国外计算机科学教材系列 操作系统：精髓与设计原理 第9版
作者： [美]斯托林斯
出版时间：2020年版
丛编项： 国外计算机科学教材系列
内容简介
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***的操作系统Windows 10、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、云操作系统和IoT操作系统等。此外，本书配套网站提供了及时、生动的材料。
目录
第一部分 背景知识
第1章 计算机系统概述\t2
1．1 基本构成\t2
1．2 微处理器的发展\t3
1．3 指令的执行\t4
1．4 中断\t6
1．4．1 中断和指令周期\t7
1．4．2 中断处理\t8
1．4．3 多个中断\t10
1．5 存储器的层次结构\t11
1．6 高速缓存\t13
1．6．1 动机\t13
1．6．2 高速缓存原理\t13
1．6．3 高速缓存设计\t15
1．7 直接内存存取\t15
1．8 多处理器和多核计算机组织结构\t16
1．8．1 对称多处理器\t16
1．8．2 多核计算机\t17
1．9 关键术语、复习题和习题\t19
1．9．1 关键术语\t19
1．9．2 复习题\t19
1．9．3 习题\t19
附录1A 两级存储器的性能特征\t21
第2章 操作系统概述\t26
2．1 操作系统的目标和功能\t26
2．1．1 作为用户/计算机接口的
操作系统\t26
2．1．2 作为资源管理器的操作系统\t27
2．1．3 操作系统的易扩展性\t28
2．2 操作系统的演化\t29
2．2．1 串行处理\t29
2．2．2 简单批处理系统\t29
2．2．3 多道批处理系统\t31
2．2．4 分时系统\t33
2．3 主要成就\t34
2．3．1 进程\t34
2．3．2 内存管理\t36
2．3．3 信息保护和安全\t37
2．3．4 调度和资源管理\t38
2．4 现代操作系统的特征\t39
2．5 容错性\t40
2．5．1 基本概念\t41
2．5．2 错误\t41
2．5．3 操作系统机制\t42
2．6 多处理器和多核操作系统设计
考虑因素\t42
2．6．1 对称多处理器操作系统设计
考虑因素\t42
2．6．2 多核操作系统设计考虑因素\t43
2．7 微软Windows系统简介\t44
2．7．1 背景\t44
2．7．2 体系结构\t44
2．7．3 客户-服务器模型\t46
2．7．4 线程和SMP\t47
2．7．5 Windows对象\t47
2．8 传统的UNIX系统\t48
2．8．1 历史\t48
2．8．2 描述\t49
2．9 现代UNIX系统\t50
2．9．1 System V Release 4（SVR4）\t51
2．9．2 BSD\t51
2．9．3 Solaris 11\t51
2．10 Linux操作系统\t51
2．10．1 历史\t51
2．10．2 模块结构\t52
2．10．3 内核组件\t53
2．11 Android\t55
2．11．1 Android软件体系结构\t56
2．11．2 Android运行时\t57
2．11．3 Android系统体系结构\t59
2．11．4 活动\t60
2．11．5 电源管理\t60
2．12 关键术语、复习题和习题\t60
2．12．1 关键术语\t60
2．12．2 复习题\t61
2．12．3 习题\t61
第二部分 进程
第3章 进程描述和控制\t64
3．1 什么是进程\t64
3．1．1 背景\t64
3．1．2 进程和进程控制块\t65
3．2 进程状态\t66
3．2．1 两状态进程模型\t67
3．2．2 进程的创建和终止\t68
3．2．3 五状态模型\t69
3．2．4 被挂起的进程\t71
3．3 进程描述\t74
3．3．1 操作系统的控制结构\t75
3．3．2 进程控制结构\t75
3．4 进程控制\t79
3．4．1 执行模式\t79
3．4．2 进程创建\t80
3．4．3 进程切换\t81
3．5 操作系统的执行\t82
3．5．1 无进程内核\t82
3．5．2 在用户进程内运行\t83
3．5．3 基于进程的操作系统\t84
3．6 UNIX SVR4进程管理\t84
3．6．1 进程状态\t84
3．6．2 进程描述\t85
3．6．3 进程控制\t87
3．7 小结\t87
3．8 关键术语、复习题和习题\t88
3．8．1 关键术语\t88
