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本书既是关于操作系统概念、结构和机制的教材，目的是尽可能清楚和全面地展示现代操作系统的本质和特点；也是讲解操作系统的经典教材，不仅系统地讲述了操作系统的基本概念、原理和方法，而且以当代流行的操作系统Windows 8、UNIX、Android、Linux为例，展现了当代操作系统的本质和特点。全书共分背景知识、进程、内存、调度、输入/输出和文件、嵌入式系统六部分，内容包括计算机系统概述、操作系统概述、进程描述和控制、线程、并发性：互斥和同步、并发：死锁和饥饿、内存管理、虚拟内存、单处理器调度、多处理器和实时调度、I/O管理和磁盘调度、文件管理、嵌入式操作系统、虚拟机、计算机安全技术、分布式处理、客户/服务器和集群等。此外，本书配套网站提供了及时、生动的材料。

第0章 读者与教师指南 1 0.1 本书概述 1 0.2 实例系统 1 0.3 读者和教师的路线图 2 0.4 互联网和网站资源 3 部分 背景知识 第1章 计算机系统概述 6 1.1 基本构成 6 1.2 微处理器的发展 7 1.3 指令的执行 8 1.4 中断 10 1.4.1 中断和指令周期 11 1.4.2 中断处理 12 1.4.3 多个中断 14 1.5 存储器的层次结构 15 1.6 高速缓存 17 1.6.1 动机 18 1.6.2 高速缓存原理 18 1.6.3 高速缓存设计 19 1.7 直接内存存取 20 1.8 多处理器和多核计算机组织结构 21 1.8.1 对称多处理器 21 1.8.2 多核计算机 23 1.9 推荐读物 23 1.10 关键术语、复习题和习题 24 1.10.1 关键术语 24 1.10.2 复习题 24 1.10.3 习题 24 附录1A 两级存储器的性能特征 26 第2章 操作系统概述 31 2.1 操作系统的目标和功能 31 2.1.1 作为用户/计算机接口的 操作系统 31 2.1.2 作为资源管理器的操作系统 32 2.1.3 操作系统的易扩展性 33 2.2 操作系统的发展史 34 2.2.1 串行处理 34 2.2.2 简单批处理系统 34 2.2.3 多道批处理系统 36 2.2.4 分时系统 38 2.3 主要成就 40 2.3.1 进程 40 2.3.2 内存管理 42 2.3.3 信息保护和安全 43 2.3.4 调度和资源管理 44 2.4 现代操作系统的特征 45 2.5 容错性 47 2.5.1 基本概念 47 2.5.2 错误 48 2.5.3 操作系统机制 48 2.6 多处理器和多核操作系统 设计考虑因素 49 2.6.1 对称多处理器操作系统设计 考虑因素 49 2.6.2 多核操作系统设计考虑因素 49 2.7 微软Windows系统简介 51 2.7.1 背景 51 2.7.2 体系结构 51 2.7.3 客户-服务器模型 53 2.7.4 线程和SMP 54 2.7.5 Windows对象 54 2.8 传统的UNIX系统 55 2.8.1 历史 55 2.8.2 描述 56 2.9 现代UNIX系统 57 2.9.1 System V Release 4（SVR4） 58 2.9.2 BSD 58 2.9.3 Solaris 10 58 2.10 Linux操作系统 58 2.10.1 历史 58 2.10.2 模块结构 59 2.10.3 内核组件 60 2.11 Android 62 2.11.1 Android软件体系结构 63 2.11.2 Android系统体系结构 64 2.11.3 活动 65 2.11.4 电源管理 65 2.12 推荐读物和动画 66 2.13 关键术语、复习题和习题 67 2.13.1 关键术语 67 2.13.2 复习题 67 2.13.3 习题 67 第二部分 进程 第3章 进程描述和控制 70 3.1 什么是进程 70 3.1.1 背景 70 3.1.2 进程和进程控制块 71 3.2 进程状态 72 3.2.1 两状态进程模型 73 3.2.2 进程的创建和终止 74 3.2.3 五状态模型 75 3.2.4 被挂起的进程 78 3.3 进程描述 81 3.3.1 操作系统的控制结构 82 3.3.2 进程控制结构 82 3.4 进程控制 86 3.4.1 执行模式 86 3.4.2 进程创建 87 3.4.3 进程切换 88 3.5 操作系统的执行 90 3.5.1 无进程内核 90 3.5.2 在用户进程内运行 90 3.5.3 基于进程的操作系统 