操作系統(tǒng)概念（原書第10版）

目錄
Operating System Concepts,Tenth Edition
譯者序
前言
第一部分概論
第1章導(dǎo)論2
1.1操作系統(tǒng)的功能2
1.1.1用戶視角2
1.1.2系統(tǒng)視角3
1.1.3操作系統(tǒng)的定義3
1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成4
1.2.1中斷5
1.2.2存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)7
1.2.3I／O結(jié)構(gòu)9
1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)9
1.3.1單處理器系統(tǒng)9
1.3.2多處理器系統(tǒng)10
1.3.3集群系統(tǒng)11
1.4操作系統(tǒng)的執(zhí)行13
1.4.1多道程序與多任務(wù)14
1.4.2雙模式與多模式操作15
1.4.3定時(shí)器16
1.5資源管理16
1.5.1進(jìn)程管理16
1.5.2內(nèi)存管理17
1.5.3文件系統(tǒng)管理17
1.5.4大容量存儲(chǔ)管理18
1.5.5高速緩存管理18
1.5.6I／O系統(tǒng)管理20
1.6安全與保護(hù)20
1.7虛擬化21
1.8分布式系統(tǒng)22
1.9內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)22
1.9.1列表、堆棧與隊(duì)列22
1.9.2樹23
1.9.3哈希函數(shù)與哈希表24
1.9.4位圖24
1.10計(jì)算環(huán)境25
1.10.1傳統(tǒng)計(jì)算25
1.10.2移動(dòng)計(jì)算25
1.10.3客戶機(jī)-服務(wù)器計(jì)算26
1.10.4對(duì)等計(jì)算26
1.10.5云計(jì)算27
1.10.6實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)27
1.11免費(fèi)與開源操作系統(tǒng)28
1.11.1開源操作系統(tǒng)的歷史29
1.11.2自由操作系統(tǒng)29
1.11.3GNU／Linux29
1.11.4BSD UNIX30
1.11.5Solaris30
1.11.6用作學(xué)習(xí)的開源操作
系統(tǒng)31
1.12本章小結(jié)31
1.13推薦讀物32
1.14參考文獻(xiàn)32
1.15練習(xí)33
1.16習(xí)題33
第2章操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)35
2.1操作系統(tǒng)的服務(wù)35
2.2用戶與操作系統(tǒng)的界面36
2.2.1命令解釋器37
2.2.2圖形用戶界面37
2.2.3觸摸屏界面38
2.2.4界面的選擇38
2.3系統(tǒng)調(diào)用39
2.3.1系統(tǒng)調(diào)用示例39
2.3.2應(yīng)用編程接口39
2.3.3系統(tǒng)調(diào)用的類型41
2.4系統(tǒng)服務(wù)46
2.5鏈接器與加載器46
2.6應(yīng)用程序特定于操作系統(tǒng)的
原因48
2.7操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)49
2.7.1設(shè)計(jì)目標(biāo)49
2.7.2機(jī)制與策略49
2.7.3實(shí)現(xiàn)50
2.8操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)50
2.8.1簡單結(jié)構(gòu)51
2.8.2分層法51
2.8.3微內(nèi)核52
2.8.4模塊53
2.8.5混合系統(tǒng)53
2.9操作系統(tǒng)的構(gòu)建與引導(dǎo)56
2.9.1操作系統(tǒng)的生成56
2.9.2操作系統(tǒng)的引導(dǎo)57
2.10操作系統(tǒng)的調(diào)試58
2.10.1故障分析59
2.10.2性能優(yōu)化59
2.10.3跟蹤60
2.10.4BCC60
2.11本章小結(jié)61
2.12推薦讀物62
2.13參考文獻(xiàn)62
2.14練習(xí)63
2.15習(xí)題63
2.16編程題63
2.17編程項(xiàng)目64
第二部分進(jìn)程管理
第3章進(jìn)程70
3.1進(jìn)程的概念70
