导语

  

内容提要

  

    本书在详细介绍操作系统发展历史的基础上，系统地阐述了传统操作系统五大基本功能的实现原理、所需的结构和主要涉及的技术，具体包括用户接口、进程与处理器管理、内存管理、I/O系统管理和文件系统等内容。全书共12章，前11章每章的最后一节对Linux操作系统的内核进行了详细剖析，第12章引入了国产优秀操作系统华为EulerOS的基础内容，目的在于使读者通过本书的学习，能够对一个完整的操作系统的整体框架结构和工作原理有比较透彻的了解，为以后在开源操作系统内核中进行开发打下基础。
    本书每章章末都有小结和习题。附录部分提供了课程配套的实验指导书。
    本书可作为计算机类专业本科生的教材，还可供计算机及相关专业从业人员参考。

第一篇  操作系统基本原理
第1章  绪论
  1.1  操作系统的定义
  1.2  操作系统的功能
    1.2.1  处理器管理
    1.2.2  存储器管理
    1.2.3  设备管理
    1.2.4  文件管理
    1.2.5  用户接口
  1.3  操作系统的发展历史
    1.3.1  无操作系统阶段
    1.3.2  监督程序阶段
    1.3.3  多道程序系统
    1.3.4  快速发展阶段
  1.4  Linux系统简介
    1.4.1  Linux发展历史
    1.4.2  Linux内核版本
    1.4.3  Linux内核构架
    1.4.4  Linux内核开发的特点
    1.4.5  Linux内核中GNUC和标准C的区别
    1.4.6  Linux内核中常用的数据结构和算法
  小结
  习题
第2章  操作系统的结构
  2.1  操作系统接口
    2.1.1  命令接口基本概念
    2.1.2  Linux的命令接口
  2.2  系统调用
    2.2.1  系统调用的基本原理
    2.2.2  系统调用与API的关系
    2.2.3  系统调用的工作过程
  2.3  操作系统结构
    2.3.1  整体式结构
    2.3.2  层次式结构
    2.3.3  微内核
    2.3.4  模块化结构
  2.4  虚拟机
    2.4.1  虚拟机的实现原理
    2.4.2  虚拟机的主要实例
  2.5  Linux系统调用
    2.5.1  Linux系统调用的原理
    2.5.2  Linux上的系统调用实现过程
    2.5.3  系统调用的实例分析
    2.5.4  一个简单的系统调用的实现
  2.6  Linux模块的实现机制及其管理
  小结
  习题
第3章  进程与线程
  3.1  进程基础
    3.1.1  程序的顺序执行和并发执行
    3.1.2  进程的定义与特征
    3.1.3  进程的状态及其转换
  3.2  进程控制
    3.2.1  进程的执行模式
    3.2.2  进程切换
    3.2.3  进程的创建与终止
  3.3  线程
    3.3.1  线程的引入
    3.3.2  线程与进程的比较
    3.3.3  用户级线程与内核级线程
    3.3.4  线程库
  3.4  进程与线程比较举例
  3.5  与进程或线程相关的其他技术
    3.5.1  写时复制
    3.5.2  线程池
    3.5.3  进程间的远程通信
  3.6  Linux系统中的进程与线程
    3.6.1  Linux进程简介
    3.6.2  进程状态及转换
    3.6.3  Linux进程控制
    3.6.4  Linux中的线程
  小结
  习题
第4章  进程同步
  4.1  进程的互斥
    4.1.1  临界资源和临界区
    4.1.2  使用硬件实现互斥
    4.1.3  信号量实现互斥
  4.2  进程的同步
    4.2.1  信号量与同步
    4.2.2  生产者/消费者问题
    4.2.3  读者/写者问题
    4.2.4  信号量机制的其他应用
  4.3  进程之间的通信
    4.3.1  共享内存方式
    4.3.2  管道通信
    4.3.3  消息传递通信
  4.4  管程
    4.4.1  管程的概念
    4.4.2  使用管程解决生产者-消费者问题
  4.5  Linux内核同步机制
    4.5.1  原子操作
    4.5.2  per-CPU变量
    4.5.3  自旋锁
    4.5.4  读写自旋锁
    4.5.5  信号量
    4.5.6  互斥体
    4.5.7  顺序锁
