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第1章 计算机系统导论1

1.1 计算机系统硬件组织结构1

1.1.1 计算机主要配件及其组装结构1

1.1.2 计算机系统的逻辑组织结构1

1.1.3 Intel 8086的存储器组织模型5

1.1.4 堆栈的组织模型5

1.1.5 32位微处理器7

1.1.6 保护模式下的全局段描述符9

1.1.7 保护模式下的寻址方式10

1.2 中断机制11

1.3 指令、机器语言与汇编语言12

1.3.1 指令12

1.3.2 机器语言与汇编语言13

1.3.3 Intel 8086指令系统13

1.4 形成层次结构的存储设备18

1.5 利用操作系统管理计算机硬件、软件资源19

1.5.1 操作系统综述19

1.5.2 操作系统抽象23

习题26

上机实践27

第2章 程序的机器层级表示28

2.1 程序汇编与机器编码28

2.1.1 机器代码29

2.1.2 指令与数据格式32

2.1.3 访问信息32

2.1.4 数据传送指令34

2.2 算术和逻辑操作35

2.3 控制36

2.3.1 条件码36

2.3.2 应用条件码36

2.3.3 循环38

2.4 过程调用39

2.4.1 栈帧结构39

2.4.2 转移控制40

2.4.3 寄存器使用惯例40

2.4.4 过程应用示例40

习题42

上机实践45

第3章 内核与进程控制46

3.1 内核控制46

3.1.1 内核的结构模式46

3.1.2 内核的体系结构48

3.2 CPU的分段保护工作模式52

3.2.1 保护机制综述52

3.2.2 使用调用门进行控制转移54

3.2.3 使用中断门或陷阱门进行控制转移55

3.2.4 支持分段保护的硬件设施及内核数据结构56

3.2.5 任务状态段TSS及其结构57

3.3 利用进程实现并发多任务58

3.3.1 进程概念的引入58

3.3.2 进程的定义62

3.3.3 进程控制块63

3.4 进程状态及转换65

3.5 进程控制66

3.5.1 创建新进程67

3.5.2 终止进程69

3.6 线程控制70

3.6.1 线程的概念70

3.6.2 线程的实现70

3.6.3 线程与进程的比较70

3.6.4 Linux的线程机制71

3.6.5 Windows的线程机制72

习题72

上机实践74

第4章 调度与死锁处理75

4.1 调度技术基础75

4.1.1 调度策略76

4.1.2 调度器的触发时机76

4.1.3 上下文切换78

4.1.4 CPU调度的主要类型78

4.1.5 衡量调度性能的原则79

4.2 常规调度算法80

4.2.1 先到先服务算法80

4.2.2 最短作业优先算法81

4.2.3 时间片轮转调度算法82

4.2.4 优先权调度算法82

4.2.5 多级反馈队列调度算法84

4.2.6 最高响应比优先调度算法85

4.2.7 实时系统及其调度算法86

4.3 Linux及Windows系统调度程序分析86

4.3.1 Linux系统调度程序分析87

4.3.2 Windows系统调度程序分析90

4.4 多处理机调度93

4.4.1 多处理机环境下的进程调度概述93

4.4.2 自调度技术94

4.5 死锁及其处理96

4.5.1 死锁及其产生原因96

4.5.2 产生死锁的必要条件和死锁处理方法97

4.5.3 利用银行家算法避免死锁98

4.5.4 死锁的检测和解除102

习题103

第5章 进程同步与通信108

5.1 多进程计算环境下的潜在问题108

5.1.1 多进程计算环境下的资源及其特性108

5.1.2 多进程并发可能引发的潜在问题109

5.1.3 问题的复杂性、困难性和应对策略110

5.2 临界区同步问题110

5.2.1 什么是临界区110

5.2.2 临界区问题的引出111

5.2.3 临界区问题处理方法分析111

5.2.4 几种临界区问题的初步解决方案及有效性分析112

5.3 用信号量机制实现同步117

5.3.1 信号量原理与定义117

5.3.2 信号量分类与用途119

5.3.3 信号量实现120

5.3.4 用信号量解决几个经典同步问题122

5.3.5 Windows的信号量实现及其应用128

5.3.6 Linux的信号量实现及其应用131

5.4 进程间通信135

5.4.1 进程间通信概述135

5.4.2 共享内存区136

5.4.3 管道通信136

