第1章 操作系统概述　1
1.1　操作系统直观认识和定义　1
1.1.1　操作系统的直观认识　1
1.1.2　操作系统的定义　3
1.2　操作系统的发展历史　4
1.2.1　手动操作阶段　5
1.2.2　单道批处理系统　5
1.2.3　多道批处理系统　7
1.2.4　分时操作系统　8
1.2.5　分时操作系统衍化　9
1.2.6　经典操作系统实例　11
1.3　操作系统的功能　14
1.3.1　处理机管理　14
1.3.2　存储管理　15
1.3.3　设备管理　16
1.3.4　文件管理　17
1.4　操作系统的特征　17
1.5　操作系统评价指标　18
1.6　操作系统虚拟机　19
1.7　操作系统的逻辑结构　19
1.7.1　整体式结构　19
1.7.2　层次式结构　20
1.7.3　微内核结构　21
1.8　本章习题　22
第2章 操作系统的硬件基础　24
2.1　计算机三总线硬件结构　24
2.2　CPU结构　24
2.3　CPU的态　26
2.4　内存　27
2.5　时钟　27
2.6　中断系统　28
2.7　基本输入输出系统　33
2.8　操作系统启动过程　36
2.8.1　操作系统启动概述　36
2.8.2　Linux启动过程　36
2.8.3　主引导记录　38
2.8.4　GRUB引导　39
2.8.5　Linux 0.11启动过程　40
2.9　计算机虚拟化和虚拟机　43
2.9.1　计算机虚拟化　43
2.9.2　虚拟机　45
2.10　操作系统的生成　46
2.11　本章习题　46
第3章 用户界面　47
3.1　用户环境　47
3.2　用户界面概念　47
3.3　操作界面　48
3.3.1　操作命令　48
3.3.2　重定向和管道命令　51
3.3.3　批处理程序命令　53
3.3.4　图形用户界面　55
3.3.5　Shell　56
3.3.6　Shell脚本程序　58
3.4　系统调用　62
3.4.1　系统调用概念　63
3.4.2　系统调用工作原理　63
3.4.3　Linux系统调用机制　67
3.4.4　Linux系统调用实现　68
3.5　本章习题　70
第4章 进程管理　71
4.1　进程的概念　71
4.1.1　程序的顺序执行　72
4.1.2　程序的并发执行　73
4.1.3　进程的定义和特点　77
4.2　进程的状态和转换　79
4.3　进程控制块　82
4.4　Linux进程控制块和进程状态　83
4.4.1　Linux进程控制块task_struct　83
4.4.2　Linux进程状态及转换　84
4.5　进程基本控制　86
4.5.1　进程创建　87
4.5.2　进程阻塞　87
4.5.3　进程唤醒　88
4.5.4　进程撤销　89
4.5.5　原语　89
4.6　Windows进程控制　90
4.7　Linux进程控制　91
4.7.1　Linux进程分类　91
4.7.2　Linux进程创建　91
4.7.3　fork()函数实现过程　92
4.7.4　clone()函数创建进程　99
4.7.5　execve()函数创建进程　100
4.7.6　Linux进程撤销　102
4.7.7　Linux的wait()函数　104
4.7.8　Linux进程间的层次关系　104
4.7.9　Linux 0.11任务0与进程树建立　107
4.8　线程　109
4.8.1　线程概念　109
4.8.2　Windows线程　110
4.8.3　Linux线程概念　111
4.8.4　Linux线程实现　112
4.9　进程相互制约关系　113
4.9.1　互斥关系　113
4.9.2　同步关系　114
4.9.3　同步机制　115
4.10　锁　116
4.10.1　临界资源和临界区　116
4.10.2　锁的概念　119
4.11　信号量与P-V操作　121
4.11.1　信号量概念　121
4.11.2　P-V操作的定义　121
4.11.3　利用P-V操作实现进程互斥　122
4.11.4　利用P-V操作实现进程同步　124
4.11.5　利用P-V操作解决前趋图描述的进程同步　126
4.11.6　利用P-V操作解决同步互斥混合问题　127
4.11.7　经典同步问题　128
4.12　Windows同步机制　131
4.13　Linux同步机制　133
4.13.1　Linux内核同步机制　133
4.13.2　进程间同步机制　135
4.13.3　线程间同步机制　136
4.14　进程间通信　140
4.14.1　通信的概念　140
4.14.2　Windows进程通信　141
4.14.3　Linux进程通信　144
4.15　Linux信号机制实现　148
4.16　本章习题　151
第5章 死锁　153
5.1　进程饥饿　153
5.2　死锁的概念　153
5.3　死锁的起因　154
5.3.1　资源分类　154
5.3.2　死锁的起因　155
5.3.3　死锁的必要条件　157
5.4　死锁的解决　157
5.4.1　解决死锁的4类方法　157
5.4.2　预先静态分配法　159
5.4.3　有序资源分配法　159
5.4.4　鸵鸟算法　160
5.5　本章习题　160
第6章 进程调度　161
6.1　调度概念　161
6.1.1　调度的定义　161
6.1.2　调度的分类　161
6.2　调度的原则　163
6.2.1　调度的宏观原则　163
6.2.2　调度的时间性能测度　163
6.3　进程调度过程　164
6.3.1　进程调度的功能　164
6.3.2　进程调度的时机　165
6.3.3　进程调度的方式　165
6.4　作业调度算法　166
6.4.1　先来先服务调度算法　166
6.4.2　短作业优先调度算法　166
6.4.3　响应比高者优先调度算法　167
6.5　进程调度算法　168
6.5.1　优先数高者优先调度算法　168
6.5.2　时间片轮转调度算法　169
6.5.3　多重时间片轮转调度算法　170