3．8．2 复习题\t88
3．8．3 习题\t88
第4章 线程\t91
4．1 进程和线程\t91
4．1．1 多线程\t91
4．1．2 线程的功能\t93
4．2 线程分类\t95
4．2．1 用户级和内核级线程\t95
4．2．2 其他方案\t97
4．3 多核和多线程\t99
4．3．1 多核系统上的软件性能\t99
4．3．2 应用示例：Valve游戏软件\t100
4．4 Windows的进程和线程管理\t101
4．4．1 后台任务管理和应用生命
周期\t102
4．4．2 Windows进程\t103
4．4．3 进程对象和线程对象\t103
4．4．4 多线程\t104
4．4．5 线程状态\t104
4．4．6 对操作系统子系统的支持\t105
4．5 Solaris的线程和SMP管理\t106
4．5．1 多线程体系结构\t106
4．5．2 动机\t106
4．5．3 进程结构\t107
4．5．4 线程的执行\t108
4．5．5 把中断当作线程\t108
4．6 Linux的进程和线程管理\t109
4．6．1 Linux任务\t109
4．6．2 Linux线程\t110
4．6．3 Linux命名空间\t111
4．7 Android的进程和线程管理\t112
4．7．1 安卓应用\t112
4．7．2 活动\t113
4．7．3 进程和线程\t114
4．8 Mac OS X的GCD技术\t114
4．9 小结\t116
4．10 关键术语、复习题和习题\t116
4．10．1 关键术语\t116
4．10．2 复习题\t116
4．10．3 习题\t117
第5章 并发：互斥和同步\t121
5．1 互斥：软件解决方法\t122
5．1．1 Dekker算法\t122
5．1．2 Peterson算法\t125
5．2 并发的原理\t126
5．2．1 一个简单的例子\t127
5．2．2 竞争条件\t128
5．2．3 操作系统关注的问题\t128
5．2．4 进程的交互\t128
5．2．5 互斥的要求\t131
5．3 互斥：硬件的支持\t131
5．3．1 中断禁用\t131
5．3．2 专用机器指令\t132
5．4 信号量\t133
5．4．1 互斥\t136
5．4．2 生产者/消费者问题\t137
5．4．3 信号量的实现\t142
5．5 管程\t142
5．5．1 使用信号的管程\t142
5．5．2 使用通知和广播的管程\t145
5．6 消息传递\t146
5．6．1 同步\t147
5．6．2 寻址\t148
5．6．3 消息格式\t149
5．6．4 排队原则\t149
5．6．5 互斥\t149
5．7 读者/写者问题\t150
5．7．1 读者优先\t151
5．7．2 写者优先\t152
5．8 小结\t154
5．9 关键术语、复习题和习题\t154
5．9．1 关键术语\t154
5．9．2 复习题\t154
5．9．3 习题\t155
第6章 并发：死锁和饥饿\t164
6．1 死锁原理\t164
6．1．1 可重用资源\t167
6．1．2 可消耗资源\t167
6．1．3 资源分配图\t168
6．1．4 死锁的条件\t169
6．2 死锁预防\t169
6．2．1 互斥\t170
6．2．2 占有且等待\t170
6．2．3 不可抢占\t170
6．2．4 循环等待\t170
6．3 死锁避免\t170
6．3．1 进程启动拒绝\t171
6．3．2 资源分配拒绝\t171
6．4 死锁检测\t174
6．4．1 死锁检测算法\t174
6．4．2 恢复\t175
6．5 一种综合的死锁策略\t175
6．6 哲学家就餐问题\t176
6．6．1 基于信号量的解决方案\t177
6．6．2 基于管程的解决方案\t178
6．7 UNIX并发机制\t178
6．7．1 管道\t179
6．7．2 消息\t179
6．7．3 共享内存\t179
6．7．4 信号量\t179
6．7．5 信号\t180
6．8 Linux内核并发机制\t180
6．8．1 原子操作\t181
6．8．2 自旋锁\t182
6．8．3 信号量\t183
6．8．4 屏障\t184
6．9 Solaris线程同步原语\t185
6．9．1 互斥锁\t186
6．9．2 信号量\t186
6．9．3 多读者/单写者锁\t186
6．9．4 条件变量\t187
6．10 Windows的并发机制\t187
6．10．1 等待函数\t187
