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第1章 引论1

1.1 系统概述1

1.1.1 计算机的硬件组织1

1.1.1.1 微型计算机的典型组织1

第一部分 概论1

1.1.1.2 大-小型计算机的硬件组织2

1.1.2 软件的层次与虚拟机的概念3

1.2 操作系统的形成和发展4

1.2.1 什么是操作系统4

1.2.2 操作系统的形成和发展4

1.3.1 多道程序设计的引入5

1.3 多道程序设计的概念5

1.3.2 多道程序设计的概念6

1.4 操作系统的功能和特性7

1.4.1 操作系统的功能7

1.4.2 操作系统的特性7

1.5 操作系统的类型8

1.5.1 多道批处理操作系统8

1.5.2 分时系统9

1.5.3 实时系统10

1.5.4 网络操作系统10

1.5.4.1 网络操作系统概述10

1.5.4.2 Windows NT的内装网络简介11

1.6 微型计算机及其操作系统的发展趋势12

习题14

第2章 操作系统的运行环境16

2.1 硬件环境16

2.1.1 中央处理机(CPU)16

2.1.1.1 特权指令16

2.1.1.2 处理机的状态17

2.1.1.3 程序状态字PSW17

2.1.2 主存储器18

2.1.2.1 存储器的类型18

2.1.2.3 存储保护19

2.1.2.2 存储分块19

2.1.3 缓冲技术20

2.1.4 中断技术21

2.1.4.1 中断的概念21

2.1.4.2 中断逻辑与中断寄存器21

2.1.4.3 中断类型22

2.1.4.4 中断响应与中断屏蔽23

2.1.4.5 中断处理24

2.1.5 时钟、时钟队列25

2.2 操作系统与其它系统软件的关系26

2.2.1 作业、作业步和进程的关系26

2.2.2.2 静态重定位27

2.2.2.1 绝对地址、相对地址和逻辑地址空间27

2.2.2 重定位的概念27

2.2.3 绝对装入程序和相对装入程序28

2.2.3.1 绝对装入程序29

2.2.3.2 相对装入程序——连接装入程序29

2.3 操作系统与人的接口30

2.3.1 作业控制语言31

2.3.2 联机作业控制——终端命令和图形用户接口(GUI)32

2.3.2.1 终端命令32

2.3.2.2 图形用户接口(GUI)33

2.4 固件——微程序设计概念34

2.4.1 微程序设计的概念34

习题35

2.4.2 微程序设计和操作系统35

第二部分 多道程序设计基础——并行程序设计37

第3章 进程管理37

3.1 进程的概念37

3.1.1 进程的引入37

3.1.2 进程的定义38

3.2 进程的状态和进程控制块39

3.2.1 进程的状态及其变化39

3.2.2 进程控制块39

3.3 进程队列41

3.4.1 进程的挂起和解除挂起42

3.4 进程的管理42

3.4.2.1 建立进程原语43

3.4.2 进程的控制原语43

3.4.2.2 挂起进程原语44

3.4.2.3 解除挂起原语45

3.4.2.4 撤消进程原语45

3.4.2.5 改变进程优先数原语46

3.5 Windows NT中的线程47

习题48

4.1 顺序程序设计和并行程序设计概念50

4.1.1 顺序程序设计的特点50

第4章 多道程序设计基础——并行程序设计50

4.1.2 并行程序设计51

4.1.2.1 并行程序设计的概念51

4.1.2.2 程序并行性的表示52

4.1.2.3 并行程序设计的特点53

4.2 进程间的同步与互斥54

4.2.1 临界段问题54

4.2.1.1 问题的提出54

4.2.1.2 软件解决办法55

4.2.2 同步与互斥的执行工具59

4.2.2.1 硬件指令59

4.2.2.3 P，V操作61

4.2.2.2 信号量61

4.3 同步机构应用63

4.3.1 用信号量实现进程间的互斥63

4.3.2 信号量作为进程的阻塞和唤醒机构64

4.3.3 生产者和消费者问题65

4.3.4 阅读者/写入者问题66

4.4 进程间的通信67

4.5 管程的概念68

4.5.1 管程的定义69

4.5.2 五位就餐的哲学家问题69

4.6 Windows NT中的同步与互斥机制71

习题72

第三部分 处理机管理75

第5章 作业和进程的调度75

5.1 调度的层次和作业状态转换75

5.1.1 调度的层次75

5.1.2 作业状态75

5.2 作业的调度76

5.2.1 后备作业队列及作业控制块JCB76

5.2.2 作业调度及其功能77

5.3 进程调度77

5.4 选择调度算法时应考虑的问题78

5.5.3 时间片轮转算法79

5.5.2 优先级调度算法79

5.5 调度算法79

5.5.1 先来先服务调度算法FIFO79

5.5.4 短作业优先调度算法80

5.5.5 最短剩余时间优先调度算法81

5.5.6 最高响应比优先调度算法81

5.5.7 多级反馈队列调度算法81

5.6 Windows NT可抡占动态优先级多级就绪队列调度算法83

习题84

第6章 死锁86

6.1 死锁问题的提出86

6.2.1 资源的概念87

6.2 死锁的必要条件87

6.2.2 死锁的必要条件88

6.3 死锁的预防89

6.3.1 预先静态分配法89

