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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
; I1 K. D* c X# N0 p% e6 K
/ |( A2 y) m4 k2 G, q2 U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 & ?) i2 ~/ d/ \$ S% }2 G
6 C4 k. G% X' w, Z: Y& v/ `
编号：166-Java吧资源免费-X0097【Java吧 java8.com】7 o6 ` Q3 s& S c5 x* R. F
5 ]4 `- p [+ C9 p0 k. I5 a$ E
3 n& E5 [% y) x2 B0 R% o- O2 s7 D- a/ X
目录：
' y; h1 ^9 b2 ^: }序言一
, r7 ]* k( m, t1 A序言二0 G4 X/ A+ k9 M. t6 H
前言
, s5 h7 t0 x9 V# e1 W$ F% A, l" s# k部分 操作系统基础
8 {- N: { H$ U章 操作系统概述 28 Q2 B; b$ p: P- N& o' V4 |
1.1 简约但不简单：从Hello World说起 2 o# [# H; M3 S3 E2 C
1.2 什么是操作系统 3* B& N+ O* [! D" d9 d& \
1.3 操作系统简史 61 b# x* _, _6 p$ j; F: A% C
1.3.1 GM-NAA I/O：个（批处理）操作系统 6
# l4 T4 z% |- q" C- J" `6 g1.3.2 OS/360：从专用走向通用 6
" X9 ], W7 U7 h1 b! X1.3.3 Multics/UNIX/Linux：分时与多任务 71 C1 V. O) r6 P1 Y
1.3.4 macOS/Windows：以人为本的人机交互 8
- J; n/ L/ b) w! S# l. I1.4 操作系统接口 9
/ m' R5 f" Q a+ V; j8 n% ?9 x1.5 ChCore：一个简单的实验操作系统 11
- i5 n1 M% Z( l* s0 @参考文献 12
4 w" j; v5 b$ I, F' T第2章 硬件结构 13
* G4 [+ L8 g8 w% W1 P* o; I! W0 c2.1 CPU与指令集架构 14$ R- {# M/ L1 c% @6 s& o$ Y
2.1.1 指令集 14
$ Z. v5 G& L% t& u# E& M. Q5 F2.1.2 特权级 15
5 r8 A) G. }1 V& m; M2.1.3 寄存器 17
^4 E% A9 J* {! ~* m4 B2.2 物理内存与CPU缓存 17
0 z7 m6 N# f1 V6 J2.2.1 缓存结构 18( m- N& m3 ~- T3 |8 W
2.2.2 缓存寻址 19
+ W) z9 T7 G4 U H5 d# Y/ k( I2.3 设备与中断 20$ h7 O, v F6 L4 q) t
2.3.1 内存映射输入输出 20) |+ U& R7 T. d3 k
2.3.2 轮询与中断 21: g, G) |8 ~1 K
2.4 思考题 22) D6 Y+ J0 e8 ^
参考文献 22. P* Y7 }2 e( e- k) P
第3章 操作系统结构 230 K* T x8 _! \" |( Y
3.1 操作系统的机制与策略 24
. S) O) h: M# L1 K3.2 操作系统复杂度管理方法 25& p/ Q5 H8 N) D! G9 R
3.3 操作系统内核架构 278 V0 a0 B/ V; y( b& E# M; V
3.3.1 简要结构 27# S; k) ^+ v6 n n
3.3.2 宏内核架构 28
( _) g4 T+ u, T. z( B; u3.3.3 微内核架构 30
4 Q% V6 y) ^8 g% d3.3.4 外核架构 32
) }: N# A3 [" s4 M3.3.5 其他操作系统内核架构 34
% a5 x! r5 ]5 i3.4 操作系统框架结构 35( E# F; V# v3 J& K
3.4.1 Android系统框架 35. @) q) Z) _* y2 E- G; r# h
3.4.2 ROS系统框架 37
]* m, ^' ~" ?4 N8 w$ H, O1 c3.5 思考题 39