3.1.1進(jìn)程概述70
3.1.2進(jìn)程狀態(tài)71
3.1.3進(jìn)程控制塊72
3.1.4線程73
3.2進(jìn)程調(diào)度73
3.2.1調(diào)度隊(duì)列74
3.2.2CPU調(diào)度74
3.2.3上下文切換75
3.3進(jìn)程操作76
3.3.1進(jìn)程創(chuàng)建76
3.3.2進(jìn)程終止79
3.4進(jìn)程間通信81
3.5共享內(nèi)存系統(tǒng)的IPC82
3.6消息傳遞系統(tǒng)的IPC83
3.6.1命名84
3.6.2同步85
3.6.3緩沖85
3.7IPC系統(tǒng)示例86
3.7.1POSIX共享內(nèi)存86
3.7.2Mach消息傳遞88
3.7.3Windows90
3.7.4管道91
3.8客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)中的通信
95
3.8.1套接字95
3.8.2遠(yuǎn)程過程調(diào)用97
3.9本章小結(jié)99
3.10推薦讀物100
3.11參考文獻(xiàn)100
3.12練習(xí)100
3.13習(xí)題101
3.14編程題104
3.15編程項(xiàng)目106
第4章線程與并發(fā)113
4.1概述113
4.1.1動(dòng)機(jī)113
4.1.2優(yōu)點(diǎn)114
4.2多核編程115
4.2.1編程挑戰(zhàn)115
4.2.2并行的類型116
4.3多線程模型117
4.3.1多對(duì)一模型117
4.3.2一對(duì)一模型117
4.3.3多對(duì)多模型117
4.4線程庫118
4.4.1Pthreads119
4.4.2Windows線程120
4.4.3Java線程121
4.5隱式線程124
4.5.1線程池124
4.5.2復(fù)刻加入126
4.5.3OpenMP128
4.5.4大中央調(diào)度129
4.5.5Intel線程構(gòu)建模塊130
4.6多線程問題131
4.6.1系統(tǒng)調(diào)用fork()和
exec()131
4.6.2信號(hào)處理131
4.6.3線程撤銷132
4.6.4線程本地存儲(chǔ)133
4.6.5調(diào)度程序激活134
4.7操作系統(tǒng)示例135
4.7.1Windows線程135
4.7.2Linux線程135
4.8本章小結(jié)136
4.9推薦讀物137
4.10參考文獻(xiàn)137
4.11練習(xí)137
4.12習(xí)題137
4.13編程題139
4.14編程項(xiàng)目141
第5章CPU調(diào)度143
5.1基本概念143
5.1.1CPU-I/O突發(fā)周期143
5.1.2CPU調(diào)度程序144
5.1.3搶占式和非搶占式調(diào)度144
5.1.4分派程序145
5.2調(diào)度準(zhǔn)則146
5.3調(diào)度算法146
5.3.1先到先服務(wù)調(diào)度146
5.3.2短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度147
5.3.3輪轉(zhuǎn)調(diào)度149
5.3.4優(yōu)先級(jí)調(diào)度150
5.3.5多級(jí)隊(duì)列調(diào)度151
5.3.6多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度152
5.4線程調(diào)度153
5.4.1競(jìng)爭范圍153
5.4.2Pthreads調(diào)度153
5.5多處理器調(diào)度155
5.5.1多處理器調(diào)度的方法155
5.5.2多核處理器156
5.5.3負(fù)載平衡158
5.5.4處理器親和性158
5.5.5異構(gòu)多處理159
5.6實(shí)時(shí)CPU調(diào)度159
5.6.1小化延遲159
5.6.2基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度160
5.6.3單調(diào)速率調(diào)度161
5.6.4早截止期限優(yōu)先調(diào)度162
5.6.5比例分享調(diào)度163
5.6.6POSIX實(shí)時(shí)調(diào)度163
5.7操作系統(tǒng)示例165
5.7.1示例：Linux調(diào)度165
5.7.2示例：Windows調(diào)度167
5.7.3示例：Solaris調(diào)度169
5.8算法評(píng)估170
5.8.1確定性模型171
