操作系统原理/21世纪重点大学规划教材

　　《21世纪重点大学规划教材：操作系统原理》针对计算机及其相关专业学生的发展需求，系统、全面地介绍了操作系统的概念、原理、方法与应用，详细介绍了硬件基础、操作系统概述、进程描述和控制、线程、互斥与同步、死锁和饥饿、存储管理、分页与分段设计、处理器管理、输入/输出管理、I/O设备管理、文件管理、操作系统安全、多媒体操作系统、嵌入式操作系统以及分布式处理、客户/服务器和集群系统等内容，力图反映操作系统领域的最新发展，具有较强的系统性和可读性。本书配有大量习题，并提供了部分习题的参考答案。

　　《21世纪重点大学规划教材：操作系统原理》是为高等院校操作系统（原理）课程全新设计编写的具有较强实践性的主教材，也可供有一定实践经验的软件开发人员参考，还可以作为各个级别的计算机软件专业技术资格和水平考试中相关内容的学习辅导书。

第1篇背景知识
第1章硬件基础
1.1硬件的基本构成
1.2处理器
1.2.1CPU的性能因素
1.2.2微处理器的发展
1.3指令与指令周期
1.3.1指令
1.3.2指令周期
1.3.3指令集的复杂性
1.3.4流水线和并行处理
1.4中断
1.4.1中断和指令周期
1.4.2中断处理
1.4.3多个中断
1.5存储器的层次结构
1.5.1内存的4种类型
1.5.2存储器的重要特性
1.5.3存储器访问的局部性原理
1.6高速缓存
1.7直接内存存取
1.8多处理器和多核计算机组织结构
1.8.1对称多处理器
1.8.2多核计算机
1.9启动计算机
1.10习题

第2章操作系统概述
2.1操作系统的功能
2.1.1作为用户/计算机接口
2.1.2作为资源管理器
2.1.3作为扩展机器
2.2操作系统的种类
2.3操作系统的核心概念
2.3.1进程
2.3.2地址空间与内存管理
2.3.3文件
2.3.4调度和资源管理
2.3.5输入/输出
2.3.6保护
2.3.7Shell与图形用户界面
2.4操作系统的发展
2.4.1串行处理
2.4.2简单批处理系统
2.4.3多道批处理系统
2.4.4分时系统
2.4.5实时系统
2.4.6通用操作系统
2.4.7操作系统的进一步发展
2.5系统调用
2.5.1系统调用的概念
2.5.2用于进程管理的系统调用
2.5.3用于文件管理的系统调用
2.5.4WindowsWin32API
2.6操作系统结构
2.6.1单体系统
2.6.2层次式系统
2.6.3微内核
2.6.4客户机-服务器模式
2.6.5虚拟机
2.6.6外核
2.7多处理器和多核计算机操作系统的设计因素
2.7.1多线程
2.7.2对称多处理器计算机
2.7.3多核计算机
2.8习题

第2篇进程与线程
第3章进程描述和控制
3.1进程的概述
3.2进程状态
3.2.1两状态进程模型
3.2.2进程的创建和终止
3.2.3五状态模型
3.2.4被挂起的进程
3.3进程描述
3.3.1操作系统的控制结构
3.3.2进程控制结构
3.4进程控制
3.4.1进程创建
3.4.2进程切换
3.5操作系统的执行
3.5.1无进程的内核
3.5.2在用户进程中执行
3.5.3基于进程的操作系统
3.6习题

第4章线程
4.1线程的概念
4.1.1单线程和多线程
4.1.2线程的属性
4.1.3线程的功能特性
4.1.4线程和进程的区别
4.2用户级和内核级线程
4.3多核和多线程
4.4Windows7线程和SMP管理
4.4.1进程对象和线程对象
4.4.2多线程
4.4.3线程状态
4.4.4对OS子系统的支持
4.4.5对称多处理的支持
4.5习题

