目 錄

第1章 導(dǎo)論 1
1.1 操作系統(tǒng)的概念 1
1.2 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展 3
1.2.1 手工操作階段 3
1.2.2 單道批處理系統(tǒng) 3
1.2.3 多道批處理系統(tǒng) 4
1.2.4 分時(shí)操作系統(tǒng) 5
1.2.5 微機(jī)操作系統(tǒng) 5
1.2.6 分布式操作系統(tǒng) 7
1.2.7 嵌入式操作系統(tǒng) 7
1.3 操作系統(tǒng)的功能 7
1.3.1 接管計(jì)算機(jī) 7
1.3.2 進(jìn)程管理 10
1.3.3 存儲管理 11
1.3.4 文件管理 12
1.3.5 設(shè)備管理 13
1.4 操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 13
1.4.1 并發(fā)性 13
1.4.2 共享性 14
1.4.3 虛擬性 15
1.4.4 異步性 15
1.5 操作系統(tǒng)提供服務(wù)的方式 15
1.5.1 接口 15
1.5.2 操作接口 16
1.5.3 程序接口 18
1.6 GNU/Linux歷史 19
1.7 Reading Materials 20
1.7.1 Overview 20
1.7.2 Concurrency and Parallelism 22
1.7.3 Graphic User Interface 23
1.8 實(shí)驗(yàn)1 Linux安裝及開發(fā)環(huán)境
搭建 25


第2章 進(jìn)程 26
2.1 程序和進(jìn)程 26
2.2 進(jìn)程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換 27
2.3 進(jìn)程的切換 28
2.3.1 概述 28
2.3.2 中斷機(jī)制 29
2.3.3 模式切換 30
2.3.4 進(jìn)程控制塊 30
2.3.5 進(jìn)程切換 31
2.4 Reading Materials 32
2.4.1 Overview 32
2.4.2 Inter Process Communication 33
2.4.3 Process Control Block 34
2.5 實(shí)驗(yàn)2 進(jìn)程的創(chuàng)建 36
第3章 線程 39
3.1 動(dòng)機(jī)和特點(diǎn) 39
3.2 線程定義 40
3.3 線程模型 41
3.4 線程庫 42
3.5 Reading Materials 43
3.5.1 Overview 43
3.5.2 POSIX Thread (Pthread)
Libraries 44
3.6 實(shí)驗(yàn)3 Pthread多線程 45
第4章 進(jìn)程調(diào)度 47
4.1 概述 47
4.2 調(diào)度標(biāo)準(zhǔn) 49
4.3 調(diào)度算法 50
4.3.1 先來先服務(wù)調(diào)度 50
4.3.2 最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度 51
4.3.3 輪轉(zhuǎn)調(diào)度 52
4.3.4 優(yōu)先級調(diào)度 54

