操作系統(tǒng)：精髓與設(shè)計原理（第8版 全球版）

目　錄
第0章　讀者和教師指南　1
0．1　本書概述　2
0．2　實例系統(tǒng)　2
0．3　讀者和教師學(xué)習(xí)路線圖　3
0．4　互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)站資源　4
本書配套的網(wǎng)站　4
其他網(wǎng)站　4
第1部分　背景
第1章　計算機系統(tǒng)概述　5
1．1　基本組成　6
1．2　微處理器的發(fā)展　7
1．3　指令的執(zhí)行　8
1．4　中斷　10
1．4．1　中斷和指令周期　11
1．4．2　中斷處理　15
1．4．3　多個中斷　17
1．5　分級存儲體系　19
1．6　高速緩存　22
1．6．1　動機　22
1．6．2　高速緩存的原理　22
1．6．3　高速緩存的設(shè)計　24
1．7　直接內(nèi)存訪問　25
1．8　多處理器和多核組織結(jié)構(gòu)　26
1．8．1　對稱多處理器　27
1．8．2　組織結(jié)構(gòu)　27
1．8．3　多核計算機　28
1．9　推薦閱讀　29
1．10　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　30
附錄1A　兩級存儲器的性能特征　33
第2章　操作系統(tǒng)概述　39
2．1　操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能　40
2．1．1　作為用戶與系統(tǒng)交互
接口的操作系統(tǒng)　40
2．1．2　作為資源管理器的
操作系統(tǒng)　42
2．1．3　操作系統(tǒng)的易
發(fā)展性　43
2．2　操作系統(tǒng)的發(fā)展　44
2．2．1　串行處理　44
2．2．2　簡單批處理系統(tǒng)　44
2．2．3　多道批處理系統(tǒng)　47
2．2．4　分時系統(tǒng)　49
2．3　主要成就　51
2．3．1　進(jìn)程　52
2．3．2　內(nèi)存管理　55
2．3．3　信息保護(hù)和安全　56
2．3．4　調(diào)度和資源管理　57
2．4　現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展　58
2．5　容錯　61
2．5．1　基本概念　61
2．5．2　故障　62
2．5．3　操作系統(tǒng)中的機制　63
2．6　多處理器和多核操作系統(tǒng)設(shè)計要
考慮的因素　63
2．6．1　對稱多處理器操作
系統(tǒng)設(shè)計上的考慮　63
2．6．2　多核操作系統(tǒng)
設(shè)計上的考慮　64
2．7　微軟Windows簡介　66
2．7．1　背景　66
2．7．2　體系結(jié)構(gòu)　66
2．7．3　客戶/服務(wù)器模式　69
2．7．4　線程和SMP　70
2．7．5　Windows對象　70
2．8　傳統(tǒng)UNIX系統(tǒng)　72
2．8．1　發(fā)展歷史　72
2．8．2　系統(tǒng)概述　72
2．9　現(xiàn)代UNIX系統(tǒng)　74
2．9．1　System V第4版
（SVR4）　74
2．9．2　BSD　75
2．9．3　Solaris 10　75
2．10　Linux系統(tǒng)　76
2．10．1　發(fā)展歷史　76
2．10．2　模塊結(jié)構(gòu)　76
2．10．3　內(nèi)核組件　78
2．11　Android系統(tǒng)　80
2．11．1　安卓軟件架構(gòu)　81
2．11．2　安卓系統(tǒng)架構(gòu)　83
2．11．3　活動　83
2．11．4　電源管理　84
2．12　推薦閱讀和配套演示　85
2．13　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　86
第2部分　進(jìn)程
第3章　進(jìn)程的描述與控制　89
3．1　什么是進(jìn)程？　90
3．1．1　背景　90
3．1．2　進(jìn)程和進(jìn)程控制塊　91
3．2　進(jìn)程狀態(tài)　92
3．2．1　雙狀態(tài)模型　94
3．2．2　進(jìn)程的創(chuàng)建和結(jié)束　95
3．2．3　五狀態(tài)模型　97
3．2．4　進(jìn)程掛起　100
3．3　進(jìn)程描述符　104
3．3．1　操作系統(tǒng)中控制
資源的結(jié)構(gòu)　105
3．3．2　進(jìn)程控制塊　106
3．4　進(jìn)程控制　112
3．4．1　（處理器的）執(zhí)行的
模式　112
3．4．2　進(jìn)程創(chuàng)建　113
3．4．3　進(jìn)程切換　114
3．5　操作系統(tǒng)的執(zhí)行　116
3．5．1　獨立內(nèi)核　116
3．5．2　嵌套于用戶進(jìn)程　117
3．5．3　基于進(jìn)程的操作
系統(tǒng)　118
3．6　UNIX SVR4中的進(jìn)程管理　118
