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Java电子书：现代操作系统：原理与实现 PDF 电子书 Java吧 java8.com
+ Q8 w" m% ~/ q" ^+ A. s
' ~. ]: d- s7 w作者:陈海波夏虞斌等 著出版社:机械工业出版社出版时间:2020年10月 + o; {$ l8 W* d" A+ }8 ` s
: ~* l" E u |$ B( }. t$ i7 F编号：166-Java吧资源免费-X0097【Java吧 java8.com】! s3 \; }' y( X
) J" X3 F' V) g% @) o
8 s% \" C, t: n* p
" d5 b6 X! i, N$ y1 p% [5 I4 R$ ^目录：
1 t# }5 W" b! D* F序言一
3 d, u! v \- I$ t序言二
. O, u# h4 t3 i: [# ]' S5 `- ~! p7 G前言
0 c- s3 t4 z+ ]# Q. M" H4 d部分 操作系统基础5 x% U2 S. ?! q# S' G: N. r
章 操作系统概述 2
1 X' c5 @2 ~6 ? x; [5 W3 R1.1 简约但不简单：从Hello World说起 2; V# d1 E( `& [4 ]
1.2 什么是操作系统 3
' ?8 a) y' H& \9 E K7 s4 D F1.3 操作系统简史 64 m9 m8 h; k$ K6 c
1.3.1 GM-NAA I/O：个（批处理）操作系统 6
i% _$ z N! t& W6 g5 n1.3.2 OS/360：从专用走向通用 6
4 g) H' D* W8 o! _8 _. k9 Q1.3.3 Multics/UNIX/Linux：分时与多任务 7+ K$ y2 i: J) Z+ ] g
1.3.4 macOS/Windows：以人为本的人机交互 8
7 H. @4 p$ a' n9 l; r; |1.4 操作系统接口 9
. }* K5 H% z- R1.5 ChCore：一个简单的实验操作系统 11
& _4 `0 \3 V9 V. M, `% i) @3 }参考文献 12$ t- X. d @; H0 G0 J" T, V
第2章 硬件结构 13( m- ^& l3 q& @2 g; \
2.1 CPU与指令集架构 14
9 ]1 s- ^$ G/ a6 }% x, b. L: j6 _2.1.1 指令集 14
/ c4 @+ c! T6 V9 l" Z+ S2.1.2 特权级 15$ ]/ R$ _1 ]9 w' h- g4 A
2.1.3 寄存器 17
$ v f g/ L2 m& @2.2 物理内存与CPU缓存 17
9 q8 w0 J1 o5 a+ }2.2.1 缓存结构 18/ v- n, s. i+ T' R0 z, `3 W
2.2.2 缓存寻址 19; B( v. o a5 {/ N8 Y. s3 u
2.3 设备与中断 20
% Q9 N) }( Q q2 W& h8 p/ r2.3.1 内存映射输入输出 20& J' O; i; \5 Z
2.3.2 轮询与中断 21
9 |- q. C& o; q; f, z2 \7 G" c2.4 思考题 22% \0 m5 L- P+ `0 f: d x B
参考文献 22' }+ O7 p1 e }* i' ^1 y
第3章 操作系统结构 233 d: f4 T$ Q- c5 Z
3.1 操作系统的机制与策略 24
0 m; b3 X! L3 B9 W( g5 ], }3.2 操作系统复杂度管理方法 25
/ Y- }+ ?0 V; Z! z# l4 }; z ?3.3 操作系统内核架构 27. p. p, K" ^/ A. ^3 Y; ^/ x/ X
3.3.1 简要结构 27- R( w) Z! u2 C9 W
3.3.2 宏内核架构 28
/ C X. R2 U: W, U8 a0 O3.3.3 微内核架构 30" e' X' r8 g( K* p! p
