作業系統概念精要（原書第2版）

《作業系統概念精要（原書第2版）》是2018年8月機械工業出版社出版的圖書，作者是[美] 亞伯拉罕·西爾伯沙茨（Abraham Silberschatz）、彼得 B. 高爾文。

基本介紹

• 中文名：作業系統概念精要（原書第2版）
• 作者：[美] 亞伯拉罕·西爾伯沙茨（Abraham Silberschatz）、彼得 B. 高爾文
• 出版時間：2018年8月
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111606482
• 定價：95 元
• 開本：16 開
• 所屬叢書：計算機科學叢書

內容簡介

本書是經典教材《作業系統概念》的精簡版，強調基礎概念，更適合本科階段的教學。全書共六部分，不僅詳細講解了進程管理、記憶體管理、存儲管理、保護與安全等概念，而且涵蓋重要的理論結果和案例研究，並且給出了供讀者深入學習的推薦讀物。這一版新增了多核系統和移動計算的內容，每一章都融入了新的技術進展，並且更新了習題和編程項目。本書既適合高等院校計算機相關專業的學生學習，也是專業技術人員的有益參考。

圖書目錄

出版者的話

譯者序

前言

第一部分　概論

第1章　導論 2

1.1　作業系統的功能 2

1.1.1　用戶視角 2

1.1.2　系統視角 3

1.1.3　作業系統的定義 4

1.2　計算機系統的組成 4

1.2.1　計算機系統的運行 5

1.2.2　存儲結構 6

1.2.3　I/O結構 8

1.3　計算機系統的體系結構 9

1.3.1　單處理器系統 9

1.3.2　多處理器系統 10

1.3.3　集群系統 12

1.4　作業系統的結構 13

1.5　作業系統的執行 14

1.5.1　雙重模式與多重模式的執行 15

1.5.2　定時器 16

1.6　進程管理 17

1.7　記憶體管理 17

1.8　存儲管理 18

1.8.1　檔案系統管理 18

1.8.2　大容量存儲器管理 19

1.8.3　高速快取 19

1.8.4　I/O系統 21

1.9　保護與安全 21

1.10　核心數據結構 22

1.10.1　列表、堆疊及佇列 22

1.10.2　樹 23

1.10.3　哈希函式與哈希表 23

1.10.4　點陣圖 24

1.11　計算環境 24

1.11.1　傳統計算 24

1.11.2　移動計算 25

1.11.3　分布計算 26

1.11.4　客戶機-伺服器計算 26

1.11.5　對等計算 27

1.11.6　虛擬化 28

1.11.7　雲計算 29

1.11.8　實時嵌入式系統 29

1.12　開源作業系統 30

1.12.1　歷史 31

1.12.2　Linux 31

1.12.3　BSD UNIX 32

1.12.4　Solaris 32

1.12.5　用作學習的開源作業系統 33

1.13　小結 33

複習題 35

實踐題 35

習題 35

推薦讀物 36

參考文獻 37

第2章　作業系統結構 38

2.1　作業系統的服務 38

2.2　用戶與作業系統的界面 40

2.2.1　命令解釋程式 40

2.2.2　圖形用戶界面 41

2.2.3　界面的選擇 42

2.3　系統調用 43

2.4　系統調用的類型 46

2.4.1　進程控制 46

2.4.2　檔案管理 49

2.4.3　設備管理 50

2.4.4　信息維護 50

2.4.5　通信 50

2.4.6　保護 51

2.5　系統程式 51

2.6　作業系統的設計與實現 52

2.6.1　設計目標 52

2.6.2　機制與策略 53

2.6.3　實現 53

2.7　作業系統的結構 54

2.7.1　簡單結構 54

2.7.2　分層方法 55

2.7.3　微核心 56

2.7.4　模組 57

2.7.5　混合系統 58

2.8　作業系統的調試 60

2.8.1　故障分析 60

2.8.2　性能最佳化 60

2.8.3　DTrace 61

2.9　作業系統的生成 63

2.10　系統引導 64

2.11　小結 64

複習題 65

實踐題 65

習題 65

編程題 66

編程項目 66

推薦讀物 69

參考文獻 70

第二部分　進程管理

第3章　進程 72

3.1　進程概念 72

3.1.1　進程 72

3.1.2　進程狀態 73

3.1.3　進程控制塊 73

3.1.4　執行緒 74

3.2　進程調度 75

3.2.1　調度佇列 75