3．6．1　進(jìn)程狀態(tài)　118
3．6．2　進(jìn)程描述　120
3．6．3　進(jìn)程控制　122
3．7　總結(jié)　122
3．8　推薦閱讀與動畫　123
3．9　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　123
第4章　線程　128
4．1　進(jìn)程和線程　129
4．1．1　多線程　129
4．1．2　線程功能　132
4．2　線程的類型　134
4．2．1　用戶級和內(nèi)核級
線程　134
4．2．2　其他設(shè)計　138
4．3　多核和多線程　140
4．3．1　多核環(huán)境下應(yīng)用的
性能　140
4．3．2　應(yīng)用示例：Valve的
游戲軟件　143
4．4　Windows 8的進(jìn)程和線程
管理　144
4．4．1　Windows 8所帶來的
改變　145
4．4．2　Windows進(jìn)程　146
4．4．3　進(jìn)程和線程對象　147
4．4．4　多線程　149
4．4．5　線程狀態(tài)　149
4．4．6　操作系統(tǒng)子系統(tǒng)的
支持　150
4．5　Solaris的線程和多處理器
管理　150
4．5．1　多線程結(jié)構(gòu)　150
4．5．2　設(shè)計目標(biāo)　151
4．5．3　進(jìn)程結(jié)構(gòu)　152
4．5．4　線程執(zhí)行　153
4．5．5　用線程處理中斷　153
4．6　Linux的進(jìn)程和線程管理　154
4．6．1　Linux進(jìn)程　154
4．6．2　Linux線程　156
4．6．3　Linux命名空間　157
4．7　Android的進(jìn)程和線程管理　158
4．7．1　Android應(yīng)用　158
4．7．2　活動　159
4．7．3　進(jìn)程和線程　161
4．8　Mac OS X的Grand Central
Dispatch　161
4．9　總結(jié)　164
4．10　推薦閱讀　164
4．11　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　164
第5章　并發(fā)：互斥與同步　169
5．1　并發(fā)的原理　171
5．1．1　一個簡單例子　172
5．1．2　競態(tài)（Race
Condition）　173
5．1．3　操作系統(tǒng)的設(shè)計
挑戰(zhàn)　174
5．1．4　進(jìn)程交互　174
5．1．5　實現(xiàn)互斥的條件　177
5．2　互斥：硬件的支撐方案　178
5．2．1　關(guān)中斷　178
5．2．2　特殊機器指令　178
5．3　信號燈（Semaphore）　181
5．3．1　互斥的實現(xiàn)　184
5．3．2　生產(chǎn)者/消費者
問題　186
5．3．3　信號燈的實現(xiàn)　191
5．4　管程（Monitor）　192
5．4．1　管程和信號　192
5．4．2　采用通知和廣播的
管程模型　196
5．5　消息通信　197
5．5．1　同步（Synchroni-
zation）　198
5．5．2　尋址（Addres-
sing）　199
5．5．3　消息格式　201
5．5．4　隊列組織　201
5．5．5　互斥的實現(xiàn)　201
5．6　讀者/寫者問題　203
5．6．1　讀者優(yōu)先　203
5．6．2　寫者優(yōu)先　204
5．7　總結(jié)　207
5．8　推薦閱讀　207
5．9　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　208
第6章　并發(fā)：死鎖與饑餓　221
6．1　死鎖的原理　222
6．1．1　可重用資源　225
6．1．2　消耗性資源　226
6．1．3　資源分配圖　227
6．1．4　死鎖發(fā)生的條件　228
6．2　死鎖預(yù)防（Deadlock
Prevention）　229
6．2．1　互斥條件　229
6．2．2　占有并等待條件　230
6．2．3　不可搶占條件　230
6．2．4　環(huán)路等待條件　230
6．3　死鎖避免（Deadlock
Avoidance）　230
6．3．1　拒絕創(chuàng)建進(jìn)程　231
6．3．2　拒絕分配資源　232
6．4　死鎖檢測（Deadlock
Detection）　235
6．4．1　死鎖檢測算法　236
6．4．2　死鎖恢復(fù)　237
6．5　解決死鎖的綜合方案　237
6．6　哲學(xué)家進(jìn)餐問題　238
6．6．1　使用信號燈的解決
方案　238
6．6．2　使用管程的解決
方案　240
6．7　UNIX系統(tǒng)的并發(fā)控制機制　241
6．7．1　管道　242
6．7．2　消息　242
6．7．3　共享內(nèi)存　242
6．7．4　信號燈　242
6．7．5　信號　243
6．8　Linux內(nèi)核的并發(fā)控制機制　244