6.3.2 有序资源使用法89

6.4 死锁的避免和银行家算法90

6.4.1 银行家算法问题90

6.4.2 银行家算法91

6.4.3 银行家算法的优缺点93

6.5.1 资源分配图94

6.5.2 资源分配图的化简94

6.5 死锁检测94

6.5.3 资源分配图化简的实现95

6.5.3.1 矩阵表示法96

6.5.3.2 链表表示法97

6.5.3.3 检测算法的执行速度97

6.6 死锁的恢复98

习题99

7.1 引言101

7.1.1 主存储器的物理组织、多级存储器101

第7章 实存储器管理技术101

第四部分 主存储器管理101

7.1.2 主存储器管理中的研究课题102

7.2 固定分区102

7.2.1 数据库103

7.2.2 存储分配算法104

7.2.3 存储保护与重定位104

7.2.4 优缺点105

7.3 可变分区的多道管理技术105

7.3.1 数据库106

7.3.2 分配和释放算法107

7.3.3 存储器的紧缩和程序的浮动108

7.3.3.1 碎片问题和存储器的紧缩108

7.3.3.2 程序浮动109

7.3.4.1 动态重定位110

7.3.4 动态重定位的可变分区多道管理110

7.3.4.2 动态重定位的硬件支持、软件算法111

7.3.4.3 IBM-PC等微型计算机的存储管理与地址变换机构111

7.3.5 优缺点113

7.4 多重分区(多对界地址)管理113

7.5 覆盖技术113

7.5.1 覆盖的概念113

7.5.2 覆盖处理115

7.6 交换技术115

习题116

8.1 虚拟存储系统的基本概念117

第8章 虚拟存储管理117

8.2 分页存储管理119

8.2.1 分页存储管理的基本概念119

8.2.2 分页系统中的地址转换121

8.2.2.1 直接映象的页地址转换121

8.2.2.2 相关映象页地址转换122

8.2.2.3 相关映象和直接映象结合的页地址转换123

8.2.3 分页存储管理策略124

8.2.4 分页存储管理的软硬件关系和软件算法124

8.2.4.1 数据库124

8.2.4.2 分页存储管理中软硬件关系和缺页中断处理算法125

8.2.4.3 页表表目的扩充126

8.2.5 页的共享127

8.3 分段存储管理127

8.3.1 分段存储管理的基本概念127

8.3.2 分段管理中的地址转换128

8.3.3 段的动态连接129

8.3.3.1 连接间接字和连接中断130

8.3.3.2 编译程序的连接准备工作131

8.3.3.3 连接中断处理131

8.3.3.4 纯段和杂段(连接段)131

8.3.5 分段存储管理的优缺点132

8.3.4 虚拟存储管理中的存储保护问题132

8.4 段页式存储管理133

8.4.1 段页式存储管理的基本概念133

8.4.2 段页式存储管理中的地址转换135

8.4.3 段页式存储管理算法136

8.4.4 段页式存储管理的优缺点136

8.5 页(和段)的置换算法和系统行为138

8.5.1 最佳置换算法OPT138

8.5.2 先进先出置换算法FIFO138

8.5.3 最近最少使用置换算法LRU139

8.5.4 最近未使用置换算法NUR139

8.5.5.1 局部性的概念140

8.5.5 分页环境中程序的行为特性140

8.5.5.2 分页环境中程序的行为特性141

8.5.5.3 减少访问离散性的程序结构141

8.5.6 工作集142

8.6 页架的分配算法143

8.6.1 提前分配143

8.6.2 最少页架数144

8.6.3 局部和全局分配144

8.6.4 分配算法144

8.6.5 页的大小145

8.7.1 高速缓冲存储器的组织146

8.7 高速缓冲存储器146

8.7.2 缓存块的编址形式147

8.7.3 缓存的工作过程148

8.8 Windows NT的分页机构、页面调度算法和工作集、共享主存机制149

8.8.1 Windows NT的二级页表地址变换机构149

8.8.2 页面调度算法和工作集149

8.8.3 共享主存机制——段对象、视口和映象文件150

习题150

第五部分 设备和文件管理152

第9章 设备管理152

9.1 输入输出组织和输入输出处理机152

9.1.2 输入输出处理机(通道)153

9.1.1 输入输出接口(IO接口)153

9.2 辅助存储器154

9.2.1 磁带的硬件特性及信息的组织154

9.2.2 磁鼓的硬件特性及信息的组织156

9.2.3 磁盘的硬件特性及信息的组织157

9.3 设备管理概述158

9.3.1 设备绝对号、相对号、类型号与符号名158

9.3.2 设备管理的任务159

9.4 设备分配策略160

9.4.1 设备控制块和设备等待队列160

9.4.3 虚拟设备和SPOOL系统161

9.4.2 独享设备的分配161

9.4.4 共享设备的分配和磁盘调度策略163

9.4.4.1 移动头磁盘存储器的操作163

9.4.4.2 查找优化的各种策略164

9.4.4.3 旋转优化165

9.5 输入输出管理程序165

9.5.1 输入输出进程166

9.5.2 设备管理程序166

9.5.3 输入输出调度程序167

9.6 Windows NT一体化的输入输出系统167

习题168

10.1.1 引言169