3.2.2　調度程式 77

3.2.3　上下文切換 78

3.3　進程運行 79

3.3.1　進程創建 79

3.3.2　進程終止 82

3.4　進程間通信 83

3.4.1　共享記憶體系統 85

3.4.2　訊息傳遞系統 86

3.5　IPC系統例子 89

3.5.1　例子：POSIX共享記憶體 89

3.5.2　例子：Mach 91

3.5.3　例子：Windows 92

3.6　客戶機/伺服器通信 93

3.6.1　套接字 93

3.6.2　遠程過程調用 96

3.6.3　管道 98

3.7　小結 102

複習題 103

實踐題 103

習題 104

編程題 105

編程項目 107

推薦讀物 110

參考文獻 111

第4章　執行緒 112

4.1　概述 112

4.1.1　動機 112

4.1.2　優點 113

4.2　多核編程 114

4.2.1　編程挑戰 115

4.2.2　並行類型 115

4.3　多執行緒模型 116

4.3.1　多對一模型 116

4.3.2　一對一模型 116

4.3.3　多對多模型 116

4.4　執行緒庫 117

4.4.1　Pthreads 118

4.4.2　Windows執行緒 119

4.4.3　Java執行緒 121

4.5　隱式多執行緒 122

4.5.1　執行緒池 123

4.5.2　OpenMP 124

4.5.3　大中央調度 125

4.5.4　其他方法 125

4.6　多執行緒問題 125

4.6.1　系統調用fork()和exec() 125

4.6.2　信號處理 126

4.6.3　執行緒撤銷 127

4.6.4　執行緒本地存儲 128

4.6.5　調度程式激活 128

4.7　作業系統例子 129

4.7.1　Windows執行緒 129

4.7.2　Linux執行緒 130

4.8　小結 131

複習題 131

實踐題 131

習題 131

編程題 133

編程項目 135

推薦讀物 136

參考文獻 136

第5章　進程同步 138

5.1　背景 138

5.2　臨界區問題 140

5.3　Peterson解決方案 141

5.4　硬體同步 142

5.5　互斥鎖 144

5.6　信號量 144

5.6.1　信號量的使用 145

5.6.2　信號量的實現 145

5.6.3　死鎖與飢餓 147

5.6.4　優先權的反轉 147

5.7　經典同步問題 148

5.7.1　有界緩衝問題 148

5.7.2　讀者-作者問題 149

5.7.3　哲學家就餐問題 150

5.8　管程 151

5.8.1　使用方法 152

5.8.2　哲學家就餐問題的管程解決方案 153

5.8.3　採用信號量的管程實現 154

5.8.4　管程內的進程重啟 155

5.9　同步例子 156

5.9.1　Windows同步 156

5.9.2　Linux同步 157

5.9.3　Solaris同步 158

5.9.4　Pthreads同步 159

5.10　替代方法 160

5.10.1　事務記憶體 161

5.10.2　OpenMP 162

5.10.3　函式式程式語言 162

5.11　死鎖 163

5.11.1　系統模型 163

5.11.2　死鎖特徵 164

5.11.3　死鎖處理方法 167

5.12　小結 168

複習題 168

實踐題 168

習題 169

編程題 172

編程項目 174

推薦讀物 178

參考文獻 178

第6章　CPU調度 180

6.1　基本概念 180

6.1.1　CPU-I/O執行周期 180

6.1.2　CPU調度程式 181

6.1.3　搶占調度 181

6.1.4　調度程式 182

6.2　調度準則 182

6.3　調度算法 183

6.3.1　先到先服務調度 183

6.3.2　最短作業優先調度 184

6.3.3　優先權調度 186

6.3.4　輪轉調度 187

6.3.5　多級佇列調度 189

6.3.6　多級反饋佇列調度 190

6.4　執行緒調度 191

6.4.1　競爭範圍 191

6.4.2　Pthreads調度 191

6.5　多處理器調度 193

6.5.1　多處理器調度的方法 193

6.5.2　處理器親和性 193

6.5.3　負載平衡 194

6.5.4　多核處理器 194

6.6　實時CPU調度 196