6．8．1　原子操作　245
6．8．2　自旋鎖
（Spinlocks）　246
6．8．3　信號燈　248
6．8．4　屏障點
（Barriers）　249
6．9　Solaris線程同步原語　250
6．9．1　互斥鎖　251
6．9．2　信號燈　251
6．9．3　讀者/寫者鎖　252
6．9．4　條件變量（Condition
Variable）　252
6．10　Windows 7的并發(fā)控制機制　252
6．10．1　Wait函數(shù)　252
6．10．2　調(diào)度對象（Dispatcher
Object）　253
6．10．3　臨界區(qū)　254
6．10．4　瘦讀者-寫者鎖和
條件變量　254
6．10．5　無鎖同步　255
6．11　Android系統(tǒng)中的進(jìn)程間
通信　255
6．12　總結(jié)　256
6．13　推薦閱讀　256
6．14　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　257
第3部分　內(nèi)存
第7章　內(nèi)存管理　265
7．1　內(nèi)存管理的需求　266
7．1．1　內(nèi)存重定位　266
7．1．2　內(nèi)存保護(hù)　267
7．1．3　內(nèi)存共享　268
7．1．4　邏輯結(jié)構(gòu)　268
7．1．5　物理結(jié)構(gòu)　268
7．2　內(nèi)存分區(qū)　269
7．2．1　固定分區(qū)　270
7．2．2　分區(qū)大小　270
7．2．3　放置策略　271
7．2．4　動態(tài)分區(qū)　272
7．2．5　放置策略　273
7．2．6　置換策略　275
7．2．7　伙伴系統(tǒng)　275
7．2．8　重定位　277
7．3　分頁　278
7．4　分段　282
7．5　小結(jié)　282
7．6　推薦閱讀和配套演示　283
7．7　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　283
附錄7A　加載和鏈接　286
第8章　虛擬內(nèi)存　292
8．1　硬件和控制結(jié)構(gòu)　293
8．1．1　局部性和虛擬
內(nèi)存　295
8．1．2　分頁　296
8．1．3　頁表結(jié)構(gòu)　297
8．1．4　分段　305
8．1．5　段頁式　306
8．1．6　保護(hù)和共享　307
8．2　操作系統(tǒng)軟件　308
8．2．1　讀取策略　309
8．2．2　放置策略　309
8．2．3　置換策略　310
8．2．4　頁緩沖　314
8．2．5　置換策略和高速
緩沖的大小　315
8．2．6　清除策略　321
8．2．7　加載控制　321
8．3　UNIX和SOLARIS的內(nèi)存
管理　323
8．3．1　分頁系統(tǒng)　323
8．3．2　內(nèi)核內(nèi)存分配器　326
8．4　Linux內(nèi)存管理　327
8．4．1　Linux虛擬內(nèi)存　327
8．4．2　內(nèi)核內(nèi)存分配　329
8．5　Windows內(nèi)存管理　330
8．5．1　Windows虛擬地址
映射　330
8．5．2　Windows分頁　331
8．5．3　Windows 8交換　332
8．6　Android內(nèi)存管理　332
8．7　小結(jié)　332
8．8　推薦閱讀和配套演示　333
8．9　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　334
第4部分　調(diào)度
第9章　單處理器調(diào)度　339
9．1　處理器調(diào)度的類型　340
9．1．1　長期調(diào)度　342
9．1．2　中期調(diào)度　343
9．1．3　短期調(diào)度　343
9．2　調(diào)度算法　343
9．2．1　短期調(diào)度準(zhǔn)則　343
9．2．2　優(yōu)先級的使用　345
9．2．3　可選的調(diào)度策略　345
9．2．4　性能比較　355
9．2．5　公平共享調(diào)度　360
9．3　傳統(tǒng)的UNIX調(diào)度　362
9．4　總結(jié)　363
9．5　推薦閱讀和動畫　364
9．6　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　364
第10章　多處理器、多核調(diào)度與實時
調(diào)度　369
10．1　多處理器和多核調(diào)度　370
10．1．1　粒度　370
10．1．2　設(shè)計問題　371
10．1．3　進(jìn)程調(diào)度　373
10．1．4　線程調(diào)度　374
10．1．5　多核線程調(diào)度　379
10．2　實時調(diào)度　380
10．2．1　背景　380
10．2．2　實時操作系統(tǒng)的
特點　381
10．2．3　實時調(diào)度　384
10．2．4　截止期限調(diào)度　385