3.3.4 外核架构 32
% T" m- Q% D8 n3.3.5 其他操作系统内核架构 34
; M' Y% D! Z/ Z- b& h3 b L3.4 操作系统框架结构 35
0 L$ W7 a u7 _. V3.4.1 Android系统框架 355 L( ~8 D* |$ g* n( u9 J
3.4.2 ROS系统框架 37' |( I- A$ h4 ?
3.5 思考题 39
: D( r. Q, F* Q; C8 R参考文献 40 java8.com
8 k$ j+ L) m6 ?第4章 内存管理 42
0 s' p- h2 f3 y+ J4.1 虚拟地址与物理地址 433 _2 I% N" `% U9 S3 J% e& e
4.1.1 初识物理地址与虚拟地址 438 i! R6 i: }8 P
4.1.2 使用虚拟地址访问物理内存 44! _. j/ k1 A; G* o1 \, @/ @
4.1.3 分段与分页机制 448 w( W% k! i3 f/ Z: k0 W" \
4.2 基于分页的虚拟内存 46( y# }$ ?1 } A
4.2.1 AArch64架构下的4级页表 47
! n2 ?9 ^$ Q* D. P9 y5 F4.2.2 加速地址翻译的重要硬件：TLB 49
5 C8 ?( V* g p3 x$ Z. S4.2.3 换页与缺页异常 52
$ \+ K; t& r- [9 `4.2.4 页替换策略 54
: ]! P! g0 R7 r8 W* B6 l4.2.5 工作集模型 57
# D0 |, |) F: G4 \4 s4.3 虚拟内存功能 583 b5 G$ D. ^4 k# p J0 p
4.3.1 共享内存 58
* o0 z; ~: w, x4.3.2 写时拷贝 58
7 F3 U: r- |9 J" W. Z. u4.3.3 内存去重 600 K H8 Z$ M4 u% x' v* X. o
4.3.4 内存压缩 60
; J% ^6 X4 x2 H$ Y: l8 ~) s4.3.5 大页 61
( G7 J, o- z8 F6 X; A& Z2 g4.4 物理内存分配与管理 62, T0 S- c R E" T5 U* _' y: a
4.4.1 目标与评价维度 62
) a( f2 {7 M0 I% t, k% [& e4.4.2 伙伴系统 63- W5 r6 |; v! l
4.4.3 SLAB分配器 65* W* E p: C8 e; Z8 N+ Z
4.4.4 常用的空闲链表 66/ t. ~3 d7 }3 C$ p3 U
4.4.5 物理内存与CPU缓存 683 x7 I7 O2 N5 k4 {& N2 B- ?
4.5 案例分析：ChCore内存管理机制 70
6 D+ U, j4 f b2 l' f4.6 思考题 73
: n. `" U0 r& e S参考文献 74' B7 P( U8 Q1 q" F* `
第5章 进程与线程 76
+ I: g& s0 `3 J5 Q+ H9 Q9 y5.1 进程 76/ n9 h, ^" t1 |# R* y! ?$ w9 B; E7 `& }
5.1.1 进程的状态 76
# Y' l5 q+ Y. t# @( S; j5.1.2 进程的内存空间布局 78! A, ]2 o6 p8 @" u/ m6 h+ R
5.1.3 进程控制块和上下文切换 79, _$ {- ^! X- G9 |0 G
5.2 案例分析：Linux的进程操作 803 E/ }' ^% k5 E/ A
5.2.1 进程的创建：fork 80
7 w1 b# y8 K3 k0 T* |6 [5.2.2 进程的执行：exec 84
7 I8 y0 z' N" H: D5.2.3 进程管理 85
% H2 M# S* A# s6 _+ \$ f1 \" D2 `" f5.2.4 讨论：fork过时了吗 893 K! a2 t: W7 e+ E- j* L
5.3 线程 92' k* t8 S( X2 _( {2 m! P