    4.5.8  内存屏障
  小结
  习题
第5章  死锁
  5.1  死锁的原理
    5.1.1  资源分配图
    5.1.2  死锁的条件
  5.2  死锁的处理方法
    5.2.1  死锁的预防
    5.2.2  死锁的避免
    5.2.3  死锁的检测
  5.3  死锁的解除
  5.4  经典死锁问题——哲学家进餐问题
  5.5  Linux操作系统中的死锁解决方案
    5.5.1  D状态死锁
    5.5.2  R状态死锁
  小结
  习题
第6章  处理器调度
  6.1  处理器调度算法的目标
  6.2  分级调度
    6.2.1  长程调度
    6.2.2  中程调度
    6.2.3  短程调度
  6.3  常用的调度算法
    6.3.1  先来先服务调度算法
    6.3.2  优先级调度算法
    6.3.3  最短作业优先调度算法
    6.3.4  最高响应比优先调度算法
    6.3.5  轮转调度算法
    6.3.6  多级反馈轮转调度算法
    6.3.7  实时系统的调度算法
  6.4  多处理器调度
    6.4.1  多处理器调度原理
    6.4.2  处理器亲和性
    6.4.3  负载均衡
  6.5  Linux系统的进程调度
    6.5.1  Linux调度器的简史
    6.5.2  Linux进程调度的优先级表示
    6.5.3  Linux内核调度策略
    6.5.4  CFS调度算法
    6.5.5  实时调度策略
  小结
  习题
第7章  内存管理
  7.1  内存相关基本概念
    7.1.1  什么是内存
    7.1.2  指令运行的原理
    7.1.3  地址重定位
    7.1.4  程序链接
  7.2  内存的覆盖与交换
    7.2.1  内存覆盖
    7.2.2  内存交换
  7.3  内存空间连续分配方案
    7.3.1  单一连续分配
    7.3.2  固定分区分配
    7.3.3  动态分区分配
  7.4  分页存储管理
    7.4.1  分页存储管理的基本思想
    7.4.2  地址变换机构
    7.4.3  两级或多级页表
    7.4.4  页的共享
  7.5  段式存储管理
    7.5.1  段式存储管理的基本思想
    7.5.2  段式存储管理的地址转换
    7.5.3  段的共享
  7.6  段页式存储管理
  7.7  存储保护的实现
  7.8  虚拟存储技术
    7.8.1  请求分页存储管理
    7.8.2  页面置换算法
    7.8.3  页面缓冲算法
    7.8.4  页帧分配算法
    7.8.5  页帧分配策略
  7.9  Linux系统内存管理
    7.9.1  Linux进程地址空间
    7.9.2  物理内存管理
    7.9.3  Linux内核高端内存
    7.9.4  进程用户空间管理
  小结
  习题
第8章  文件系统
  8.1  文件和文件系统
    8.1.1  文件
    8.1.2  文件系统层次结构
  8.2  文件的逻辑结构
    8.2.1  堆结构文件
    8.2.2  顺序结构文件
    8.2.3  散列结构文件
    8.2.4  文件的读写方式
  8.3  文件的物理结构与组织
    8.3.1  磁盘的成组与分解
    8.3.2  连续文件
    8.3.3  链接文件
    8.3.4  索引文件
  8.4  目录管理
    8.4.1  文件控制块
    8.4.2  文件目录
    8.4.3  目录结构
  8.5  空闲空间的管理
    8.5.1  位示图
    8.5.2  空闲块列表
    8.5.3  空闲链表法
  8.6  文件的存取控制
    8.6.1  文件共享
    8.6.2  文件保护
  8.7  文件系统的其他功能
    8.7.1  文件系统调用的实现
    8.7.2  虚拟文件系统
  8.8  Linux文件系统
    8.8.1  Linux支持的常见文件系统
    8.8.2  VFS中的数据结构
    8.8.3  文件系统相关的数据结构
    8.8.4  和进程相关的数据结构
  小结
  习题
第9章  I/O系统
  9.1  I/O系统概述
  9.2  I/O设备与控制器
    9.2.1  I/O设备的分类
    9.2.2  设备控制器的结构
    9.2.3  设备控制器的I/O端口
