2 动态分区 208
7.2.3 伙伴系统 210
7.2.4 重定位 212
7.3 分页 212
7.4 分段 215
7.5 小结 216
7.6 推荐读物和动画 216
7.7 关键术语、复习题和习题 216
7.7.1 关键术语 216
7.7.2 复习题 217
7.7.3 习题 217
附录7A 加载和链接 219
第8章 虚拟内存 223
8.1 硬件和控制结构 223
8.1.1 局部性和虚拟内存 224
8.1.2 分页 225
8.1.3 分段 232
8.1.4 段页式 232
8.1.5 保护和共享 233
8.2 操作系统软件 234
8.2.1 读取策略 235
8.2.2 放置策略 235
8.2.3 置换策略 235
8.2.4 驻留集管理 239
8.2.5 清除策略 243
8.2.6 加载控制 244
8.3 UNIX和Solaris内存管理 245
8.3.1 分页系统 245
8.3.2 内核内存分配器 247
8.4 Linux内存管理 249
8.4.1 虚拟内存 249
8.4.2 内核内存分配 250
8.5 Windows内存管理 251
8.5.1 Windows虚拟地址映射 251
8.5.2 Windows分页 251
8.5.3 Windows 8交换 252
8.6 Android内存管理 252
8.7 小结 252
8.8 推荐读物和动画 253
8.9 关键术语、复习题和习题 253
8.9.1 关键术语 253
8.9.2 复习题 254
8.9.3 习题 254
第四部分 调度 258
第9章 单处理器调度 258
9.1 处理器调度的类型 258
9.1.1 长程调度 259
9.1.2 中程调度 260
9.1.3 短程调度 260
9.2 调度算法 260
9.2.1 短程调度规则 260
9.2.2 优先级的使用 261
9.2.3 选择调度策略 262
9.2.4 性能比较 268
9.2.5 公平共享调度 272
9.3 传统的UNIX调度 273
9.4 小结 274
9.5 推荐读物和动画 275
9.6 关键术语、复习题和习题 275
9.6.1 关键术语 275
9.6.2 复习题 275
9.6.3 习题 276
第10章 多处理器和实时调度 279
10.1 多处理器调度 279
10.1.1 粒度 279
10.1.2 设计问题 280
10.1.3 进程调度 281
10.1.4 线程调度 283
10.1.5 多核线程调度 286
10.2 实时调度 287
10.2.1 背景 287
10.2.2 实时操作系统的特点 288
10.2.3 实时调度 290
10.2.4 限期调度 291
10.2.5 速率单调调度 294
10.2.6 优先级反转 295
10.3 Linux调度 297
10.3.1 实时调度 297
10.3.2 非实时调度 298
10.4 UNIX SVR4调度 300
10.5 FreeBSD调度程序 301
10.5.1 优先级 301
10.5.2 对称多处理器与多核支持 301
10.6 Windows调度 303
10.6.1 进程和线程优先级 303
10.6.2 多处理器调度 304
10.7 小结 305
10.8 推荐读物 305
10.9 关键术语、复习题和习题 305
10.9.1 关键术语 305
10.9.2 复习题 306
10.9.3 习题 306
第五部分 输入／输出和文件 310
第11章 I/O管理和磁盘调度 310
11.1 I/O设备 310
11.2 I/O功能的组织 311
11.2.1 I/O功能的发展 312
11.2.2 直接存储器访问 312
11.3 操作系统设计问题 314
11.3.1 设计目标 314
11.3.2 I/O功能的逻辑结构 314
11.4 I/O缓冲 315
11.4.1 单缓冲 316
11.4.2 双缓冲 317
11.4.3 循环缓冲 317
11.4.4 缓冲的作用 317
11.5 磁盘调度 317
11.5.1 磁盘性能参数 317
11.5.2 磁盘调度策略 319
11.6 RAID 322
11.6.1 RAID级别0 325
11.6.2 RAID级别1 325
11.6.3 RAID级别2 326
11.6.4 RAID级别3 326
11.6.5 RAID级别4 327
11.6.6 RAID级别5 328
11.6.7 RAID级别6 328
11.7 磁盘高速缓存 328
11.7.1 设计考虑因素 328
11.7.2 性能考虑因素 329
11.8 UNIX SVR4 I/O 331
11.8.1 缓冲区高速缓冲 331
11.8.2 字符队列 332
11.8.3 无缓冲I/O 332
11.8.4 UNIX设备 332
11.9 Linux I/O 333
11.9.1 磁盘调度 333
11.9.2 Linux页面缓存 334
11.10 Windows I/O 335
11.10.1 基本I/O机制 335
11.10.2 异步I/O和同步I/O 335
11.10.3 软件RAID 336
11.10.4 卷影复制 336
11.10.5 卷加密 336
11.11 小结 336
11.12 推荐读物和动画 337
11.13 关键术语、复习题和习题 338
11.13.1 关键术语 338
11.13.2 复习题 338
11.13.3 习题 338
第12章 文件管理 340
12.1 概述 340
12.1.1 文件和文件系统 340
12.1.2 文件结构 341
12.1.3 文件管理系统 342
12.2 文件组织和访问 344
12.2.1 堆 345
12.2.2 顺序文件 345
12.2.3 索引顺序文件 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树 347
12.4 文件目录 349
12.4.1 内容 349
12.4.2 结构 350