91 3.6 UNIX SVR4进程管理 91 3.6.1 进程状态 92 3.6.2 进程描述 93 3.6.3 进程控制 94 3.7 小结 95 3.8 推荐读物和动画 95 3.9 关键术语、复习题和习题 95 3.9.1 关键术语 95 3.9.2 复习题 96 3.9.3 习题 96 第4章 线程 99 4.1 进程和线程 99 4.1.1 多线程 99 4.1.2 线程的功能 102 4.2 线程分类 103 4.2.1 用户级和内核级线程 103 4.2.2 其他方案 106 4.3 多核和多线程 107 4.3.1 多核系统上的软件性能 107 4.3.2 应用示例：Valve游戏软件 109 4.4 Windows 8的进程和线程管理 110 4.4.1 Windows 8中的变化 111 4.4.2 Windows进程 111 4.4.3 进程对象和线程对象 112 4.4.4 多线程 113 4.4.5 线程状态 113 4.4.6 对操作系统子系统的支持 114 4.5 Solaris的线程和SMP管理 114 4.5.1 多线程体系结构 114 4.5.2 动机 115 4.5.3 进程结构 115 4.5.4 线程的执行 116 4.5.5 把中断当作线程 117 4.6 Linux的进程和线程管理 118 4.6.1 Linux任务 118 4.6.2 Linux线程 119 4.6.3 Linux命名空间 120 4.7 Android的进程和线程管理 121 4.7.1 安卓应用 121 4.7.2 活动 121 4.7.3 进程和线程 122 4.8 Mac OS X的GCD技术 123 4.9 小结 124 4.10 推荐读物 125 4.11 关键术语、复习题和习题 125 4.11.1 关键术语 125 4.11.2 复习题 125 4.11.3 习题 125 第5章 并发性：互斥和同步 129 5.1 并发的原理 130 5.1.1 一个简单的例子 130 5.1.2 竞争条件 132 5.1.3 操作系统关注的问题 132 5.1.4 进程的交互 133 5.1.5 互斥的要求 135 5.2 互斥：硬件的支持 136 5.2.1 中断禁用 136 5.2.2 专用机器指令 136 5.3 信号量 138 5.3.1 互斥 141 5.3.2 生产者/消费者问题 142 5.3.3 信号量的实现 146 5.4 管程 147 5.4.1 使用信号的管程 147 5.4.2 使用通知和广播的管程 149 5.5 消息传递 151 5.5.1 同步 151 5.5.2 寻址 152 5.5.3 消息格式 153 5.5.4 排队原则 154 5.5.5 互斥 154 5.6 读者/写者问题 155 5.6.1 读者优先 156 5.6.2 写者优先 156 5.7 小结 158 5.8 推荐读物和动画 159 5.9 关键术语、复习题和习题 160 5.9.1 关键术语 160 5.9.2 复习题 160 5.9.3 习题 160 第6章 并发：死锁和饥饿 170 6.1 死锁原理 170 6.1.1 可重用资源 173 6.1.2 可消耗资源 174 6.1.3 资源分配图 174 6.1.4 死锁的条件 175 6.2 死锁预防 176 6.2.1 互斥 176 6.2.2 占有且等待 176 6.2.3 不可抢占 176 6.2.4 循环等待 177 6.3 死锁避免 177 6.3.1 进程启动拒绝 177 6.3.2 资源分配拒绝 178 6.4 死锁检测 181 6.4.1 死锁检测算法 181 6.4.2 恢复 182 6.5 一种综合的死锁策略 182 6.6 哲学家就餐问题 183 6.6.1 基于信号量的解决方案 183 6.6.2 基于管程的解决方案 184 6.7 UNIX并发机制 185 6.7.1 管道 186 6.7.2 消息 186 6.7.3 共享内存 186 6.7.4 信号量 186 6.7.5 信号 187 6.8 Linux内核并发机制 187 6.8.1 原子操作 188 6.8.2 自旋锁 189 6.8.3 信号量 190 6.8.4 屏障 191 6.9 Solaris线程同步原语 192 6.9.1 互斥锁 193 6.9.2 信号量 193 6.9.3 多读者/单写者锁 193 6.9.4 条件变量 193 6.10 Windows 7的并发机制 194 6.10.1 等待函数 194 6.10.2 分派器对象 194 6.10.3 临界区 