4.4 Reading Materials 54
4.4.1 Overview 54
4.4.2 CFS: Completely Fair Process
Scheduling in Linux 56
4.5 實(shí)驗(yàn)4 Linux調(diào)度策略 59
第5章 進(jìn)程同步 60
5.1 背景 60
5.2 進(jìn)程的交互 61
5.3 競爭關(guān)系 62
5.3.1 競爭 62
5.3.2 臨界區(qū) 62
5.3.3 軟件解決方案 63
5.3.4 硬件解決方案 64
5.3.5 忙式等待 65
5.4 協(xié)作關(guān)系 65
5.4.1 信號量 65
5.4.2 二值信號量 66
5.4.3 計(jì)數(shù)信號量 66
5.4.4 信號量的實(shí)現(xiàn) 67
5.4.5 死鎖與饑餓 68
5.5 經(jīng)典同步問題 68
5.5.1 最簡單的同步問題 68
5.5.2 生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題 69
5.5.3 蘋果桔子問題 70
5.5.4 哲學(xué)家進(jìn)餐問題 71
5.6 Reading Materials 72
5.6.1 Overview 72
5.6.2 Mutual Exclusion 72
5.6.3 Critical Section 73
5.6.4 Mutex VS Semaphore 73
5.7 實(shí)驗(yàn)5 并發(fā)線程互斥同步 74
第6章 死鎖 80
6.1 定義 80
6.2 死鎖特征 80
6.3 資源分配圖 81
6.4 死鎖的防止 82
6.5 死鎖的避免 83
6.5.1 安全狀態(tài) 83
6.5.2 銀行家算法 84
6.6 死鎖的檢測和恢復(fù) 86
6.6.1 死鎖的檢測 86
6.6.2 死鎖的恢復(fù) 86
6.7 Reading Materials 87
6.7.1 Overview 87
6.7.2 Dijkstra Biography 88
第7章 內(nèi)存管理 90
7.1 概述 90
7.1.1 基本概念 90
7.1.2 基本硬件 91
7.1.3 邏輯地址和物理地址 92
7.1.4 地址轉(zhuǎn)換 92
7.2 連續(xù)內(nèi)存分配 95
7.2.1 固定分區(qū)分配 95
7.2.2 可變分區(qū)分配 96
7.2.3 碎片 97
7.3 分段 98
7.3.1 基本方法 98
7.3.2 實(shí)現(xiàn)原理 99
7.4 分頁 101
7.4.1 基本方法 101
7.4.2 地址轉(zhuǎn)換 101
7.4.3 快表 103
7.4.4 多級頁表 105
7.5 虛擬內(nèi)存 106
7.5.1 緩存與局部性原理 106
7.5.2 虛擬內(nèi)存 107
7.5.3 請求調(diào)頁 108
7.5.4 頁面置換算法 110
7.5.5 系統(tǒng)抖動(dòng) 112
7.6 Reading Materials 113
7.6.1 Overview 113
7.6.2 Virtual Memory 116
7.6.3 Segmented Virtual Memory 116
7.7 實(shí)驗(yàn)6 進(jìn)程內(nèi)存空間 117
第8章 外存管理 124
8.1 磁盤結(jié)構(gòu) 124
8.1.1 硬件結(jié)構(gòu) 124
8.1.2 格式化 125
8.2 磁盤調(diào)度 125
8.2.1 磁盤性能指標(biāo) 125
8.2.2 FCFS調(diào)度 126
8.2.3 SSTF調(diào)度 126
8.2.4 SCAN調(diào)度 127
8.2.5 C-SCAN調(diào)度 128
8.2.6 LOOK調(diào)度 128
8.2.7 調(diào)度算法選擇 129
8.3 RAID結(jié)構(gòu) 130
8.3.1 概述 130
8.3.2 RAID級別 130
8.4 Reading Materials 133
第9章 文件管理 135
9.1 概述 135
9.2 文件 135
9.2.1 文件類型 136
9.2.2 文件屬性 136
9.3 存取方法 137
9.3.1 順序存取 137
9.3.2 直接存取 137
9.4 目錄 137
9.4.1 基本概念 137
9.4.2 文件控制塊 138
9.4.3 單級目錄 139
9.4.4 兩級目錄 139
9.4.5 樹形目錄 140
9.4.6 UFS的目錄實(shí)現(xiàn) 141
9.5 分配方法 141
9.5.1 連續(xù)分配 142
9.5.2 鏈接分配 142
9.5.3 索引分配 143
9.6 空閑空間管理 145
9.6.1 位圖法 145
9.6.2 空閑鏈表法 145
9.7 Reading Materials 146
9.7.1 Overview 146
9.7.2 Inode 148
9.7.3 Ext4 149
9.8 實(shí)驗(yàn)7 Linux文件系統(tǒng) 152
9.8.1 實(shí)驗(yàn)說明 152
9.8.2 磁盤高級格式化 152
9.8.3 Linux文件系統(tǒng)操作 160
第10章 I/O系統(tǒng) 163
10.1 概述 163
10.2 I/O硬件 163
10.2.1 硬件原理 163
10.2.2 輪詢 164
10.2.3 中斷 165
10.2.4 DMA 166
10.3 內(nèi)核I/O結(jié)構(gòu) 167
10.4 內(nèi)核I/O子系統(tǒng) 168
10.4.1 I/O調(diào)度 168
10.4.2 緩沖區(qū) 168
10.4.3 緩存 169
10.4.4 假脫機(jī) 169
10.5 Reading Materials 170
10.5.1 Overview 170
10.5.2 I/O Channel 171
10.5.3 The Buffer Cache 172
10.6 實(shí)驗(yàn)8 Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn) 174
參考文獻(xiàn) 175