12.4.3 命名 351
12.5 文件共享 352
12.5.1 访问权限 352
12.5.2 同时访问 353
12.6 记录组块 353
12.7 辅存管理 354
12.7.1 文件分配 354
12.7.2 空闲空间管理 357
12.7.3 卷 358
12.7.4 可靠性 358
12.8 UNIX文件管理 359
12.8.1 索引节点 359
12.8.2 文件分配 361
12.8.3 目录 362
12.8.4 卷结构 362
12.9 Linux虚拟文件系统 362
12.9.1 超级块对象 363
12.9.2 索引节点对象 364
12.9.3 目录项对象 364
12.9.4 文件对象 364
12.9.5 缓存 364
12.10 Windows文件系统 365
12.10.1 NTFS的重要特征 365
12.10.2 NTFS卷和文件结构 366
12.10.3 可恢复性 367
12.11 Android文件系统 368
12.11.1 文件系统 368
12.11.2 SQLite 369
12.12 小结 369
12.13 推荐读物 370
12.14 关键术语、复习题和习题 370
12.14.1 关键术语 370
12.14.2 复习题 370
12.14.3 习题 371
第六部分 嵌入式系统 374
第13章 嵌入式操作系统 374
13.1 嵌入式系统 374
13.2 嵌入式操作系统的特点 375
13.2.1 移植现有商业操作系统 375
13.2.2 为特定目的构建的嵌入式操作系统 376
13.3 嵌入式Linux 376
13.3.1 内核大小 376
13.3.2 编译 376
13.3.3 嵌入式Linux文件系统 377
13.3.4 嵌入式Linux的优点 377
13.3.5 Android 377
13.4 TinyOS 377
13.4.1 无线传感器网络 378
13.4.2 TinyOS的目标 378
13.4.3 TinyOS的组件 379
13.4.4 TinyOS的调度程序 381
13.4.5 配置示例 381
13.4.6 TinyOS的资源接口 383
13.5 推荐读物 384
13.6 关键术语、复习题和习题 384
13.6.1 关键术语 384
13.6.2 复习题 385
13.6.3 习题 385
第14章 虚拟机 387
14.1 虚拟化方法 388
14.2 处理器问题 390
14.3 内存管理 391
14.4 输入／输出管理 392
14.5 VMware ESXi 393
14.6 微软Hyper-V与Xen系列 395
14.7 Java虚拟机 396
14.8 Linux VServer虚拟机架构 396
14.8.1 架构 396
14.8.2 进程调度 397
14.9 Android虚拟机 398
14.9.1 dex文件系统 398
14.9.2 Zygote 399
14.10 小结 399
14.11 推荐读物 399
14.12 关键术语、复习题和习题 400
14.12.1 关键术语 400
14.12.2 复习题 400
14.12.3 习题 400
第15章 计算机安全技术 401
15.1 入侵者与恶意软件 401
15.1.1 系统访问威胁 401
15.1.2 应对措施 402
15.2 缓冲区溢出 404
15.2.1 缓冲区溢出攻击 404
15.2.2 编译时防御 406
15.2.3 运行时防御 408
15.3 访问控制 409
15.3.1 文件系统访问控制 409
15.3.2 访问控制策略 410
15.4 UNIX访问控制 414
15.4.1 传统UNIX文件访问控制 414
15.4.2 UNIX中的访问控制列表 416
15.5 操作系统加固 416
15.5.1 操作系统安装：初始安装与后续更新 417
15.5.2 删除不必要的服务、应用与协议 417
15.5.3 对用户、组和认证过程进行配置 418
15.5.4 对资源控制进行配置 418
15.5.5 安装额外的安全控制工具 418
15.5.6 对系统安全进行测试 419
15.6 安全性维护 419
15.6.1 记录日志 419
15.6.2 数据备份和存档 419
15.7 Windows安全性 420
15.7.1 访问控制方案 420
15.7.2 访问令牌 421
15.7.3 安全描述符 421
15.8 小结 423
15.9 推荐读物 424
15.10 关键术语、复习题和习题 424
15.10.1 关键术语 424
15.10.2 复习题 424
15.10.3 习题 424
第16章 分布式处理、客户-服务器和集群 426
16.1 客户-服务器计算 426
16.1.1 什么是客户-服务器计算 426
16.1.2 客户-服务器应用 427
16.1.3 中间件 431
16.2 分布式消息传递 433
16.2.1 可靠性与不可靠性 434
16.2.2 阻塞与无阻塞 434
16.3 远程过程调用 434
16.3.1 参数传递 435
16.3.2 参数表示 436
16.3.3 客户-服务器绑定 436
16.3.4 同步和异步 436
16.3.5 面向对象机制 437
16.4 集群 437
16.4.1 集群的配置 437
16.4.2 操作系统设计问题 439
16.4.3 集群计算机架构 440
16.4.4 集群与对称多处理器 441
16.5 Windows集群服务器 441
16.6 Beowulf和Linux集群 442
16.6.1 Beowulf特性 442
16.6.2 Beowulf软件 443
16.7 小结 443
16.8 推荐读物 444
16.9 关键术语、复习题和习题 444
16.9.1 关键术语 444
16.9.2 复习题 445
16.9.3 习题 445
附录A 并发主题 446
附录B 编程和操作系统项目 460
参考文献 464