6．10．2 分派器对象\t187
6．10．3 临界区\t188
6．10．4 轻量级读写锁和条件变量\t188
6．10．5 锁无关同步机制\t189
6．11 Android进程间通信\t189
6．12 小结\t190
6．13 关键术语、复习题和习题\t190
6．13．1 关键术语\t190
6．13．2 复习题\t190
6．13．3 习题\t191
第三部分 内存
第7章 内存管理\t196
7．1 内存管理的需求\t196
7．1．1 重定位\t196
7．1．2 保护\t197
7．1．3 共享\t197
7．1．4 逻辑组织\t197
7．1．5 物理组织\t198
7．2 内存分区\t198
7．2．1 固定分区\t198
7．2．2 动态分区\t200
7．2．3 伙伴系统\t202
7．2．4 重定位\t203
7．3 分页\t204
7．4 分段\t206
7．5 小结\t207
7．6 关键术语、复习题和习题\t207
7．6．1 关键术语\t207
7．6．2 复习题\t208
7．6．3 习题\t208
附录7A 加载和链接\t210
第8章 虚拟内存\t214
8．1 硬件和控制结构\t214
8．1．1 局部性和虚拟内存\t215
8．1．2 分页\t216
8．1．3 分段\t222
8．1．4 段页式\t223
8．1．5 保护和共享\t224
8．2 操作系统软件\t224
8．2．1 读取策略\t225
8．2．2 放置策略\t226
8．2．3 置换策略\t226
8．2．4 驻留集管理\t230
8．2．5 清除策略\t234
8．2．6 加载控制\t234
8．3 UNIX和Solaris内存管理\t235
8．3．1 分页系统\t235
8．3．2 内核内存分配器\t237
8．4 Linux内存管理\t238
8．4．1 虚拟内存\t239
8．4．2 内核内存分配\t240
8．5 Windows内存管理\t240
8．5．1 Windows虚拟地址映射\t241
8．5．2 Windows分页\t241
8．5．3 Windows交换\t242
8．6 Android内存管理\t242
8．7 小结\t242
8．8 关键术语、复习题和习题\t243
8．8．1 关键术语\t243
8．8．2 复习题\t243
8．8．3 习题\t243
第四部分 调度
第9章 单处理器调度\t248
9．1 处理器调度的类型\t248
9．1．1 长程调度\t249
9．1．2 中程调度\t250
9．1．3 短程调度\t250
9．2 调度算法\t250
9．2．1 短程调度规则\t250
9．2．2 优先级的使用\t251
9．2．3 选择调度策略\t252
9．2．4 性能比较\t258
9．2．5 公平共享调度\t261
9．3 传统的UNIX调度\t263
9．4 小结\t264
9．5 关键术语、复习题和习题\t264
9．5．1 关键术语\t264
9．5．2 复习题\t264
9．5．3 习题\t265
第10章 多处理器、多核和实时调度\t268
10．1 多处理器和多核调度\t268
10．1．1 粒度\t268
10．1．2 设计问题\t269
10．1．3 进程调度\t270
10．1．4 线程调度\t271
10．1．5 多核线程调度\t275
10．2 实时调度\t276
10．2．1 背景\t276
10．2．2 实时操作系统的特点\t276
10．2．3 实时调度\t278
10．2．4 限期调度\t279
10．2．5 速率单调调度\t282
10．2．6 优先级反转\t284
10．3 Linux调度\t285
10．3．1 实时调度\t285
10．3．2 非实时调度\t286
10．4 UNIX SVR4调度\t287
10．5 FreeBSD调度程序\t288
10．5．1 优先级\t288
10．5．2 对称多处理器与多核支持\t289
10．6 Windows调度\t290
10．6．1 进程和线程优先级\t290
10．6．2 多处理器调度\t291
10．7 小结\t291
10．8 关键术语、复习题和习题\t292
10．8．1 关键术语\t292
10．8．2 复习题\t292
10．8．3 习题\t292
第五部分 输入/输出和文件
第11章 I/O管理和磁盘调度\t296
11．1 I/O设备\t296
11．2 I/O功能的组织\t297
11．2．1 I/O功能的发展\t297