第10章 文件系统169

10.1 文件系统概述169

10.1.2 文件的分类170

10.1.3 文件系统的功能和基本操作171

10.2 文件的逻辑组织和物理组织172

10.2.1 文件的逻辑组织172

10.2.2 文件的物理组织172

10.3 文件目录175

10.3.1 文件目录和文件描述符175

10.3.2 一级目录结构176

10.3.4 多级目录结构177

10.3.3 二级目录结构177

10.3.5 目录组织的改进——符号文件目录和基本文件目录179

10.4 辅存空间的分配和释放181

10.4.1 辅存空闲块的管理181

10.4.2 辅存空间的分配和释放182

10.5 文件的共享与文件系统的安全性184

10.5.1 文件的连接184

10.5.2 文件的存取控制185

10.5.3 文件的转储和恢复187

10.6 文件的使用与控制187

10.6.1 活动文件表和活动符号名表187

10.6.2 建立文件命令188

10.6.4 读文件命令189

10.6.3 打开文件命令189

10.6.5 写文件命令190

10.6.6 关闭文件命令190

10.6.7 撤消文件命令190

10.7 Windows NT的多重文件系统190

习题191

第六部分 操作系统结构与范例192

第11章 操作系统的结构和设计192

11.1 操作系统的设计192

11.1.1 设计的目标和原则192

11.1.2.1 系统分析和总体功能设计阶段194

11.1.2 操作系统的设计194

11.1.2.2 系统设计与结构设计阶段195

11.2 操作系统的结构195

11.2.1 模块接口法(单块式)195

11.2.2 层次结构设计法197

11.2.3 客户/服务器方式198

习题199

第12章 Windows NT操作系统200

12.1 Windows NT操作系统概述200

12.2 Windows NT的设计目标200

12.3 Windows NT的系统模型201

12.4 Windows NT的结构203

12.5 Windows NT的基元成分——对象、进程和线程205

12.5.1 对象205

12.5.2 进程207

12.5.3 线程209

12.5.4 对象、进程和线程之间的关系211

12.5.5 进程管理程序212

12.6 内核213

12.6.1 内核调度程序与线程的状态转换213

12.6.2 中断和异常处理215

12.6.3 内核的同步与互斥机制——多处理器间的同步216

12.7.1 进程的虚拟地址空间217

12.7 虚拟存储管理217

12.7.2 NT虚拟分页的地址变换机构218

12.7.3 页面调度策略和工作集219

12.7.3.1 页面调度策略219

12.7.3.2 工作集220

12.7.4 页架状态和页架数据库220

12.7.5 共享主存——段对象、视口和映象文件221

12.8 输入输出(I/O)系统222

12.8.1 输入输出(I/O)系统的结构222

12.8.2 统一的驱动程序模型223

12.8.3 异步I/O操作和I/O请求处理过程224

12.9.1 Windows NT的内装网络的特色225

12.9 Windows NT的内装网络225

12.8.4 映象文件I/O225

12.9.2 Windows NT网络的体系结构226

12.10 对象管理程序227

12.11 进程通信及本地过程调用(LPC)228

12.11.1 线程间的同步228

12.11.2 进程通信——本地过程调用(LPC)229

12.12 Windows NT的安全性230

12.13 综述231

第13章 UNIX操作系统233

13.1 UNIX操作系统概述233

13.2 系统结构234

13.3.1 程序状态字和通用寄存器235

13.3 进程管理235

13.3.2 进程和进程控制块PCB236

13.3.3 进程的控制241

13.4 文件系统243

13.4.1 UNIX文件系统概述243

13.4.2 文件目录结构和文件(路径)名244

13.4.3 文件卷的动态装卸和安装245

13.4.4 文件的共享和联接245

13.5 设备管理和输入输出系统245

13.6 管道线pipe机构246

13.7 系统调用247

13.8.1 shell的一般用法248

13.8 shell语言简介248

13.8.2 shell过程的用法250

第14章 CP/M操作系统252

14.1 CP/M操作系统概述252

14.1.1 概述252

14.1.2 CP/M操作系统的功能和特性252

14.2 CP/M的结构253

14.3 主存分配253

14.4 控制台命令处理程序CCP254

14.5 基本输入输出系统BIOS255

14.6.1 CP/M的文件组织和文件操作256

14.6 CP/M文件系统256

14.6.2 盘空间管理258

14.6.3 目录管理259

14.6.4 表块管理259

14.7 MP/M操作系统259

14.7.1 MP/M的结构260

14.7.2 主存管理260

14.7.3 进程的管理261

14.7.4 进程调度261

14.7.5 进程的同步与通信262

14.7.6 SPOOL系统262

参考文献263