第5章互斥与同步
5.1并发的原理
5.1.1同步与互斥
5.1.2简单举例
5.1.3进程的交互
5.1.4互斥的要求
5.2互斥：硬件的支持
5.3信号量
5.3.1互斥
5.3.2生产者/消费者问题
5.3.3信号量的实现
5.4管程
5.4.1使用信号的管程
5.4.2使用通知和广播的管程
5.5消息传递
5.5.1同步
5.5.2寻址
5.5.3消息格式
5.5.4排队原则
5.5.5互斥
5.6读者/写者问题
5.6.1读者优先
5.6.2写者优先
5.7习题

第6章死锁与饥饿
6.1死锁原理
6.1.1可抢占资源和不可抢占资源
6.1.2可重用资源和可消耗资源
6.1.3资源获取
6.1.4死锁的定义
6.1.5资源死锁的条件
6.1.6死锁建模
6.2死锁检测和死锁恢复
6.2.1死锁检测
6.2.2死锁恢复
6.3死锁避免
6.3.1资源轨迹图
6.3.2安全状态和不安全状态
6.3.3单个资源的银行家算法
6.3.4多个资源的银行家算法
6.4死锁预防
6.5活锁与饥饿
6.5.1两阶段加锁
6.5.2通信死锁
6.5.3活锁
6.5.4饥饿
6.6哲学家就餐问题
6.7习题

第3篇存储管理与调度
第7章存储管理
7.1无存储器抽象
7.2存储器抽象：地址空间
7.2.1地址空间的概念
7.2.2交换技术
7.2.3空闲内存管理
7.2.4驻留集管理
7.3虚拟内存
7.3.1分页
7.3.2页表
7.3.3加速分页过程
7.3.4针对大内存的页表
7.4页面置换算法
7.4.1最优页面置换算法
7.4.2最近未使用（NRU）页面置换算法
7.4.3先进先出（FIFO）页面置换算法
7.4.4第二次机会页面置换算法
7.4.5时钟页面置换算法
7.4.6最近最少使用（LRU）页面置换算法
7.4.7最不常用页面置换算法
7.4.8工作集页面置换算法
7.4.9工作集时钟（WSClock）页面置换算法
7.5习题

第8章分页与分段设计
8.1分页系统的设计问题
8.1.1局部分配策略与全局分配策略
8.1.2负载控制
8.1.3页面大小
8.1.4分离的指令空间和数据空间
8.1.5共享页面
8.1.6共享库
8.1.7内存映射文件
8.1.8清除策略
8.1.9虚拟内存接口
8.2设计的实现问题
8.2.1与分页有关的工作
8.2.2指令备份
8.2.3后备存储
8.3分段
8.3.1纯分段的实现
8.3.2分段和分页结合：MULTICS
8.3.3分段和分页结合：IntelPentium
8.4习题

第9章处理器管理
9.1处理器调度的类型
9.2调度算法
9.2.1短程调度准则
9.2.2优先级的使用
9.2.3选择调度策略
9.2.4公平共享调度
9.3多处理器调度
9.3.1粒度
9.3.2设计问题
9.3.3进程调度
9.3.4线程调度
9.4实时调度
9.4.1实时操作系统的特点
9.4.2实时调度方法
9.4.3限期调度
9.4.4速率单调调度
9.4.5优先级反转
9.5习题

第4篇输入/输出和文件管理
第10章输入/输出管理
10.1I/O硬件原理
10.1.1I/O设备
10.1.2设备控制器
10.1.3内存映射I/O
10.1.4直接存储器存取
10.2I/O软件原理
10.2.1I/O软件的目标
10.2.2程序控制I/O
10.2.3中断驱动I/O
10.2.4使用DMA的I/O
10.3I/O软件层次
10.3.1中断处理程序
10.3.2设备驱动程序
10.3.3与设备无关的I/O软件
10.3.4用户空间的I/O软件
10.4习题