5.3.1 多线程的地址空间布局 932 D9 r ~& c: i* @
5.3.2 用户态线程与内核态线程 93
' A0 _* k+ i/ V5.3.3 线程控制块与线程本地存储 94
) e5 j- m1 }! `9 Z2 T1 i5.3.4 线程的基本接口：以POSIX线程库为例 95
3 H. q& z4 n( s. |! z5.4 案例分析：ChCore的线程上下文 99
& |4 A& j" n: Z' p2 {: Q( x7 `. K7 w b5.4.1 线程的上下文和TCB 99
. @ U. _5 H3 U K3 N5.4.2 ChCore中上下文切换的实现 1003 f, C! f# w' ^+ |
5.5 纤程 1021 o) Y0 |, P% l1 G" p. h P& j
5.5.1 对纤程的需求：一个简单的例子 103
& k9 M6 Y6 ^2 |- s3 E6 x! F5.5.2 POSIX的纤程支持：ucontext 103
, ]0 V8 L8 d! x$ W: P5 S5.5.3 纤程的上下文切换 105
( K: O4 z! h3 e1 v" c! F5.6 思考题 106
6 j( p5 p- P" v$ x5 k* D' b参考文献 1070 Q$ e% J2 G* u- R( a0 n
第6章 操作系统调度 1089 Q: Q. U. }0 n! b$ L2 }$ c0 b9 [
6.1 计算机调度简介 108
4 O5 {+ K7 k8 }/ C6 k2 A8 k; ?" x6.1.1 操作系统调度 110# Y Q1 V* C/ x. J* R0 u( T
6.1.2 调度指标 111
! {( c9 N. _( v. x5 g+ o9 C4 b6.2 调度机制 113
! n( p" m$ J' L' j6.2.1 长期、中期与短期调度 1140 t. l, m' v! ^8 j6 `
6.2.2 任务调度总览 116
, H/ W5 c3 B% w* i, P- ?7 u6.3 单核调度策略 1176 f* D, @# @' T
6.3.1 经典调度 118
. i# q8 J% ^$ G8 D6.3.2 优先级调度 1222 y- P) i7 e+ n' P+ N) A
6.3.3 公平共享调度 1276 `8 K8 t. z$ W) D2 t
6.3.4 实时调度 133
, F' u2 M5 O% \4 y6.3.5 其他调度 138/ Z6 w" F. b j& ^4 @5 q) E( G
6.4 多核调度策略 141) M/ O% k- @1 f$ _5 P# j
6.4.1 负载分担 141
1 V$ q- N- i9 ^- }" m- `6.4.2 协同调度 1426 z7 B3 z; ?! `9 W5 X8 ^
6.4.3 两级调度 144% f0 ^9 R$ X9 z# H" Y/ S" u
6.4.4 负载追踪与负载均衡 145
: M" j9 }) O7 f6.4.5 能耗感知调度 148
& k: G% \- K9 S0 I' D- e6.5 调度进阶机制 151* o/ Z; {) c6 c0 X) B
6.5.1 处理器亲和性 152
# h1 K/ q9 b3 X3 n& K9 V$ Y: W6.5.2 调度策略设置 153$ m: A- @' [0 y/ u$ Q
6.6 案例分析：现代调度器 155
/ J# l) s, \/ h: H/ {: t6.6.1 Linux调度器 155
7 {. {6 I# ]+ d6.6.2 macOS/iOS调度器 160
3 I2 y- F/ Y0 r6.7 思考题 162 v0 T" Y2 n4 y
参考文献 1638 P) R; c. f, ~9 } t; V
第7章 进程间通信 165
$ h; @5 o; ~+ u2 }! v9 M: j7.1 进程间通信基础 165
6 i& r' y. m! G8 m* J0 y1 a% ^; P7.1.1 一个简单的进程间通信设计 166- M, v9 q" s0 O" A; i" ?