11．2．2 直接内存访问\t298
11．3 操作系统设计问题\t299
11．3．1 设计目标\t299
11．3．2 I/O功能的逻辑结构\t300
11．4 I/O缓冲\t301
11．4．1 单缓冲\t301
11．4．2 双缓冲\t302
11．4．3 循环缓冲\t302
11．4．4 缓冲的作用\t302
11．5 磁盘调度\t303
11．5．1 磁盘性能参数\t303
11．5．2 磁盘调度策略\t304
11．6 RAID\t307
11．6．1 RAID级别0\t310
11．6．2 RAID级别1\t310
11．6．3 RAID级别2\t311
11．6．4 RAID级别3\t311
11．6．5 RAID级别4\t312
11．6．6 RAID级别5\t312
11．6．7 RAID级别6\t312
11．7 磁盘高速缓存\t313
11．7．1 设计考虑因素\t313
11．7．2 性能考虑因素\t314
11．8 UNIX SVR 4 I/O\t315
11．8．1 缓冲区高速缓冲\t315
11．8．2 字符队列\t316
11．8．3 无缓冲I/O\t316
11．8．4 UNIX设备\t316
11．9 Linux I/O\t317
11．9．1 磁盘调度\t317
11．9．2 Linux页面缓存\t319
11．10 Windows I/O\t320
11．10．1 基本I/O机制\t320
11．10．2 异步I/O和同步I/O\t320
11．10．3 软件RAID\t321
11．10．4 卷影复制\t321
11．10．5 卷加密\t321
11．11 小结\t321
11．12 关键术语、复习题和习题\t322
11．12．1 关键术语\t322
11．12．2 复习题\t322
11．12．3 习题\t322
第12章 文件管理\t324
12．1 概述\t324
12．1．1 文件和文件系统\t324
12．1．2 文件结构\t325
12．1．3 文件管理系统\t326
12．2 文件组织和访问\t327
12．2．1 堆\t328
12．2．2 顺序文件\t328
12．2．3 索引顺序文件\t329
12．2．4 索引文件\t329
12．2．5 直接文件或散列文件\t330
12．3 B树\t330
12．4 文件目录\t332
12．4．1 内容\t332
12．4．2 结构\t333
12．4．3 命名\t334
12．5 文件共享\t335
12．5．1 访问权限\t335
12．5．2 同时访问\t335
12．6 记录组块\t336
12．7 辅存管理\t337
12．7．1 文件分配\t337
12．7．2 空闲空间管理\t339
12．7．3 卷\t341
12．7．4 可靠性\t341
12．8 UNIX文件管理\t341
12．8．1 索引节点\t342
12．8．2 文件分配\t343
12．8．3 目录\t344
12．8．4 卷结构\t344
12．9 Linux虚拟文件系统\t344
12．9．1 超级块对象\t345
12．9．2 索引节点对象\t346
12．9．3 目录项对象\t346
12．9．4 文件对象\t346
12．9．5 缓存\t346
12．10 Windows文件系统\t347
12．10．1 NTFS的重要特征\t347
12．10．2 NTFS卷和文件结构\t347
12．10．3 可恢复性\t349
12．11 Android文件系统\t350
12．11．1 文件系统\t350
12．11．2 SQLite\t350
12．12 小结\t351
12．13 关键术语、复习题和习题\t351
12．13．1 关键术语\t351
12．13．2 复习题\t351
12．13．3 习题\t352
第六部分 嵌入式系统
第13章 嵌入式操作系统\t354
13．1 嵌入式系统\t354
13．1．1 嵌入式系统概念\t354
13．1．2 通用处理器和专用处理器\t355
13．1．3 微处理器\t355
13．1．4 微控制器\t356
13．1．5 深度嵌入式系统\t357
13．2 嵌入式操作系统的特性\t357
13．2．1 主环境和目标环境\t358
13．2．2 开发方法\t359
13．2．3 适配现有的操作系统\t359
13．2．4 根据目标建立的嵌入式
操作系统\t359
13．3 嵌入式Linux\t360
13．3．1 嵌入式Linux系统的特性\t360