6.6.1　最小化延遲 196

6.6.2　優先權調度 197

6.6.3　單調速率調度 198

6.6.4　最早截止期限優先調度 199

6.6.5　比例分享調度 200

6.6.6　POSIX實時調度 200

6.7　作業系統例子 202

6.7.1　例子：Linux調度 202

6.7.2　例子：Windows調度 204

6.7.3　例子：Solaris調度 206

6.8　算法評估 207

6.8.1　確定性模型 208

6.8.2　排隊模型 209

6.8.3　仿真 209

6.8.4　實現 210

6.9　小結 211

複習題 212

實踐題 212

習題 213

推薦讀物 215

參考文獻 216

第三部分　記憶體管理

第7章　記憶體 220

7.1　背景 220

7.1.1　基本硬體 220

7.1.2　地址綁定 222

7.1.3　邏輯地址空間與物理地址空間 222

7.1.4　動態載入 223

7.1.5　動態連結與共享庫 224

7.2　交換 224

7.2.1　標準交換 224

7.2.2　移動系統的交換 225

7.3　連續記憶體分配 226

7.3.1　記憶體保護 226

7.3.2　記憶體分配 227

7.3.3　碎片 228

7.4　分段 228

7.4.1　基本方法 229

7.4.2　分段硬體 229

7.5　分頁 230

7.5.1　基本方法 231

7.5.2　硬體支持 233

7.5.3　保護 236

7.5.4　共享頁 237

7.6　頁表結構 238

7.6.1　分層分頁 238

7.6.2　哈希頁表 240

7.6.3　倒置頁表 240

7.6.4　Oracle SPARC Solaris 241

7.7　例子：Intel 32位與64位體系結構 242

7.7.1　IA-32架構 242

7.7.2　x86-64 244

7.8　例子：ARM架構 245

7.9　小結 245

複習題 246

實踐題 246

習題 247

編程題 249

推薦讀物 249

參考文獻 250

第8章　虛擬記憶體 251

8.1　背景 251

8.2　請求調頁 253

8.2.1　基本概念 253

8.2.2　請求調頁的性能 256

8.3　寫時複製 258

8.4　頁面置換 259

8.4.1　基本頁面置換 260

8.4.2　FIFO頁面置換 262

8.4.3　最優頁面置換 263

8.4.4　LRU頁面置換 263

8.4.5　近似LRU頁面置換 265

8.4.6　基於計數的頁面置換 266

8.4.7　頁面緩衝算法 267

8.4.8　應用程式與頁面置換 267

8.5　幀分配 267

8.5.1　幀的最小數 268

8.5.2　分配算法 269

8.5.3　全局分配與局部分配 269

8.5.4　非均勻記憶體訪問 270

8.6　系統抖動 270

8.6.1　系統抖動的原因 271

8.6.2　工作集模型 272

8.6.3　缺頁錯誤頻率 273

8.6.4　結束語 274

8.7　記憶體映射檔案 274

8.7.1　基本機制 274

8.7.2　共享記憶體Windows API 275

8.7.3　記憶體映射I/O 277

8.8　分配核心記憶體 278

8.8.1　夥伴系統 278

8.8.2　slab分配 279

8.9　其他注意事項 280

8.9.1　預調頁面 280

8.9.2　頁面大小 280

8.9.3　TLB範圍 281

8.9.4　倒置頁表 282

8.9.5　程式結構 282

8.9.6　I/O聯鎖與頁面鎖定 283

8.10　作業系統例子 284

8.10.1　Windows 284

8.10.2　Solaris 285

8.11　小結 286

複習題 286

實踐題 287

習題 288

編程題 292

編程項目 292

推薦讀物 294

參考文獻 295

第四部分　存儲管理

第9章　大容量存儲結構 298

9.1　大容量存儲結構概述 298

9.1.1　硬碟 298

9.1.2　固態磁碟 299

9.1.3　磁帶 299

9.2　磁碟結構 300

9.3　磁碟連線 300

9.3.1　主機連線存儲 300

9.3.2　網路連線存儲 301

9.3.3　存儲區域網路 301

9.4　磁碟調度 302

9.4.1　FCFS調度 302

9.4.2　SSTF調度 302