6 U* b5 y/ Z1 T* t" o$ j6 m' T4 E参考文献 40 java8.com
}. g" d$ T/ B" Q- ~/ K( d第4章 内存管理 426 \8 p* m+ i# e" o0 K! i9 v
4.1 虚拟地址与物理地址 43! S1 Z0 p" T6 G! j3 Z O. W
4.1.1 初识物理地址与虚拟地址 43% X9 d* L( X3 a$ g. s ] d8 C
4.1.2 使用虚拟地址访问物理内存 44
" U* |, e% E: Z$ }4.1.3 分段与分页机制 443 ? j# d* P- G
4.2 基于分页的虚拟内存 46
8 j! ^& N7 P( B9 x4.2.1 AArch64架构下的4级页表 47
. k) R$ d% V- _# F* `4.2.2 加速地址翻译的重要硬件：TLB 49 J, k6 `' i$ v* G
4.2.3 换页与缺页异常 521 j7 d( u% k: |+ P3 i( W) t# z3 J
4.2.4 页替换策略 54" A, @( v" |. l2 j$ e
4.2.5 工作集模型 570 L6 M- A* R- q7 W5 L
4.3 虚拟内存功能 58
5 O4 F0 f' r w( l6 { p4.3.1 共享内存 582 x9 t, a5 T; Z9 z" v, T+ f
4.3.2 写时拷贝 58( B$ }% Z m, A! K& B6 o
4.3.3 内存去重 60
# z4 m4 y' U3 `* P( Q N4.3.4 内存压缩 60" z+ F# U/ u, p& R9 P; g) m
4.3.5 大页 61
5 H; m5 d/ A5 n) f4.4 物理内存分配与管理 622 R' X4 _( u6 M; o
4.4.1 目标与评价维度 62! B& n1 W! M. t1 p# ~6 Y
4.4.2 伙伴系统 63
2 v; e* T# o* ]9 }) J! B4.4.3 SLAB分配器 65
- j( A. I! y y: u' p. s! e4.4.4 常用的空闲链表 66
2 J+ h( a9 f* ?5 p/ |4.4.5 物理内存与CPU缓存 68' q" {( I& r7 @* {
4.5 案例分析：ChCore内存管理机制 70
+ o4 G" |) @ p, e3 q# m* l4.6 思考题 73/ f& o" F8 d, i' i% y
参考文献 74
' D: c' t# ?: ?1 ?, `1 t第5章 进程与线程 76
2 t/ l: o* T" W$ K, r- f5.1 进程 76! G2 |7 E4 M& i0 b/ b4 v# \! d6 g) n
5.1.1 进程的状态 76
; M' ` ^( L" d5.1.2 进程的内存空间布局 78
& H9 ]4 n, o' G( i6 Y; l. h5.1.3 进程控制块和上下文切换 79
" R1 ?# u* i* c) `- }5.2 案例分析：Linux的进程操作 80
/ o; T. o9 G7 R8 x7 s5.2.1 进程的创建：fork 80
3 @# T. H- v; q$ E. a+ D% \( _2 s( [' b5.2.2 进程的执行：exec 84
- A5 [2 e8 {( r' G/ I5.2.3 进程管理 85
9 t( M1 N6 M0 [# F# M5.2.4 讨论：fork过时了吗 89* o' ~" t0 r* ]0 \: |
5.3 线程 920 o, z; V+ b4 j+ ]! k8 z0 O' |
5.3.1 多线程的地址空间布局 933 x7 p9 i$ Z' H4 K+ r" `. h$ [; L# ~
5.3.2 用户态线程与内核态线程 93
) B+ B8 u }, x( I- Z0 R5.3.3 线程控制块与线程本地存储 94# n3 Q0 ] [( R8 X* d7 `. A
5.3.4 线程的基本接口：以POSIX线程库为例 95
3 V( F! r) k ^" `& ~5.4 案例分析：ChCore的线程上下文 999 J1 W6 P! c7 a1 v+ Z5 L, K" k, j
5.4.1 线程的上下文和TCB 99
' Q* m: E9 C0 D8 U5 E" k4 x3 p) B0 R5.4.2 ChCore中上下文切换的实现 1005 k& j$ z m/ N7 W
5.5 纤程 1026 X# t" d8 p y. v& R4 Q' `! g
5.5.1 对纤程的需求：一个简单的例子 103/ L6 n: p w6 x9 |9 R/ ?
