操作系统

**部分 背景知识 第 1章引论.. .............................. 2 1.1　操作系统的概念.. ............................. 2 1.1.1　计算机系统……………2 1.1.2　操作系统简介…………4 1.1.3　操作系统的目标………5 1.2　操作系统的形成与发展.. .......................... 6 1.2.1　操作系统的形成………6 1.2.2　操作系统的进一步发展 13 1.2.3　推动操作系统发展的主要动力…………………19 1.3　研究操作系统的几种观点.. ........................ 20 1.3.1　软件的观点……………20 1.3.2　计算机系统资源管理的观点……………………201.3.3　进程的观点……………21 1.3.4　用户与计算机硬件系统之间接口的观点………211.3.5　虚机器的观点…………22 1.3.6　服务提供者的观点……22 1.4　操作系统的功能与特征.. ......................... 23 1.4.1　操作系统的功能………23 1.4.2　操作系统的特征………27 1.5　操作系统结构设计.. ........................... 29 1.5.1　传统的操作系统结构…29 1.5.2　现代的操作系统结构…31 习题.................................... 32 第 2章操作系统的硬件环境.. ........................ 34 2.1　中央处理机.. .............................. 34 2.1.1　处理机的构成与基本工作方式…………………342.1.2　处理机的状态…………35 2.2　存储系统.. ............................... 37 2.2.1　存储器的类型…………37 2.2.2　存储器的层次结构……37 2.2.3　存储分块和存储保护…38 2.3　缓冲技术与中断技术 .......................... 39 2.3.1　缓冲技术………………39 2.3.2　中断技术………………40 2.3.3　时钟……………………47 习题.................................... 48 第二部分 进 程 第 3章进程与进程管理.. .......................... 50 3.1　进程的引入 .............................. 50 3.1.1　前驱图的定义…………50 3.1.2　程序顺序执行…………51 3.1.3　程序并发执行…………51 3.1.4　多道程序设计…………53 3.2　进程 ................................. 54 3.2.1　进程的概念……………54 3.2.2　进程的基本状态及其转换………………………553.2.3　进程控制块……………58 3.2.4　进程控制………………60 3.3　进程调度 ............................... 65 3.3.1　调度的基本概念………65 3.3.2　进程调度算法…………66 3.3.3　进程调度的时机和过程 70 3.4　线程的基本概念 ............................ 72 3.4.1　线程的引入……………72 3.4.2　线程的定义和属性……73 3.4.3　线程与进程的比较……74 3.4.4　线程的实现机制………75 3.5　Linux的进程与进程管理.. ......................... 76 3.5.1　Linux的进程结构与进程控制 …………………76 3.5.2　Linux的核心进程调度 77 习题.. ………83 第 4章进程同步与通信.. .......................... 84 4.1　进程间的相互作用 ……………84 4.1.1　进程间的联系…………84 4.1.2　利用软件方法解决进程互斥问题………………87 4.1.3　利用硬件方法解决进程互斥问题………………894.1.4　信号量机制……………91 4.1.5　经典进程同步问题……95 4.1.6　管程机制……………106 4.2　进程通信 ............................... 113 4.2.1　进程通信的类型……114 4.2.2　直接通信和间接通信 115 4.2.3　消息缓冲队列通信机制………………………116 4.3　死锁 ................................. 118 4.3.1　产生死锁的原因和必要条件…………………1184.3.2　预防死锁……………122 4.3.3　避免死锁……………123 4.3.4　检测死锁……………127 4.3.5　解除死锁……………128 4.4　Linux进程间通信.. ............................ 129 4.4.1　Linux进程通信的基本概念 …………………129 4.4.2　Linux消息队列 ……132 4.4.3　Linux的信号量 ……135 4.4.4　共享内存……………138 4.4.5　Linux系统调用与进程通信 …………………139 4.4.6　进程通信信号………139 习题.................................... 141 第三部分 存储管理 第 5章存储器管理.. ............................ 144 5.1　概述 ................................. 144 5.1.1　存储体系……………144 5.1.2　存储管理的目的……144 5.1.3　存储管理的任务……145 5.1.4　程序的连接和装入…146 5.1.5　存储管理方式的分类 148 5.2　连续存储管理方式 ........................... 149 5.2.1　单一连续分配………149 5.2.2　分区分配……………149 5.3　覆盖技术与交换技术 .......................... 154 5.3.1　覆盖技术……………154 5.3.2　交换技术……………155 5.4　分页存储管理方式 ........................... 156 5.4.1　基本思想（工作原理）………………………1565.4.2　动态地址变换………157 5.4.3　快表…………………158 5.4.4　两级和多级页表……159 5.4.5　分配与回收…………160 5.5　分段存储管理方式 ........................... 161 5.5.1　基本思想（工作原理）………………………1615.5.2　动态地址变换………162 5.5.3　存储保护……………163 5.5.4　分页和分段的主要区别………………………163 5.6　段页式存储管理方式 .......................... 164 5.6.1　基本思想（工作原理）………………………1645.6.2　地址变换……………164 习题.................................... 165 第 6章虚拟存储器管理.. .......................... 