9.4.3　SCAN調度 303

9.4.4　C-SCAN調度 304

9.4.5　LOOK調度 304

9.4.6　磁碟調度算法的選擇 304

9.5　磁碟管理 305

9.5.1　磁碟格式化 305

9.5.2　引導塊 306

9.5.3　壞塊 307

9.6　交換空間管理 308

9.6.1　交換空間的使用 308

9.6.2　交換空間位置 308

9.6.3　交換空間管理例子 309

9.7　RAID結構 309

9.7.1　通過冗餘提高可靠性 310

9.7.2　通過並行處理提高性能 311

9.7.3　RAID級別 311

9.7.4　RAID級別的選擇 314

9.7.5　擴展 315

9.7.6　RAID的問題 315

9.8　穩定存儲實現 316

9.9　小結 317

複習題 318

實踐題 318

習題 318

編程題 320

推薦讀物 320

參考文獻 321

第10章　檔案系統接口 322

10.1　檔案概念 322

10.1.1　檔案屬性 322

10.1.2　檔案操作 323

10.1.3　檔案類型 327

10.1.4　檔案結構 328

10.1.5　內部檔案結構 328

10.2　訪問方法 328

10.2.1　順序訪問 329

10.2.2　直接訪問 329

10.2.3　其他訪問方法 330

10.3　目錄與磁碟的結構 331

10.3.1　存儲結構 331

10.3.2　目錄概述 332

10.3.3　單級目錄 332

10.3.4　兩級目錄 333

10.3.5　樹形目錄 334

10.3.6　無環圖目錄 335

10.3.7　通用圖目錄 337

10.4　檔案系統安裝 338

10.5　檔案共享 339

10.5.1　多用戶 339

10.5.2　遠程檔案系統 340

10.5.3　一致性語義 342

10.6　保護 343

10.6.1　訪問類型 343

10.6.2　訪問控制 343

10.6.3　其他保護方式 345

10.7　小結 346

複習題 346

實踐題 346

習題 347

推薦讀物 348

參考文獻 348

第11章　檔案系統實現 349

11.1　檔案系統結構 349

11.2　檔案系統實現 350

11.2.1　概述 351

11.2.2　分區與安裝 353

11.2.3　虛擬檔案系統 353

11.3　目錄實現 355

11.3.1　線性列表 355

11.3.2　哈希表 355

11.4　分配方法 356

11.4.1　連續分配 356

11.4.2　連結分配 357

11.4.3　索引分配 359

11.4.4　性能 360

11.5　空閒空間管理 361

11.5.1　位向量 361

11.5.2　鍊表 362

11.5.3　組 362

11.5.4　計數 362

11.5.5　空間圖 363

11.6　效率與性能 363

11.6.1　效率 363

11.6.2　性能 364

11.7　恢復 366

11.7.1　一致性檢查 366

11.7.2　基於日誌的檔案系統 366

11.7.3　其他解決方法 367

11.7.4　備份和恢復 368

11.8　NFS 368

11.8.1　概述 369

11.8.2　安裝協定 370

11.8.3　NFS協定 370

11.8.4　路徑名稱轉換 371

11.8.5　遠程操作 372

11.9　例子：WAFL檔案系統 372

11.10　小結 374

複習題 375

實踐題 375

習題 375

編程題 376

推薦讀物 377

參考文獻 378

第12章　I/O系統 379

12.1　概述 379

12.2　I/O硬體 379

12.2.1　輪詢 381

12.2.2　中斷 382

12.2.3　直接記憶體訪問 385

12.2.4　I/O硬體小結 386

12.3　應用程式I/O接口 386

12.3.1　塊與字元設備 388

12.3.2　網路設備 389

12.3.3　時鐘與定時器 389

12.3.4　非阻塞與異步I/O 390

12.3.5　向量I/O 391

12.4　核心I/O子系統 391

12.4.1　I/O調度 391

12.4.2　緩衝 392

12.4.3　快取 393

12.4.4　假脫機與設備預留 394

12.4.5　錯誤處理 394

12.4.6　I/O保護 394