5.8.2排隊(duì)模型171
5.8.3仿真172
5.8.4實(shí)現(xiàn)172
5.9本章小結(jié)173
5.10推薦讀物174
5.11參考文獻(xiàn)174
5.12練習(xí)175
5.13習(xí)題176
5.14編程項(xiàng)目178
第三部分進(jìn)程同步
第6章同步工具182
6.1背景182
6.2臨界區(qū)問題183
6.3Peterson解決方案185
6.4硬件同步支持186
6.4.1內(nèi)存屏障186
6.4.2硬件指令187
6.4.3原子變量189
6.5互斥鎖189
6.6信號(hào)量191
6.6.1信號(hào)量的使用191
6.6.2信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)191
6.7管程193
6.7.1管程的使用194
6.7.2采用信號(hào)量的管程實(shí)現(xiàn)195
6.7.3管程內(nèi)的進(jìn)程重啟196
6.8活性196
6.8.1死鎖197
6.8.2優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)197
6.9評(píng)估198
6.10本章小結(jié)199
6.11推薦讀物199
6.12參考文獻(xiàn)200
6.13練習(xí)200
6.14習(xí)題200
6.15編程題205
第7章同步案例207
7.1經(jīng)典同步問題207
7.1.1有界緩沖區(qū)問題207
7.1.2讀者-作者問題207
7.1.3哲學(xué)家就餐問題209
7.2內(nèi)核的同步211
7.2.1Windows的同步211
7.2.2Linux的同步212
7.3POSIX的同步213
7.3.1POSIX 互斥鎖213
7.3.2POSIX信號(hào)量213
7.3.3POSIX條件變量214
7.4Java的同步215
7.4.1Java管程215
7.4.2重入鎖218
7.4.3信號(hào)量218
7.4.4條件變量219
7.5其他方法220
7.5.1事務(wù)內(nèi)存220
7.5.2OpenMP221
7.5.3函數(shù)式編程語言222
7.6本章小結(jié)222
7.7推薦讀物222
7.8參考文獻(xiàn)222
7.9練習(xí)223
7.10習(xí)題223
7.11編程題223
7.12編程項(xiàng)目224
第8章死鎖230
8.1系統(tǒng)模型230
8.2多線程應(yīng)用程序的死鎖231
8.3死鎖特點(diǎn)233
8.3.1必要條件233
8.3.2資源分配圖233
8.4死鎖處理方法235
8.5死鎖預(yù)防235
8.5.1互斥235
8.5.2占有并等待236
8.5.3非搶占236
8.5.4 循環(huán)等待236
8.6死鎖避免238
8.6.1 安全狀態(tài)238
8.6.2資源分配圖算法239
8.6.3銀行家算法239
8.7死鎖檢測(cè)241
8.7.1每種資源類型只有單個(gè)
實(shí)例241
8.7.2每種資源類型可有多個(gè)
實(shí)例242
8.7.3檢測(cè)算法的使用243
8.8死鎖恢復(fù)244
8.8.1進(jìn)程與線程的中止244
8.8.2資源搶占244
8.9本章小結(jié)245
8.10推薦讀物245
8.11參考文獻(xiàn)245
8.12練習(xí)245
8.13習(xí)題247
8.14編程題249
8.15編程項(xiàng)目249
第四部分內(nèi)存管理
第9章內(nèi)存252
9.1背景252
9.1.1基本硬件252
9.1.2地址綁定253
9.1.3邏輯地址空間與物理地址
空間254
9.1.4動(dòng)態(tài)加載255
9.1.5動(dòng)態(tài)鏈接與共享庫255
9.2連續(xù)內(nèi)存分配256
9.2.1內(nèi)存保護(hù)256
9.2.2內(nèi)存分配257
9.2.3碎片257
9.3分頁258
9.3.1基本方法258
9.3.2硬件支持261
9.3.3保護(hù)263
9.3.4共享頁263
9.4頁表結(jié)構(gòu)264
9.4.1分層分頁264
9.4.2哈希頁表265
9.4.3倒置頁表266
9.4.4Oracle SPARC Solaris267
9.5交換267
9.5.1標(biāo)準(zhǔn)交換267
9.5.2采用分頁的交換267
9.5.3移動(dòng)系統(tǒng)的交換268
9.6示例：Intel 32位與64位體系
結(jié)構(gòu)268
9.6.1IA-32架構(gòu)269