166 6.1　概述 ................................. 166 6.1.1　局部性原理…………166 6.1.2　虚拟存储器定义……167 6.2　分页虚拟存储管理 ........................... 167 6.2.1　基本原理……………167 6.2.2　缺页中断机构………168 6.2.3　地址变换机构………168 6.2.4　页面置换算法………169 6.2.5　内存分配策略和分配算法……………………1716.2.6　调页策略……………172 6.2.7　抖动问题……………173 6.3　分段虚拟存储管理 ........................... 176 6.3.1　基本原理……………176 6.3.2　缺段中断机构………176 6.3.3 段的动态连接………177 6.3.4　段的共享……………177 6.4　Linux的内存管理.. ............................ 178 6.4.1　Linux存储管理的重要数据结构 ……………178 6.4.2　页表的管理…………180 6.4.3　页面分配和回收……181 6.4.4　页面换入……………182 6.4.5　换出与丢弃页面……182 6.4.6　页面错误的处理……183 6.4.7　页面 Cache …………184 6.4.8　Linux的 swap Cache 185 6.4.9　内核 Cache的管理…186 习题.................................... 188 第四部分 文件和输入 /输出管理 第 7章用户接口管理.. ........................... 190 7.1　概述 ................................. 190 7.1.1　命令接口……………190 7.1.2　程序接口……………191 7.1.3　图形接口……………191 7.2　命令接口 ............................... 191 7.2.1　联机命令接口………192 7.2.2　脱机命令接口………194 7.3　系统调用 ............................... 194 7.3.1　系统调用的概念……194 7.3.2　系统调用的处理过程 196 习题.................................... 197 第 8章文件管理.. ............................. 198 8.1　概述 ................................. 198 8.1.1　文件和文件系统……198 8.1.2　文件的分类…………199 8.2　文件的结构和存取方式 ......................... 200 8.2.1　文件的存取方式 …200 8.2.2　文件的逻辑结构……201 8.2.3　存储介质……………203 8.2.4　文件的物理结构……205 8.3　文件目录 ............................... 214 8.3.1　文件控制块…………214 8.3.2　文件目录结构………214 8.3.3　目录的查找和目录的改进……………………216 8.4　文件系统的实现 ............................ 218 8.4.1　打开文件表…………218 8.4.2　外存空间管理………219 8.5　文件的使用 .............................. 222 8.5.1　主要操作……………222 8.5.2　文件共享……………224 8.6　文件系统的安全性和数据一致性 ..................... 227 8.6.1　防止人为因素造成的文件不安全性…………2288.6.2　防止系统因素或自然因素造成的文件不安全性………………………230 8.6.3　文件系统的数据一致性………………………234 8.7　磁盘调度 ............................... 236 8.7.1　磁盘 I/O时间 ………236 8.7.2　磁盘的移臂调度……237 8.7.3　磁盘的优化分布……238 8.8　Linux的文件系统.. ............................ 239 8.8.1　Linux文件系统的结构 ………………………239 8.8.2　Linux文件类型 ……240 8.8.3　Linux文件系统的目录 ………………………241 8.8.4　Linux文件的查找 …241 8.8.5　Linux文件的操作 …242 8.8.6　Linux文件的共享 …245 8.8.7　Linux文件目录操作 246 8.8.8　Linux文件的一致性处理 ……………………246 8.8.9　Linux EXT2文件系统 ………………………247 8.8.10　EXT2位示图和 I结点图……………………2488.8.11　Linux高速缓存 …250 习题.................................... 251 第 9章设备管理.. ............................. 253 9.1　概述 ................................. 253 9.1.1　设备的分类…………253 9.1.2　设备管理的目标和功能………………………254 9.2　I/O硬件特点.. .............................. 255 9.2.1　设备组成……………255 9.2.2　设备接口……………255 9.2.3　设备控制器…………256 9.2.4　通道…………………256 9.2.5　I/O控制方式 ………259 9.2.6　缓冲技术……………261 9.3　I/O软件的组成.. ............................. 264 9.3.1　I/O软件的目标 ……264 9.3.2　中断处理程序………265 9.3.3　设备驱动程序………266 9.3.4　独立于设备的软件…267 9.3.5　用户空间的 I/O软件 269 9.4　设备分配 ............................... 270 9.4.1　设备分配中的数据结构………………………2709.4.2　设备独立性…………271 9.4.3　设备分配……………272 9.5　虚拟设备 ............................... 274 9.5.1　Spooling技术 ………274 9.5.2　共享打印机…………275 9.5.3　Spooling系统的优缺点 ………………………275 9.6　Linux I/O设备管理.. ........................... 276 9.6.1　Linux中的设备文件 276 9.6.2　Linux的设备驱动程序 ………………………276 9.6.3　Linux的中断处理 …282 习题.................................... 283