第11章I/O设备管理
11.1盘
11.1.1磁盘
11.1.2光盘
11.1.3固态硬盘
11.2磁盘臂调度算法
11.3磁盘阵列（RAID）
11.4时钟
11.4.1时钟硬件
11.4.2时钟软件
11.4.3软定时器
11.5用户界面：键盘、鼠标和监视器
11.5.1输入软件
11.5.2输出软件
11.6电源管理
11.7习题

第12章文件管理
12.1文件
12.1.1文件命名
12.1.2文件结构
12.1.3文件类型
12.1.4文件存取
12.1.5文件属性
12.1.6文件操作
12.2目录
12.2.1一级目录系统
12.2.2层次目录系统
12.2.3路径名
12.2.4目录操作
12.3文件系统的实现
12.3.1文件系统布局
12.3.2文件的实现
12.3.3目录的实现
12.3.4虚拟文件系统
12.4文件系统管理和优化
12.4.1磁盘空间管理
12.4.2文件系统备份
12.4.3文件系统的一致性
12.4.4文件系统性能
12.4.5磁盘碎片整理
12.5习题

第5篇操作系统进阶
第13章操作系统安全
13.1安全的概念
13.2威胁、攻击与资产
13.2.1威胁与资产
13.2.2入侵者
13.2.3数据意外遗失
13.3恶意软件
13.3.1特洛伊木马
13.3.2病毒
13.3.3蠕虫
13.3.4僵尸
13.3.5移动代码
13.3.6间谍软件
13.3.7Rootkit
13.4内部与外部攻击
13.4.1后门陷阱
13.4.2逻辑炸弹
13.4.3登录欺骗
13.4.4利用代码漏洞
13.5身份验证与访问控制
13.5.1基于密码的身份验证
13.5.2基于令牌的身份验证
13.5.3生物特征识别认证
13.5.4访问控制
13.6入侵检测
13.6.1基于主机的入侵检测技术
13.6.2审计记录
13.7防御
13.7.1防火墙
13.7.2反病毒技术
13.7.3蠕虫对策
13.8习题

第14章多媒体操作系统
14.1多媒体概述
14.2多媒体文件
14.2.1视频编码
14.2.2音频编码
14.3视频压缩
14.3.1JPEG标准
14.3.2MPEG标准
14.4音频压缩
14.5多媒体进程调度
14.5.1调度同质进程
14.5.2一般实时调度
14.5.3速率单调调度
14.5.4最早最终时限优先调度
14.6多媒体文件系统
14.6.1VCR控制功能
14.6.2近似视频点播
14.7文件存放
14.7.1在单个磁盘上存放文件
14.7.2两个替代的文件组织策略
14.7.3近似视频点播的文件存放
14.7.4在单个磁盘上存放多个文件
14.7.5在多个磁盘上存放文件
14.8高速缓存
14.8.1块高速缓存
14.8.2文件高速缓存
14.9多媒体磁盘调度
14.9.1静态磁盘调度
14.9.2动态磁盘调度
14.10习题

第15章嵌入式操作系统
15.1嵌入式系统
15.2eCos
15.2.1可配置性
15.2.2eCos组件
15.2.3eCos调度程序
15.2.4eCos线程同步
15.3TinyOS
15.3.1无线传感器网络
15.3.2TinyOS的目标
15.3.3TinyOS的组件
15.3.4TinyOS的调度程序
15.3.5TinyOS的资源接口
15.4习题

第16章分布式处理、客户/服务器和集群系统
16.1客户/服务器计算模型
16.1.1客户/服务器的概念
16.1.2客户/服务器的应用
16.1.3中间件
16.2面向服务的体系结构
16.3分布式消息传递
16.4远程过程调用
16.5集群
16.5.1集群的配置
16.5.2操作系统的设计问题
16.5.3集群计算机的体系结构
16.5.4Windows集群服务器
16.5.5Beowulf和Linux集群
16.6习题

附录部分习题参考答案
参考文献