5.5.2 POSIX的纤程支持：ucontext 1034 `+ ]5 J$ I% D+ S* b% I
5.5.3 纤程的上下文切换 1050 k% Q4 ~! j4 Z* h/ M* ?, ~
5.6 思考题 106: w+ m8 |* Y; i' x3 m' m: [
参考文献 107
6 O# L# h* v( l. u1 p第6章 操作系统调度 108
' X( m% M" a, v9 b2 b+ T$ ~6.1 计算机调度简介 108
; P. F# ?; f9 d1 x6.1.1 操作系统调度 110) f5 Y4 U+ h0 b4 ?
6.1.2 调度指标 111
& l% A% l# q% n4 C- E. @6.2 调度机制 113
) R5 C! I0 n6 C5 y7 K( s! h" [, a6.2.1 长期、中期与短期调度 114- \; t+ U7 k _6 v
6.2.2 任务调度总览 1168 \4 y% u2 O$ J2 g, J( e9 f. K+ B
6.3 单核调度策略 117
! q3 @& b+ b# g6.3.1 经典调度 118
^. `& _5 ` p5 ~1 ]6.3.2 优先级调度 122: H" T" s8 l9 z
6.3.3 公平共享调度 1273 l K) d% I# M6 v( F
6.3.4 实时调度 1332 E2 [8 ~2 @/ `8 o: w
6.3.5 其他调度 138
1 G) ~% q' F" @' y+ Y& x6.4 多核调度策略 141
% c4 R- i g9 j6.4.1 负载分担 1414 I6 o5 h6 y' `+ l$ P: Q
6.4.2 协同调度 142
( N$ U/ B6 g+ I* _9 F6 U6.4.3 两级调度 144
7 L& @' H/ Q5 M6 B' | }/ f! p# q6.4.4 负载追踪与负载均衡 1459 G6 C( H& l1 w: y% p" w+ g
6.4.5 能耗感知调度 148
+ f- i1 U c; y( L9 J" _6.5 调度进阶机制 151
' ~! ]6 n0 Y: F; Z6.5.1 处理器亲和性 1523 y$ E2 S2 ?0 {, b7 ]
6.5.2 调度策略设置 1536 {. N+ N1 i- l: K3 M- B
6.6 案例分析：现代调度器 155
: m5 M" t# X( P9 z& c1 r6.6.1 Linux调度器 155
1 Y; h8 V$ [* A/ h0 x/ R0 `6.6.2 macOS/iOS调度器 160
: G5 Q: n! ^9 m+ {! G6.7 思考题 162
% @$ ]# g2 f1 |* k# v& I参考文献 163
" c- P( t) u6 O第7章 进程间通信 165
; ^+ Q g: b% G3 k7.1 进程间通信基础 165
+ ] h/ u6 b. v$ ^5 F7.1.1 一个简单的进程间通信设计 166, c, v4 n9 O) A
7.1.2 数据传递 167
* h5 T; t2 z$ C9 V7.1.3 控制流转移 1692 ~* y6 F1 v( x: o3 M2 [+ a
7.1.4 单向和双向 170
* Q6 X' s4 O- t) ?7.1.5 同步和异步 170" k) [" _% q, a* U; ?3 ?( C
7.1.6 超时机制 171
9 R7 J+ F: K1 `/ N7.1.7 通信连接管理 172
. _1 f3 }# O7 o; ^7.1.8 权限检查 173' i4 `5 c5 S0 c/ m( Z& t( O, x1 x9 w
7.1.9 命名服务 174
2 ^ a* r3 L, U+ h1 \7.2 宏内核进程间通信 175
, p7 E' \4 f- j1 B$ _5 j( N7.2.1 管道进程间通信 175
) J. W2 S1 q6 l1 v1 X6 Z i7.2.2 System V消息队列 178
% D5 N. \6 X7 {- h7.2.3 System V信号量 179
6 ^! N; {9 Q, o" J7.2.4 System V共享内存 180% u& Z; h ~5 l
7.2.5 信号进程间通信 181
4 G) |( ? a9 A2 g. R' D! t( u7.2.6 套接字进程间通信 185
, {$ o5 J' B2 q7.3 微内核进程间通信 1861 i$ ]9 `1 n4 [9 H% ?5 i& Z