195 6.10.4 轻量级读写锁和条件变量 195 6.10.5 锁无关同步机制 196 6.11 Android进程间通信 196 6.12 小结 197 6.13 推荐读物和动画 197 6.14 关键术语、复习题和习题 198 6.14.1 关键术语 198 6.14.2 复习题 198 6.14.3 习题 198 第三部分 内存 第7章 内存管理 204 7.1 内存管理的需求 204 7.1.1 重定位 204 7.1.2 保护 205 7.1.3 共享 205 7.1.4 逻辑组织 205 7.1.5 物理组织 206 7.2 内存分区 206 7.2.1 固定分区 207 7.2.2 动态分区 208 7.2.3 伙伴系统 210 7.2.4 重定位 212 7.3 分页 212 7.4 分段 215 7.5 小结 216 7.6 推荐读物和动画 216 7.7 关键术语、复习题和习题 216 7.7.1 关键术语 216 7.7.2 复习题 217 7.7.3 习题 217 附录7A 加载和链接 219 第8章 虚拟内存 223 8.1 硬件和控制结构 223 8.1.1 局部性和虚拟内存 224 8.1.2 分页 225 8.1.3 分段 232 8.1.4 段页式 232 8.1.5 保护和共享 233 8.2 操作系统软件 234 8.2.1 读取策略 235 8.2.2 放置策略 235 8.2.3 置换策略 235 8.2.4 驻留集管理 239 8.2.5 清除策略 243 8.2.6 加载控制 244 8.3 UNIX和Solaris内存管理 245 8.3.1 分页系统 245 8.3.2 内核内存分配器 247 8.4 Linux内存管理 249 8.4.1 虚拟内存 249 8.4.2 内核内存分配 250 8.5 Windows内存管理 251 8.5.1 Windows虚拟地址映射 251 8.5.2 Windows分页 251 8.5.3 Windows 8交换 252 8.6 Android内存管理 252 8.7 小结 252 8.8 推荐读物和动画 253 8.9 关键术语、复习题和习题 253 8.9.1 关键术语 253 8.9.2 复习题 254 8.9.3 习题 254 第四部分 调度 第9章 单处理器调度 258 9.1 处理器调度的类型 258 9.1.1 长程调度 259 9.1.2 中程调度 260 9.1.3 短程调度 260 9.2 调度算法 260 9.2.1 短程调度规则 260 9.2.2 优先级的使用 261 9.2.3 选择调度策略 262 9.2.4 性能比较 268 9.2.5 公平共享调度 272 9.3 传统的UNIX调度 273 9.4 小结 274 9.5 推荐读物和动画 275 9.6 关键术语、复习题和习题 275 9.6.1 关键术语 275 9.6.2 复习题 275 9.6.3 习题 276 第10章 多处理器和实时调度 279 10.1 多处理器调度 279 10.1.1 粒度 279 10.1.2 设计问题 280 10.1.3 进程调度 281 10.1.4 线程调度 283 10.1.5 多核线程调度 286 10.2 实时调度 287 10.2.1 背景 287 10.2.2 实时操作系统的特点 288 10.2.3 实时调度 290 10.2.4 限期调度 291 10.2.5 速率单调调度 294 10.2.6 优先级反转 295 10.3 Linux调度 297 10.3.1 实时调度 297 10.3.2 非实时调度 298 10.4 UNIX SVR4调度 300 10.5 FreeBSD调度程序 301 10.5.1 优先级 301 10.5.2 对称多处理器与多核支持 301 10.6 Windows调度 303 10.6.1 进程和线程优先级 303 10.6.2 多处理器调度 304 10.7 小结 305 10.8 推荐读物 305 10.9 关键术语、复习题和习题 305 10.9.1 关键术语 305 10.9.2 复习题 306 10.9.3 习题 306 第五部分 输入/输出和文件 第11章 I/O管理和磁盘调度 310 11.1 I/O设备 310 11.2 I/O功能的组织 311 11.2.1 I/O功能的发展 312 11.2.2 直接存储器访问 312 11.3 操作系统设计问题 314 11.3.1 设计目标 314 11.3.2 I/O功能的逻辑结构 314 11.4 I/O缓冲 315 