5.4.4 基于消息块传递的进程间通信138

5.4.5 一种基于端口的消息通信机制（实现模型）140

习题144

上机实践148

第6章 存储管理149

6.1 存储管理概述149

6.1.1 计算机的存储器组织149

6.1.2 存储管理的主要功能与目标153

6.1.3 传统的存储管理技术体系153

6.2 基于连续分配的存储管理技术154

6.2.1 单一分区连续分配管理154

6.2.2 固定分区连续分配管理154

6.2.3 可变分区连续分配管理155

6.3 基于离散分配的存储管理技术158

6.3.1 内存地址分类158

6.3.2 段式存储分配管理159

6.3.3 页式存储分配管理162

6.3.4 段页式存储分配管理170

6.4 虚拟存储管理技术171

6.4.1 虚拟存储器技术概述171

6.4.2 基于请求分页的虚拟存储管理技术175

6.4.3 页面调度管理177

6.4.4 物理页框管理184

6.5 程序的编译、链接与加载184

6.5.1 ELF可重定位目标文件组织格式186

6.5.2 ELF可执行目标文件组织格式189

6.5.3 链接器工作原理分析192

6.5.4 动态链接196

6.5.5 映射可执行文件到存储器199

6.5.6 小结201

6.6 Linux存储管理203

6.6.1 Linux虚拟空间管理的主要数据结构203

6.6.2 Linux的虚拟空间映射方案204

6.6.3 Linux的分段机制206

6.6.4 Linux的分页机制208

6.6.5 Linux的存储器映射208

6.6.6 Linux的物理内存管理209

习题214

上机实践221

第7章 设备管理222

7.1 设备管理概述222

7.1.1 I/O系统的组织与结构222

7.1.2 I/O硬件及其控制基础知识224

7.1.3 设备管理的基本目标与功能226

7.2 设备I/O控制226

7.2.1 程序直接控制方式227

7.2.2 中断驱动的I/O控制方式227

7.2.3 DMA控制方式228

7.2.4 通道控制方式229

7.3 设备缓冲技术230

7.3.1 专用缓冲231

7.3.2 公共缓冲池233

7.3.3 字符设备的公共缓冲池235

7.3.4 磁盘高速缓冲236

7.4 设备使用与设备驱动程序237

7.4.1 设备的三种使用方法237

7.4.2 设备驱动程序241

7.5 设备分配与处理248

7.5.1 设备分配248

7.5.2 设备处理251

7.5.3 设备独立性的表现与优势254

习题255

上机实践257

第8章 文件管理259

8.1 文件系统259

8.1.1 文件的概念259

8.1.2 文件的组织结构261

8.1.3 文件系统综述261

8.2 文件存储空间布局与管理265

8.2.1 磁盘及其相关知识266

8.2.2 几种常见的文件系统及其卷布局270

8.2.3 文件存储空间的管理274

8.2.4 磁盘空闲空间的管理275

8.3 目录管理278

8.3.1 目录管理概述278

8.3.2 目录的结构与操作279

8.3.3 索引节点283

8.4 文件使用与控制284

8.4.1 基本文件操作及实现机制284

8.4.2 利用虚存映射机制读写文件287

8.5 文件共享288

8.5.1 早期实现文件共享的方法288

8.5.2 基于索引节点的共享方式（硬链接）289

8.5.3 利用符号链实现共享（软链接）290

8.6 文件保护291

8.6.1 文件的口令保护292

8.6.2 文件的密码保护292

8.6.3 基于数字证书的用户身份认证293

8.6.4 访问控制293

8.6.5 分级安全管理295

习题296

第9章 Linux文件系统300

9.1 Linux标准文件系统EXT2300

9.1.1 EXT2分区存储布局概述300

9.1.2 EXT2分区存储布局结构分析301

9.2 VFS接口310

9.2.1 VFS的工作原理310

9.2.2 VFS的四种基本对象313

9.2.3 与进程访问文件相关的数据结构318

9.3 文件系统注册、安装与卸载320

9.3.1 文件系统注册320

9.3.2 文件系统安装321

9.3.3 文件系统卸载322

9.4 编写文件系统驱动程序323

9.4.1 文件系统驱动程序实现的要素323

9.4.2 文件系统驱动程序实现框架示例324

习题329

上机实践331

参考文献332