10．2．5　單調(diào)速率調(diào)度　388
10．2．6　優(yōu)先級反轉(zhuǎn)　391
10．3　Linux調(diào)度　393
10．3．1　實時調(diào)度　393
10．3．2　非實時調(diào)度　394
10．4　UNIX SVR4調(diào)度　396
10．5　UNIX FreeBSD調(diào)度　397
10．5．1　優(yōu)先級類　398
10．5．2　對SMP和多核的
支持　398
10．6　Windows調(diào)度　400
10．6．1　進(jìn)程和線程
優(yōu)先級　400
10．6．2　多處理器調(diào)度　401
10．7　總結(jié)　402
10．8　推薦閱讀　403
10．9　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　403
第5部分　輸入/輸出與文件
第11章　I/O管理和磁盤調(diào)度　407
11．1　I/O設(shè)備　408
11．2　I/O功能的組織　409
11．2．1　I/O功能的發(fā)展
歷程　410
11．2．2　直接內(nèi)存訪問　411
11．3　操作系統(tǒng)設(shè)計問題　412
11．3．1　設(shè)計目標(biāo)　412
11．3．2　I/O功能的邏輯
結(jié)構(gòu)　413
11．4　I/O緩沖　414
11．4．1　單緩沖區(qū)　415
11．4．2　雙緩沖區(qū)　416
11．4．3　環(huán)形緩沖區(qū)　417
11．4．4　緩沖區(qū)的作用　417
11．5　磁盤調(diào)度　417
11．5．1　磁盤性能參數(shù)　417
11．5．2　磁盤調(diào)度策略　419
11．6　RAID　423
11．6．1　0級RAID　426
11．6．2　1級RAID　427
11．6．3　2級RAID　428
11．6．4　3級RAID　428
11．6．5　4級RAID　429
11．6．6　5級RAID　430
11．6．7　6級RAID　430
11．7　磁盤高速緩存　430
11．7．1　設(shè)計考慮　431
11．7．2　性能考慮　432
11．8　UNIX SVR4 I/O　434
11．8．1　緩沖區(qū)高速
緩存　434
11．8．2　字符隊列　435
11．8．3　無緩沖的I/O　435
11．8．4　UNIX設(shè)備　436
11．9　Linux I/O　436
11．9．1　磁盤調(diào)度　436
11．9．2　Linux頁面緩存　438
11．10　Windows I/O　439
11．10．1　基本I/O機制　439
11．10．2　異步I/O和同步
I/O　439
11．10．3　軟件RAID　440
11．10．4　卷影拷貝　441
11．10．5　卷加密　441
11．11　總結(jié)　441
11．12　推薦閱讀和動畫　441
11．13　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　443
第12章　文件管理　445
12．1　概述　446
12．1．1　文件和文件
系統(tǒng)　446
12．1．2　文件結(jié)構(gòu)　447
12．1．3　文件管理系統(tǒng)　448
12．2　文件組織與訪問　451
12．2．1　堆　452
12．2．2　順序文件　453
12．2．3　索引順序文件　453
12．2．4　索引文件　454
12．2．5　直接文件或哈希
文件　455
12．3　B樹　455
12．4　文件目錄　458
12．4．1　內(nèi)容　458
12．4．2　結(jié)構(gòu)　459
12．4．3　命名　460
12．5　文件共享　461
12．5．1　訪問權(quán)限　462
12．5．2　同時訪問　462
12．6　記錄組塊　463
12．7　輔存管理　464
12．7．1　文件分配　464
12．7．2　空閑空間管理　469
12．7．3　卷　471
12．7．4　可靠性　471
12．8　UNIX文件管理　472
12．8．1　i節(jié)點　472
12．8．2　文件分配　474
12．8．3　目錄　475
12．8．4　卷結(jié)構(gòu)　475
12．9　Linux虛擬文件系統(tǒng)　475
12．9．1　超級塊對象　477
12．9．2　i節(jié)點對象　478
12．9．3　目錄項對象　478
12．9．4　文件對象　478
12．9．5　高速緩存　479
12．10　Windows文件系統(tǒng)　479
12．10．1　NTFS的關(guān)鍵
特性　479
12．10．2　NTFS的卷和文件
結(jié)構(gòu)　480
12．10．3　可恢復(fù)性　482
12．11　Android文件管理　483
12．11．1　文件系統(tǒng)　483
12．11．2　SQLite　484
12．12　總結(jié)　485
12．13　推薦閱讀　485
12．14　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　486