12.4.7　核心數據結構 395

12.4.8　電源管理 396

12.4.9　核心I/O子系統小結 397

12.5　I/O請求轉成硬體操作 397

12.6　流 399

12.7　性能 400

12.8　小結 402

複習題 403

實踐題 403

習題 403

推薦讀物 404

參考文獻 404

第五部分　保護與安全

第13章　保護 406

13.1　保護目標 406

13.2　保護原則 407

13.3　保護域 407

13.3.1　域結構 408

13.3.2　例子：UNIX 409

13.3.3　例子：MULTICS 410

13.4　訪問矩陣 411

13.5　訪問矩陣的實現 413

13.5.1　全局表 413

13.5.2　對象的訪問列表 413

13.5.3　域的能力列表 414

13.5.4　鎖-鑰匙機制 414

13.5.5　比較 414

13.6　訪問控制 415

13.7　訪問許可權的撤回 416

13.8　基於能力的系統 417

13.8.1　例子：Hydra 417

13.8.2　例子：劍橋CAP系統 418

13.9　基於語言的保護 418

13.9.1　基於編譯程式的實現 419

13.9.2　Java的保護 420

13.10　小結 422

複習題 422

實踐題 422

習題 423

推薦讀物 423

參考文獻 424

第14章　安全 427

14.1　安全問題 427

14.2　程式威脅 429

14.2.1　特洛伊木馬 429

14.2.2　後門 430

14.2.3　邏輯炸彈 431

14.2.4　堆疊和緩衝區溢出 431

14.2.5　病毒 433

14.3　系統和網路的威脅 435

14.3.1　蠕蟲 436

14.3.2　連線埠掃描 438

14.3.3　拒絕服務 439

14.4　作為安全工具的密碼術 439

14.4.1　加密 440

14.4.2　密碼術的實現 445

14.4.3　例子：SSL 445

14.5　用戶認證 447

14.5.1　密碼 447

14.5.2　密碼漏洞 447

14.5.3　密碼安全 448

14.5.4　一次性密碼 449

14.5.5　生物識別技術 449

14.6　實現安全防禦 450

14.6.1　安全策略 450

14.6.2　漏洞評估 450

14.6.3　入侵檢測 451

14.6.4　病毒防護 453

14.6.5　審計、記賬和日誌 455

14.7　保護系統和網路的防火牆 455

14.8　計算機安全等級 456

14.9　例子：Windows 7 457

14.10　小結 459

複習題 459

習題 459

推薦讀物 460

參考文獻 461

第六部分　案例研究

第15章　Linux系統 466

15.1　Linux歷史 466

15.1.1　Linux核心 467

15.1.2　Linux系統 468

15.1.3　Linux發行 468

15.1.4　Linux許可 469

15.2　設計原則 469

15.3　核心模組 471

15.3.1　模組管理 472

15.3.2　驅動程式註冊 473

15.3.3　衝突解決 473

15.4　進程管理 473

15.4.1　fork()/exec()進程模型 474

15.4.2　進程與執行緒 475

15.5　調度 476

15.5.1　進程調度 476

15.5.2　實時調度 477

15.5.3　核心同步 478

15.5.4　對稱多處理 479

15.6　記憶體管理 480

15.6.1　物理記憶體管理 480

15.6.2　虛擬記憶體 482

15.6.3　執行與載入用戶程式 484

15.7　檔案系統 486

15.7.1　虛擬檔案系統 486

15.7.2　Linux ext3檔案系統 487

15.7.3　日誌 489

15.7.4　Linux進程檔案系統 489

15.8　輸入與輸出 490

15.8.1　塊設備 491

15.8.2　字元設備 492

15.9　進程間通信 492

15.9.1　同步與信號 492

15.9.2　進程間的數據傳遞 493

15.10　網路結構 493

15.11　安全 495

15.11.1　認證 495

15.11.2　訪問控制 495

15.12　小結 496

複習題 497

實踐題 497

習題 497

推薦讀物 498

參考文獻 499