6.6　Linux进程调度　171
6.6.1　Linux调度机制　171
6.6.2　完全公平调度算法　174
6.7　Linux进程调度实现　175
6.7.1　Linux 0.12进程调度策略　175
6.7.2　Linux 0.12进程切换过程　176
6.7.3　Linux 0.12进程调度时机　178
6.7.4　Linux 0.12基于时钟中断的进程调度　179
6.7.5　Linux 0.12进程睡眠与唤醒　182
6.7.6　Linux内核抢占机制　185
6.8　本章习题　185
第7章 存储管理　187
7.1　存储管理概述　187
7.1.1　多级存储体系　187
7.1.2　存储管理的功能　188
7.2　地址映射　190
7.2.1　地址映射的概念　190
7.2.2　地址映射的方法　190
7.3　分区存储管理系统　194
7.3.1　分区存储的概念　194
7.3.2　单一分区管理　194
7.3.3　固定分区管理　195
7.3.4　动态分区管理　196
7.3.5　内存碎片　197
7.3.6　分区回收管理　198
7.3.7　分区分配与放置策略　199
7.4　覆盖和交换　200
7.4.1　覆盖技术　200
7.4.2　交换技术　201
7.5　页式存储管理系统　202
7.5.1　页式管理的概念　202
7.5.2　页面调入策略　203
7.5.3　页式虚拟地址　203
7.5.4　页面映射表　204
7.5.5　页式地址映射过程　205
7.5.6　空闲页框管理　206
7.5.7　快表　207
7.5.8　页面共享　208
7.5.9　缺页中断　209
7.5.10　多级页表　211
7.5.11　页面淘汰算法　212
7.6　段式存储管理系统　215
7.6.1　段式管理的概念　215
7.6.2　段式地址和段表　216
7.6.3　段式地址映射　217
7.7　段页式存储管理系统　217
7.7.1　段页式存储的概念　217
7.7.2　段页式地址和地址映射　218
7.8　IA-32 CPU内存管理机制　219
7.8.1　实模式与保护模式　219
7.8.2　段与段描述符　220
7.8.3　描述符表与段选择子　222
7.8.4　门与门描述符　225
7.8.5　任务状态段与段描述符　227
7.8.6　分页机制　229
7.8.7　3种地址与保护模式地址映射过程　231
7.8.8　保护模式下的中断机制　233
7.8.9　特权级保护机制　234
7.8.10　多任务支持　236
7.9　Linux内存管理　238
7.9.1　Linux内存管理概述　238
7.9.2　Linux 0.11内存管理设计　240
7.9.3　Linux 0.11页式内存基本操作　242
7.9.4　Linux 0.11缺页中断实现　245
7.9.5　Linux 0.11页面共享的实现　247
7.9.6　Linux 0.11为任务建立页表　249
7.9.7　Linux 0.11内存分配系统调用　251
7.9.8　Linux 0.11可执行文件　253
7.10　本章习题　256
第8章 设备管理　258
8.1　设备管理概念　258
8.1.1　设备分类　258
8.1.2　设备管理的目标　259
8.1.3　设备管理的功能　260
8.2　设备分配　262
8.2.1　独享分配　263
8.2.2　共享分配　263
8.2.3　虚拟分配　263
8.2.4　SPOOLing技术　264
8.3　缓冲技术　265
8.3.1　缓冲概念　265
8.3.2　典型缓冲机制　266
8.3.3　提前读与延后写　269
8.4　磁盘组织与管理　271
8.4.1　磁盘的结构　271
8.4.2　磁盘的物理地址　273
8.4.3　磁盘调度算法　274
8.4.4　磁盘的管理　275
8.5　Linux缓冲技术　275
8.5.1　Linux缓冲概述　275
8.5.2　典型块设备的块定义　276
8.5.3　缓冲区数据结构　276
8.5.4　缓冲块搜索　278
8.5.5　数据读取　281
8.6　I/O控制　283
8.6.1　设备的接口与端口　283
8.6.2　典型I/O控制方式　283
8.7　设备驱动机制　285
8.7.1　设备驱动概念　285
8.7.2　驱动程序基本接口　287
8.7.3　Linux设备驱动　288
8.7.4　Linux字符设备驱动示例　290
8.7.5　Linux杂项设备驱动示例　295
8.8　设备阻塞工作模式　297
8.9　Linux 块设备I/O调度　298
8.10　微内核系统的设备管理　300
8.11　本章习题　300
第9章 文件管理　302
9.1　文件系统的概念　302
9.1.1　文件概念　302
9.1.2　文件系统概念　304
9.2　文件逻辑结构与存取方式　304
9.2.1　文件逻辑结构　304
9.2.2　文件存取方式　305
9.3　文件物理结构　306
9.3.1　连续文件　306
9.3.2　串联文件　306
9.3.3　索引文件　308
9.4　磁盘存储空间管理　308
9.5　文件目录　309
9.5.1　文件目录功能　309
9.5.2　文件目录项　309
9.5.3　索引节点　310
9.5.4　目录结构　312
9.6　文件与目录的操作　313
9.6.1　文件操作　313
9.6.2　目录操作　314
9.7　文件共享与保护　314
9.7.1　文件静态共享　314
9.7.2　文件动态共享　315
9.7.3　文件保护　315
9.8　文件系统实例　316
9.8.1　Windows文件系统　316
9.8.2　Linux文件系统空间组织　319
9.8.3　Linux文件系统文件实现　322
9.8.4　Linux虚拟文件系统　326
9.9　文件读写性能　329
9.9.1　高速缓存技术　329
9.9.2　块提前读　330
9.9.3　减少磁盘臂运动　330
9.10　本章习题　330