7.1.2 数据传递 167
- q( X/ i8 b9 F; V* |7.1.3 控制流转移 169
4 |% j+ [! U% X' r% Y, t7.1.4 单向和双向 170
! S' B! s. T5 p3 R2 Y Q/ M i7.1.5 同步和异步 170 j! o0 V. n" Q. l6 R
7.1.6 超时机制 171
5 J5 x7 M+ N( S/ ]0 K* r& L0 w7.1.7 通信连接管理 172' U# e$ N5 T" u" D# E
7.1.8 权限检查 173' A! K. G* o `" o, M
7.1.9 命名服务 174& n' l5 }/ f0 _9 Z
7.2 宏内核进程间通信 175
( a* _' X- B" u: e' j7.2.1 管道进程间通信 175! O. u# j6 w7 g5 a
7.2.2 System V消息队列 178- d- U4 z% O* }; c, I
7.2.3 System V信号量 179* M* H) P, G) s
7.2.4 System V共享内存 180
) c# X; R' u* d5 @ }3 n- @* G7.2.5 信号进程间通信 181
. C! E! Y6 S' \2 H- L( H7.2.6 套接字进程间通信 185
5 V, w) S3 l: |3 t# k7.3 微内核进程间通信 1861 [( e' o! q7 K
7.3.1 Mach：早期的微内核进程间通信设计 1868 O, E/ {1 b; y$ U
7.3.2 L4：围绕进程间通信优化而设计的微内核系统 1883 B q: k6 B$ U" y, c& ~# @
7.3.3 LRPC：迁移线程模型 193' M7 z3 g5 p1 a
7.4 案例分析：Android Binder 195) L \1 s( z4 Y5 |: C; p
7.4.1 背景 1954 b ~$ O9 `0 \2 n ]! G
7.4.2 Binder IPC总览 196
% U# J% b4 u7 l( Q7 d$ a2 r7.4.3 Binder IPC内核设计 1968 y5 [4 g) }# ]+ Q: |5 b- C
7.4.4 匿名共享内存 199
4 R6 v* ~! O6 A" R7.5 案例分析：ChCore 进程间通信机制 201
9 L8 ]$ y- z: Z9 g7.6 思考题 203, H, |/ O- B1 j( d1 A# q
参考文献 203
- B, p& M3 W ?# U5 m第8章 同步原语 206: P6 l" C: S5 i* ~
8.1 互斥锁 209
- A5 r( d' c' i8.1.1 临界区问题 2092 Q* |# i) f' e" y
8.1.2 硬件实现：关闭中断 211
$ p# \* u+ Q, ^8.1.3 软件实现：皮特森算法 2116 {) I7 S3 c5 J) T; R
8.1.4 软硬件协同：使用原子操作实现互斥锁 213 R& b$ F. g5 w+ U4 X, [
8.2 条件变量 219- W5 i& A( ?1 m) Z, g
8.2.1 条件变量的使用 219$ \8 j, i( _, D, C7 c
8.2.2 条件变量的实现 222
: ]7 X( {& o% t8.3 信号量 2234 }# j# P( i; K4 G F7 S8 n
8.3.1 信号量的使用 2247 t$ Q4 R) g/ W& B h# ]
8.3.2 信号量的实现 225
1 t$ E* U0 H% l9 `# A7 D/ t8.4 读写锁 229
( v: y: o: S# w& Y8 L8.4.1 读写锁的使用 229 J4 r8 |' W# r; S2 U
8.4.2 读写锁的实现 230
6 Q+ p/ k ]7 d& c5 T8.5 RCU 233' U2 j! p/ l7 v- C- s
8.5.1 订阅/发布机制 234. g. \# H% x# {6 z/ q7 Q0 ?0 _
8.5.2 宽限期 236
3 e3 W5 b3 w, p. F8.6 管程 237
8 M" Z9 w. C5 W1 h$ W0 V, O8.7 同步带来的问题 2395 l! |$ |# R; W
8.7.1 死锁 239
9 g7 Z. s2 h4 j [8.7.2 活锁 245
1 f- G: O: w+ s! M7 C2 O1 }8.7.3 优先级反转 246
5 k. q o z4 O5 [( H8.8 案例分析：Linux中的futex 2497 |6 h! P0 X" r' M4 A2 Z3 @
8.9 案例分析：ChCore中的同步原语 251* P" d6 Y. B+ w2 g+ ~