13．3．2 嵌入式Linux文件系统\t361
13．3．3 嵌入式Linux的优势\t361
13．3．4 μClinux\t362
13．3．5 Android\t363
13．4 TinyOS\t364
13．4．1 无线传感器网络\t364
13．4．2 TinyOS的目标\t365
13．4．3 TinyOS的组件\t365
13．4．4 TinyOS的调度程序\t367
13．4．5 配置示例\t367
13．4．6 TinyOS的资源接口\t369
13．5 关键术语、复习题和习题\t370
13．5．1 关键术语\t370
13．5．2 复习题\t370
13．5．3 习题\t370
第14章 虚拟机\t372
14．1 虚拟机概念\t372
14．2 虚拟机管理程序\t374
14．2．1 虚拟机管理程序\t374
14．2．2 半虚拟化\t375
14．2．3 硬件辅助虚拟化\t376
14．2．4 虚拟设备\t376
14．3 容器虚拟化\t377
14．3．1 内核控制组\t377
14．3．2 容器的概念\t377
14．3．3 容器文件系统\t379
14．3．4 微服务\t380
14．3．5 Docker\t380
14．4 处理器问题\t381
14．5 内存管理\t382
14．6 输入/输出管理\t383
14．7 VMware ESXi\t384
14．8 微软Hyper-V与Xen系列\t385
14．9 Java虚拟机\t386
14．10 Linux VServer虚拟机架构\t386
14．10．1 架构\t387
14．10．2 进程调度\t387
14．11 小结\t388
14．12 关键术语、复习题和习题\t388
14．12．1 关键术语\t388
14．12．2 复习题\t389
14．12．3 习题\t389
第15章 操作系统安全技术\t390
15．1 入侵者与恶意软件\t390
15．1．1 系统访问威胁\t390
15．1．2 应对措施\t391
15．2 缓冲区溢出\t392
15．2．1 缓冲区溢出攻击\t392
15．2．2 编译时防御\t394
15．2．3 运行时防御\t396
15．3 访问控制\t397
15．3．1 文件系统访问控制\t397
15．3．2 访问控制策略\t399
15．4 UNIX访问控制\t402
15．4．1 传统UNIX文件访问控制\t402
15．4．2 UNIX中的访问控制列表\t403
15．5 操作系统加固\t404
15．5．1 操作系统安装：初始安装
与后续更新\t404
15．5．2 删除不必要的服务、应用
与协议\t405
15．5．3 对用户、组和认证过程
进行配置\t405
15．5．4 对资源控制进行配置\t405
15．5．5 安装额外的安全控制工具\t406
15．5．6 对系统安全进行测试\t406
15．6 安全性维护\t406
15．6．1 记录日志\t406
15．6．2 数据备份和存档\t407
15．7 Windows安全性\t407
15．7．1 访问控制方案\t407
15．7．2 访问令牌\t408
15．7．3 安全描述符\t408
15．8 小结\t410
15．9 关键术语、复习题和习题\t411
15．9．1 关键术语\t411
15．9．2 复习题\t411
15．9．3 习题\t411
第16章 云与物联网操作系统\t413
16．1 云计算\t413
16．1．1 云计算要素\t413
16．1．2 云服务模型\t414
16．1．3 云部署模型\t415
16．1．4 云计算参考架构\t416
16．2 云操作系统\t418
16．2．1 基础设施即服务\t419
16．2．2 云操作系统的需求\t420
16．2．3 云操作系统的基本架构\t420
16．2．4 OpenStack\t424
16．3 物联网\t428
16．3．1 物联网中的物\t429
16．3．2 升级换代\t429
16．3．3 物联网支持设备的组件\t429
16．3．4 物联网和云环境\t429
16．4 物联网操作系统\t431
16．4．1 受限设备\t431
16．4．2 物联网操作系统的要求\t432
16．4．3 物联网操作系统架构\t433
16．4．4 RIOT\t434
16．5 关键术语和复习题\t435
16．5．1 关键术语\t435
16．5．2 复习题\t436
附录A 并发主题\t437
附录B 编程和操作系统项目\t446
参考文献 \t450