    9.2.4  设备控制器的基本功能
  9.3  设备数据传输控制方法
    9.3.1  轮询方式
    9.3.2  中断控制方式
    9.3.3  DMA方式
    9.3.4  通道方式
  9.4  缓冲技术
    9.4.1  缓冲区的引入
    9.4.2  缓冲区的分类
    9.4.3  缓冲技术的种类
    9.4.4  虚拟设备的实现
  9.5  设备的分配
    9.5.1  设备分配的原则
    9.5.2  设备分配相关的技术
    9.5.3  设备分配相关的数据结构
  9.6  I/O相关软件
    9.6.1  I/O软件的基本概念
    9.6.2  中断服务程序
    9.6.3  设备驱动程序
    9.6.4  设备独立性软件
    9.6.5  用户层I/O软件
  9.7  Linux系统I/O相关技术
    9.7.1  Linux系统设备及驱动程序简介
    9.7.2  Linux系统支持的I/O数据传输方式
    9.7.3  I/O相关重要数据结构
    9.7.4  Linux系统中断处理机制
  小结
  习题
第10章  大容量存储器
  10.1  大容量存储器简介
    10.1.1  硬盘
    10.1.2  光盘
    10.1.3  磁带
  10.2  磁盘基础知识
    10.2.1  磁盘结构
    10.2.2  磁盘工作原理
    10.2.3  磁盘读写原理
  10.3  磁盘调度
    10.3.1  FCFS调度算法
    10.3.2  SSTF调度算法
    10.3.3  SCAN调度算法
    10.3.4  C-SCAN调度算法
    10.3.5  LOOK调度算法
    10.3.6  磁盘调度算法的选择
  10.4  磁盘初始化
  10.5  初始引导
    10.5.1  引导相关概念
    10.5.2  初始引导过程
  10.6  网络存储技术
    10.6.1  直接连接存储
    10.6.2  网络附加存储
    10.6.3  存储区域网络
    10.6.4  新的网络存储技术IP-SAN
    10.6.5  云存储
  10.7  Linux磁盘调度算法
    10.7.1  NOOP调度算法
    10.7.2  CFQ调度算法
    10.7.3  DEADLINE调度算法
    10.7.4  ANTICIPATORY调度算法
    小结
  习题
第11章  系统安全
  11.1  系统安全的定义
    11.1.1  安全需求
    11.1.2  安全层次
    11.1.3  安全问题
  11.2  系统威胁的分类
    11.2.1  系统漏洞
    11.2.2  恶意代码
    11.2.3  端口扫描威胁
  11.3  系统安全防御
    11.3.1  密码术
    11.3.2  用户验证
    11.3.3  安全策略
    11.3.4  入侵检测
    11.3.5  病毒防护
    11.3.6  审计、会计和日志
    11.3.7  防火墙
  11.4  Linux安全基础
    11.4.1  Linux安全模块
    11.4.2  Linux权限系统
    小结
  习题
第二篇  国产操作系统实例
第12章  EulerOS操作系统
  12.1  EulerOS系统概述
    12.1.1  EulerOS系统的特点
    12.1.2  系统架构
    12.1.3  典型应用场景
  12.2  EulerOS系统的相关术语
    12.2.1  虚拟机和容器
    12.2.2  STaaS解决方案
  12.3  EulerOS系统的架构支持
  12.4  EulerOS系统的主要软件支持
    12.4.1  虚拟化平台
    12.4.2  数据库服务
    12.4.3  分布式服务
    12.4.4  其他软件
  12.5  EulerOS系统功能特性
    12.5.1  系统管理
    12.5.2  网络
    12.5.3  内存管理
    12.5.4  处理器调度
    12.5.5  调测运维
    12.5.6  性能/开关说明
  12.6  容器的介绍
    12.6.1  iSula自研容器
    12.6.2  容器存储Elara
    12.6.3  云核IVS场景
  12.7  安全的管理
附录A  EulerOS系统部分接口
附录B  Linux常用命令
附录C  操作系统实验指导书
参考文献