8.10 思考题 252
# a8 R$ C+ O% {& X参考文献 254& h; z, ^; q6 P$ J# M$ Q
第9章 文件系统 2566 c4 M: d3 \- D9 Y: ^
9.1 基于inode的文件系统 257/ w5 O) Z/ d) Y, w+ H
9.1.1 inode与文件 258
, `5 [0 r2 ^9 W- A& y& h9.1.2 文件名与目录 260
) x. M- p) H' D( w$ T0 a9.1.3 硬链接与符号链接 2632 v# {6 I1 f9 R0 s" i8 y7 ]0 K
9.1.4 存储布局 264* ^7 V7 V/ m8 w
9.2 虚拟文件系统 266
% K& y, D# R) Q" w. @) o. V9.2.1 面向文件系统的接口 266
% z& n& H6 T* ?( U9.2.2 面向应用程序的接口 270
7 f, d; `$ k: O& }- `* F9.2.3 页缓存、直接I/O与内存映射 277
" {, M+ J. a0 h8 L4 }+ Y/ O$ i9.2.4 多种文件系统的组织和管理 280
e( k4 U1 @$ F! O9.2.5 伪文件系统 282& P* P5 @. M+ h
9.3 其他文件系统 284: P, W. o. L _2 G, I
9.3.1 FAT文件系统 284, Q5 B8 q- @0 o" w
9.3.2 NTFS 2881 t) `; U7 T4 }; U% J. O
9.3.3 FUSE与用户态文件系统 292
7 q' i$ y" m+ r) c2 G) L' t/ b9.4 案例分析：ChCore文件系统 294% A0 v- C0 X4 r# p W
9.4.1 ChCore的文件系统架构 294% p) c" \' r2 o8 j
9.4.2 内存文件系统 295) B4 z- \/ R% P3 Y& b: X* P0 R
9.5 思考题 296$ N5 B& \# f7 x; ?4 H2 }0 I
参考文献 297% b' V) f* C5 D2 m
0章 设备管理 299
$ _: ?7 ?4 X- k& J! _8 A10.1 计算机设备的连接和通信 300
! a* ?8 f8 D) b10.1.1 设备的连接：总线 3003 y( R2 b& J6 e) F) u
10.1.2 可编程I/O 301& r9 B; E m f3 O# v' z
10.1.3 高效数据传输：DMA 3018 L6 G4 D" V6 E" ^ p
10.1.4 设备地址翻译：IOMMU 302
# p: c& |; z% R. I8 y10.2 设备的识别 303+ |0 f4 X1 P1 G, ^7 u) V
10.2.1 设备树 303
& U& l( A! P& s2 M$ j10.2.2 ACPI 3047 Y) F3 I" |- ?! M& O+ x; C
10.3 设备的中断处理 305
. r; w1 _ {) J }2 ~6 X+ R: F10.3.1 中断控制器 305
$ j+ Z; A5 N: U' c10.3.2 中断的基本概念 306. X, W* B5 N) u! W; l
10.3.3 中断处理：以Linux上下半部的机制为例 308
/ W& Q) r6 O1 C- h5 A1 p, t10.4 设备驱动与设备驱动模型 313$ \4 c. n! A( n( P5 w$ Q, _+ D2 K
10.4.1 设备驱动 313
+ ~1 x- |. N$ Q* Y m; e) i. p# f10.4.2 设备驱动模型 315
. l4 C( D* `) g! V# h3 Z. ]" s10.5 案例分析：Linux设备驱动模型 315+ M# z0 @& p- l/ b% V2 _) R; {, G
10.5.1 Linux的设备抽象 315
5 t0 B; Q9 }# \" f8 z8 ]/ p2 {10.5.2 Linux的设备驱动模型 318$ I6 Y; x# x/ f. n1 q2 R' a
10.5.3 Linux驱动的动态管理 3195 o! W, x1 B7 U% r
10.5.4 Linux的sysfs文件系统 321, u9 a; s7 f! I. x- R
10.6 案例分析：L4设备驱动模型 322' M9 L6 i+ V {; G! O
10.7 案例分析：Linux的用户态驱动框架 323
! D0 L x2 l- r/ N10.8 思考题 327; Y5 X4 ^& x' l/ j8 V
参考文献 327 }# v( W8 v+ a, l8 a+ G9 c7 q l