11.4.1 单缓冲 316 11.4.2 双缓冲 317 11.4.3 循环缓冲 317 11.4.4 缓冲的作用 317 11.5 磁盘调度 317 11.5.1 磁盘性能参数 317 11.5.2 磁盘调度策略 319 11.6 RAID 322 11.6.1 RAID级别0 325 11.6.2 RAID级别1 325 11.6.3 RAID级别2 326 11.6.4 RAID级别3 326 11.6.5 RAID级别4 327 11.6.6 RAID级别5 328 11.6.7 RAID级别6 328 11.7 磁盘高速缓存 328 11.7.1 设计考虑因素 328 11.7.2 性能考虑因素 329 11.8 UNIX SVR 4 I/O 331 11.8.1 缓冲区高速缓冲 331 11.8.2 字符队列 332 11.8.3 无缓冲I/O 332 11.8.4 UNIX设备 332 11.9 Linux I/O 333 11.9.1 磁盘调度 333 11.9.2 Linux页面缓存 334 11.10 Windows I/O 335 11.10.1 基本I/O机制 335 11.10.2 异步I/O和同步I/O 335 11.10.3 软件RAID 336 11.10.4 卷影复制 336 11.10.5 卷加密 336 11.11 小结 336 11.12 推荐读物和动画 337 11.13 关键术语、复习题和习题 338 11.13.1 关键术语 338 11.13.2 复习题 338 11.13.3 习题 338 第12章 文件管理 340 12.1 概述 340 12.1.1 文件和文件系统 340 12.1.2 文件结构 341 12.1.3 文件管理系统 342 12.2 文件组织和访问 344 12.2.1 堆 345 12.2.2 顺序文件 345 12.2.3 索引顺序文件 345 12.2.4 索引文件 346 12.2.5 直接文件或散列文件 346 12.3 B树 347 12.4 文件目录 349 12.4.1 内容 349 12.4.2 结构 350 12.4.3 命名 351 12.5 文件共享 352 12.5.1 访问权限 352 12.5.2 同时访问 353 12.6 记录组块 353 12.7 辅存管理 354 12.7.1 文件分配 354 12.7.2 空闲空间管理 357 12.7.3 卷 358 12.7.4 可靠性 358 12.8 UNIX文件管理 359 12.8.1 索引节点 359 12.8.2 文件分配 361 12.8.3 目录 362 12.8.4 卷结构 362 12.9 Linux虚拟文件系统 362 12.9.1 超级块对象 363 12.9.2 索引节点对象 364 12.9.3 目录项对象 364 12.9.4 文件对象 364 12.9.5 缓存 364 12.10 Windows文件系统 365 12.10.1 NTFS的重要特征 365 12.10.2 NTFS卷和文件结构 366 12.10.3 可恢复性 367 12.11 Android文件系统 368 12.11.1 文件系统 368 12.11.2 SQLite 369 12.12 小结 369 12.13 推荐读物 370 12.14 关键术语、复习题和习题 370 12.14.1 关键术语 370 12.14.2 复习题 370 12.14.3 习题 371 第六部分 嵌入式系统 第13章 嵌入式操作系统 374 13.1 嵌入式系统 374 13.2 嵌入式操作系统的特点 375 13.2.1 移植现有商业操作系统 375 13.2.2 为特定目的构建的嵌入式 操作系统 376 13.3 嵌入式Linux 376 13.3.1 内核大小 376 13.3.2 编译 376 13.3.3 嵌入式Linux文件系统 377 13.3.4 嵌入式Linux的优点 377 13.3.5 Android 377 13.4 TinyOS 377 13.4.1 无线传感器网络 378 13.4.2 TinyOS的目标 378 13.4.3 TinyOS的组件 379 13.4.4 TinyOS的调度程序 381 13.4.5 配置示例 381 13.4.6 TinyOS的资源接口 383 13.5 推荐读物 384 13.6 关键术语、复习题和习题 384 13.6.1 关键术语 384 13.6.2 复习题 385 13.6.3 习题 385 第14章 虚拟机 387 14.1 虚拟化方法 