第6部分　嵌入式系統(tǒng)
第13章　嵌入式系統(tǒng)　489
13．1　嵌入式系統(tǒng)　490
13．2　嵌入式操作系統(tǒng)的特征　491
13．2．1　移植現(xiàn)有的商用
操作系統(tǒng)　492
13．2．2　專用嵌入式操作
系統(tǒng)　492
13．3　嵌入式Linux　493
13．3．1　內(nèi)核大小　493
13．3．2　編譯　493
13．3．3　嵌入式Linux文件
系統(tǒng)　493
13．3．4　嵌入式Linux的
優(yōu)勢　494
13．3．5　Android　494
13．4　TinyOS　495
13．4．1　無線傳感器
網(wǎng)絡(luò)　495
13．4．2　TinyOS的目標(biāo)　496
13．4．3　TinyOS組件　497
13．4．4　TinyOS調(diào)度器　499
13．4．5　配置實例　500
13．4．6　TinyOS資源
接口　501
13．5　推薦閱讀　503
13．6　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　503
第14章　虛擬機　506
14．1　虛擬化方法　508
14．2　處理器問題　511
14．3　內(nèi)存管理　513
14．4　I/O管理　514
14．5　VMware ESXi　515
14．6　微軟Hyper-V和Xen變體　517
14．7　Java VM　518
14．8　Linux VServer虛擬機架構(gòu)　519
14．8．1　體系結(jié)構(gòu)　519
14．8．2　進(jìn)程調(diào)度　520
14．9　Android虛擬機　521
14．9．1　Dex文件格式　522
14．9．2　Zygote　523
14．10　總結(jié)　523
14．11　推薦閱讀　523
14．12　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　524
第7部分　安全
第15章　操作系統(tǒng)安全　527
15．1　入侵者和惡意軟件　528
15．1．1　系統(tǒng)訪問威脅　528
15．1．2　對策　529
15．2　緩沖區(qū)溢出　531
15．2．1　緩沖區(qū)溢出
攻擊　531
15．2．2　編譯時防御　534
15．2．3　運行時防御　536
15．3　訪問控制　537
15．3．1　文件系統(tǒng)訪問
控制　537
15．3．2　訪問控制策略　539
15．4　UNIX訪問控制　544
15．4．1　傳統(tǒng)UNIX文件訪問
控制　544
15．4．2　UNIX中的訪問控制
列表　546
15．5　操作系統(tǒng)強化　546
15．5．1　操作系統(tǒng)安裝：初次
安裝與修補　547
15．5．2　移除不必要的服務(wù)、
應(yīng)用和協(xié)議　548
15．5．3　配置用戶、組和身份
驗證　548
15．5．4　配置資源控制　549
15．5．5　安裝額外的安全
控制　549
15．5．6　測試系統(tǒng)安全性　549
15．6　安全維護(hù)　550
15．6．1　用戶登入　550
15．6．2　數(shù)據(jù)備份和存檔　550
15．7　Windows安全　551
15．7．1　訪問控制模式　551
15．7．2　訪問令牌　552
15．7．3　安全描述符　552
15．8　總結(jié)　555
15．9　推薦閱讀　555
15．10　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　556
第8部分　分布式系統(tǒng)
第16章　分布式處理、客戶/服務(wù)器和
集群　559
16．1　客戶/服務(wù)器計算　560
16．1．1　什么是客戶/服務(wù)器
計算？　560
16．1．2　客戶/服務(wù)器
應(yīng)用　562
16．1．3　中間件　567
16．2　分布式消息傳遞　569
16．2．1　可靠性與不可
靠性　571
16．2．2　阻塞與非阻塞　571
16．3　遠(yuǎn)程過程調(diào)用　571
16．3．1　參數(shù)傳遞　572
16．3．2　參數(shù)表示　573
16．3．3　客戶/服務(wù)器
綁定　573
16．3．4　同步與異步　573
16．3．5　面向?qū)ο髾C制　574
16．4　集群　574
16．4．1　集群的配置　575
16．4．2　操作系統(tǒng)的設(shè)計
問題　577
16．4．3　集群計算機的體系
結(jié)構(gòu)　578
16．4．4　集群與SMP的
對比　579
16．5　Windows集群服務(wù)器　579
16．6　Beowulf和Linux集群　581
16．6．1　Beowulf特性　581
16．6．2　Beowulf軟件　582
16．7　總結(jié)　582
16．8　推薦閱讀　583
16．9　關(guān)鍵術(shù)語、復(fù)習(xí)題與習(xí)題　583
參考文獻(xiàn)　586