1章 系统虚拟化 329' w$ I, z* y" R6 Y
11.1 系统虚拟化技术概述 3307 D) A4 j0 A1 s }8 p' v s
11.1.1 系统虚拟化及其组成部分 3301 N8 p. h- u. ?: [- G; ^
11.1.2 虚拟机监控器的类型 331- g# U1 U' ^1 l% B" _8 l% U. i
11.2 CPU虚拟化 332/ u9 X# M# r* T3 X2 U: P8 q5 W
11.2.1 下陷和模拟 3338 z& B2 g) m/ P7 I2 D
11.2.2 可虚拟化架构与不可虚拟化架构 333
7 d! j* [. m9 ^) n6 R$ d0 e `# b11.2.3 解释执行 334
' \+ l) @4 @& `, `1 a+ ]11.2.4 动态二进制翻译 335' D" M+ b7 y0 ~. ?/ ]2 L) \! K
11.2.5 扫描和翻译 336
+ c1 u) A" q0 C& H3 f2 d" l. @11.2.6 半虚拟化技术 337
1 D# ~* @8 {/ v& W- d- v% D11.2.7 硬件虚拟化技术 338
& `6 I5 M7 z% j5 V& h5 y11.2.8 小结 340
9 {( H# I( L: G11.3 内存虚拟化 341" U3 o0 \8 j, T2 w% p, M
11.3.1 影子页表机制 343; G, T) A4 n5 E( K4 a4 d- f* I* d
11.3.2 影子页表的缺页异常处理流程 3454 o& k! k6 w: z# w( W$ y4 O
11.3.3 直接页表映射机制 345
- D( n E, b) O; W0 e11.3.4 两阶段地址翻译机制 346
9 ]2 L6 F6 k- T0 f X, |8 i11.3.5 换页和内存气球机制 349" e0 a5 C1 \1 B8 _) ?3 @0 c7 k
11.3.6 小结 3518 A/ Q( V* S3 k
11.4 I/O虚拟化 351
) ~# i) L" y/ J7 I$ M& a- q11.4.1 软件模拟方法 352% _9 a+ g( w, b, h. @
11.4.2 半虚拟化方法 354
, i0 t0 [% W0 B11.4.3 设备直通：IOMMU和SR-IOV 356
0 V$ N& e( Q+ J& N11.4.4 小结 359# `1 ^, d. n; F
11.5 中断虚拟化 360& \! Y1 K7 F, d& \* y5 m& T- G
11.6 案例分析：QEMU/KVM 361
- A8 d6 N( [* O* r11.6.1 KVM API和一个简单的虚拟机监控器 3622 c. l) I: f+ n4 h. K
11.6.2 KVM与QEMU 364
& G$ I5 z6 S( `, d11.6.3 KVM内部实现简介 3667 h# R3 L. X! X& V
11.7 思考题 367
9 H$ z/ N# k) j2 [1 U) |* |参考文献 367
: H2 F+ M5 U+ @( `3 ~0 j* J缩略语 369
$ y0 |" _: Z! C& I. P4 n* G在线章节一/ `( S' Q+ p1 W. Q& P/ L
第二部分 操作系统进阶
/ p/ s: J7 v# z) r& G2章 多核与多处理器2 y) N2 k& \0 _% b0 l
3章 文件系统崩溃一致性
7 I" W+ W+ ~& C$ l% B4章 网络协议栈与系统$ c n$ E: E$ k( n, m1 f. a! j
5章 轻量级虚拟化
: \- O. ]% n" q* w- w6章 操作系统安全5 a; O0 a" I, `0 C E9 x! q5 y
7章 操作系统调测* N( y$ S# [# F5 I9 n% a- R
8章 形式化证明
$ b) ^5 P/ v. {第三部分 ChCore课程实验: E9 \* i5 x+ G
9章 实验1：机器启动7 R+ R* e4 P3 {
第20章 实验2：内存管理
' p- I4 J9 V \; S+ ~0 N第21章 实验3：用户进程与异常处理* g* S& r$ q2 W8 ]. }" P; {. {7 {6 q
第22章 实验4：多核处理
% o; H. b# R7 M: z第23章 实验5：文件系统与Shell
8 G" D( e4 d; F( e3 D. c3 ~第24章 实验6：进阶实践) c) G, S. N6 h( B+ t$ G6 O& q, {
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2023-12-14