388 14.2 处理器问题 390 14.3 内存管理 391 14.4 输入/输出管理 392 14.5 VMware ESXi 393 14.6 微软Hyper-V与Xen系列 395 14.7 Java虚拟机 396 14.8 Linux VServer虚拟机架构 396 14.8.1 架构 396 14.8.2 进程调度 397 14.9 Android虚拟机 398 14.9.1 dex文件系统 398 14.9.2 Zygote 399 14.10 小结 399 14.11 推荐读物 399 14.12 关键术语、复习题和习题 400 14.12.1 关键术语 400 14.12.2 复习题 400 14.12.3 习题 400 第15章 计算机安全技术 401 15.1 入侵者与恶意软件 401 15.1.1 系统访问威胁 401 15.1.2 应对措施 402 15.2 缓冲区溢出 404 15.2.1 缓冲区溢出攻击 404 15.2.2 编译时防御 406 15.2.3 运行时防御 408 15.3 访问控制 409 15.3.1 文件系统访问控制 409 15.3.2 访问控制策略 410 15.4 UNIX访问控制 414 15.4.1 传统UNIX文件访问控制 414 15.4.2 UNIX中的访问控制列表 416 15.5 操作系统加固 416 15.5.1 操作系统安装：初始安装 与后续更新 417 15.5.2 删除不必要的服务、应用 与协议 417 15.5.3 对用户、组和认证过程 进行配置 418 15.5.4 对资源控制进行配置 418 15.5.5 安装额外的安全控制工具 418 15.5.6 对系统安全进行测试 419 15.6 安全性维护 419 15.6.1 记录日志 419 15.6.2 数据备份和存档 419 15.7 Windows安全性 420 15.7.1 访问控制方案 420 15.7.2 访问令牌 421 15.7.3 安全描述符 421 15.8 小结 423 15.9 推荐读物 424 15.10 关键术语、复习题和习题 424 15.10.1 关键术语 424 15.10.2 复习题 424 15.10.3 习题 424 第16章 分布式处理、客户-服务器 和集群 426 16.1 客户-服务器计算 426 16.1.1 什么是客户-服务器计算 426 16.1.2 客户-服务器应用 427 16.1.3 中间件 431 16.2 分布式消息传递 433 16.2.1 可靠性与不可靠性 434 16.2.2 阻塞与无阻塞 434 16.3 远程过程调用 434 16.3.1 参数传递 435 16.3.2 参数表示 436 16.3.3 客户-服务器绑定 436 16.3.4 同步和异步 436 16.3.5 面向对象机制 437 16.4 集群 437 16.4.1 集群的配置 437 16.4.2 操作系统设计问题 439 16.4.3 集群计算机架构 440 16.4.4 集群与对称多处理器 441 16.5 Windows集群服务器 441 16.6 Beowulf和Linux集群 442 16.6.1 Beowulf特性 442 16.6.2 Beowulf软件 443 16.7 小结 443 16.8 推荐读物 444 16.9 关键术语、复习题和习题 444 16.9.1 关键术语 444 16.9.2 复习题 445 16.9.3 习题 445 附录A 并发主题 446 附录B 编程和操作系统项目 460 参考文献 464

William Stallings：作为一名咨询人员、演讲者以及17本图书的作者，Willaim Stallings是计算领域的重要人士。本书的第四版获得了2002年度由Text and Academic Authors Association授予的Texty Award，该奖项针对的是年度最佳计算机科学和工程教材。此外，他还获得了大量的其他荣誉。Stallings在MIT获得了计算机科学博士学位。他在ttp://WilliamsStallings.com/StudentSupport.html处维护了一个计算机科学学生资源网站。他在Prentice Hall出版的所有图书均可在Prentice Hall的网站http://www.prenhall.com处找到。

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  来源：豆瓣 发布时间：2025-04-29 18:15:45