9.6.2x86-64270
9.7示例：ARMv8架構(gòu)271
9.8本章小結(jié)272
9.9推薦讀物272
9.10參考文獻(xiàn)273
9.11練習(xí)273
9.12習(xí)題274
9.13編程題275
9.14編程項(xiàng)目275
第10章虛擬內(nèi)存277
10.1背景277
10.2請(qǐng)求調(diào)頁279
10.2.1基本概念279
10.2.2空閑幀列表281
10.2.3請(qǐng)求調(diào)頁的性能282
10.3寫時(shí)復(fù)制283
10.4頁面置換284
10.4.1基本頁面置換285
10.4.2FIFO頁面置換287
10.4.3優(yōu)頁面置換288
10.4.4LRU頁面置換288
10.4.5近似LRU頁面置換290
10.4.6基于計(jì)數(shù)的頁面置換291
10.4.7頁面緩沖算法292
10.4.8應(yīng)用程序與頁面置換292
10.5幀分配292
10.5.1幀的小數(shù)293
10.5.2分配算法293
10.5.3全局分配與局部分配294
10.5.4非均勻內(nèi)存訪問295
10.6抖動(dòng)296
10.6.1抖動(dòng)的原因296
10.6.2工作集模型297
10.6.3缺頁錯(cuò)誤頻率299
10.6.4當(dāng)前做法300
10.7內(nèi)存壓縮300
10.8分配內(nèi)核內(nèi)存301
10.8.1伙伴系統(tǒng)301
10.8.2slab分配302
10.9其他考慮因素303
10.9.1預(yù)調(diào)頁面303
10.9.2頁面大小304
10.9.3TLB范圍304
10.9.4倒置頁表305
10.9.5程序結(jié)構(gòu)305
10.9.6I/O聯(lián)鎖與頁面鎖定306
10.10操作系統(tǒng)示例307
10.10.1Linux307
10.10.2Windows308
10.10.3Solaris308
10.11本章小結(jié)309
10.12推薦讀物310
10.13參考文獻(xiàn)310
10.14練習(xí)310
10.15習(xí)題312
10.16編程題316
10.17編程項(xiàng)目316
第五部分存儲(chǔ)管理
第11章大容量存儲(chǔ)320
11.1大容量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)概述320
11.1.1硬盤驅(qū)動(dòng)器320
11.1.2非易失性存儲(chǔ)設(shè)備321
11.1.3易失性存儲(chǔ)器323
11.1.4二級(jí)存儲(chǔ)連接方法324
11.1.5地址映射324
11.2HDD調(diào)度325
11.2.1FCFS調(diào)度325
11.2.2SCAN調(diào)度326
11.2.3C-SCAN調(diào)度326
11.2.4磁盤調(diào)度算法的選擇326
11.3NVM調(diào)度327
11.4錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正328
11.5存儲(chǔ)設(shè)備管理328
11.5.1驅(qū)動(dòng)器格式化、分區(qū)與卷
328
11.5.2引導(dǎo)塊330
11.5.3壞塊330
11.6交換空間管理331
11.6.1交換空間的使用331
11.6.2交換空間位置332
11.6.3交換空間管理的示例332
11.7存儲(chǔ)連接333
11.7.1主機(jī)連接存儲(chǔ)333
11.7.2網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)333
11.7.3云存儲(chǔ)333
11.7.4存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)
陣列334
11.8RAID結(jié)構(gòu)335
11.8.1通過冗余提高可靠性335
11.8.2通過并行處理提高
性能336
11.8.3RAID級(jí)別336
11.8.4RAID級(jí)別的選擇339
11.8.5擴(kuò)展340
11.8.6RAID的問題340
11.8.7對(duì)象存儲(chǔ)341
11.9本章小結(jié)342
11.10推薦讀物342
11.11參考文獻(xiàn)343
11.12練習(xí)343
11.13習(xí)題344
11.14編程題345
第12章I/O系統(tǒng)346
12.1概述346
12.2I/O硬件346
12.2.1內(nèi)存映射I/O347
12.2.2輪詢348
12.2