7.3.1 Mach：早期的微内核进程间通信设计 1865 Y! t9 f& J+ g7 J
7.3.2 L4：围绕进程间通信优化而设计的微内核系统 188
, p) k! e% m; F/ z5 {! J1 s7.3.3 LRPC：迁移线程模型 1934 W( G l8 i$ Y+ k8 z, a
7.4 案例分析：Android Binder 1959 i+ N8 a, J" C
7.4.1 背景 195$ Z/ K) m0 G$ c! i; z
7.4.2 Binder IPC总览 196
: q/ s' y+ o3 v5 g7.4.3 Binder IPC内核设计 196
+ H& H' S. a3 U, K7.4.4 匿名共享内存 199' I6 T }4 O A/ f" t
7.5 案例分析：ChCore 进程间通信机制 201
& R7 ^0 S: `/ I7.6 思考题 2033 V+ X1 b/ h2 u. _" u# L- A6 W; h
参考文献 203
) x7 `' t' S- W+ \& y" ]( j) T第8章 同步原语 206
]* L+ ^( {0 J( E7 U8.1 互斥锁 209
( O5 ^' r7 W e" N5 J8 `0 P8.1.1 临界区问题 209
$ X7 T+ W# Q) b8.1.2 硬件实现：关闭中断 211) v. U0 C9 M& F) s7 H' _
8.1.3 软件实现：皮特森算法 211% S. k9 Y9 y. x# Q4 N
8.1.4 软硬件协同：使用原子操作实现互斥锁 213
7 V5 D5 t4 g0 x# l0 K9 }0 q8.2 条件变量 219
' H6 M1 v+ p8 @% v" W8.2.1 条件变量的使用 2191 P J- N4 h7 i# S
8.2.2 条件变量的实现 222
) T$ O8 U; a) S7 W8.3 信号量 223' a1 C6 e4 ^# r" }3 V' A
8.3.1 信号量的使用 2242 g, ?3 `( X5 x# z
8.3.2 信号量的实现 225
* z+ D! [6 J4 x" e8.4 读写锁 229
: G8 I) ?) m$ W8.4.1 读写锁的使用 229
2 C/ |& h T6 D& m8 x8.4.2 读写锁的实现 230! k3 a. L" W7 ~
8.5 RCU 2335 z+ ?5 S) I; _$ Y3 V! w3 E! C
8.5.1 订阅/发布机制 234! C+ c1 M0 _4 E/ @* Q+ N; V" z
8.5.2 宽限期 236) B( M. Q) c3 X: z2 B7 q. T1 x
8.6 管程 237
5 y% W% O! I9 d8 U8.7 同步带来的问题 239
( I1 F# i8 ?1 G/ ? @8.7.1 死锁 2396 ~7 z9 m3 I* R3 f! F( O$ h. ?; N
8.7.2 活锁 245
" t* i2 q5 O h$ ~6 e8.7.3 优先级反转 246
; |. @4 ?; w. t8.8 案例分析：Linux中的futex 249) |2 d( N: P9 D/ q+ F% B- {
8.9 案例分析：ChCore中的同步原语 251
3 a2 h4 r8 `5 e( l/ q8.10 思考题 252
0 ^$ R5 e/ |4 X2 c# w参考文献 254
5 o6 B; b i! h$ k; `; q; i' }第9章 文件系统 256$ o+ \. G2 l+ }0 l+ d. |/ c, T8 l
9.1 基于inode的文件系统 257# F! x- i% A$ i7 k# @3 B! v5 m4 T
9.1.1 inode与文件 258/ q7 x+ Y6 \ Y# U1 Q, r
9.1.2 文件名与目录 260/ b# ]0 k: X4 I
9.1.3 硬链接与符号链接 263
9 k6 g3 ^7 o0 _3 v9.1.4 存储布局 2641 i" G3 P- C! _
9.2 虚拟文件系统 266% A* s. j* ^. u0 O
9.2.1 面向文件系统的接口 266
: y2 ^) l+ O& z4 z; Y9.2.2 面向应用程序的接口 270
% Y, H6 X; K6 Y3 v$ l# ^9.2.3 页缓存、直接I/O与内存映射 2770 b1 D! r# z4 F" ^8 c
9.2.4 多种文件系统的组织和管理 280, T+ g6 y4 L( e! [$ i
9.2.5 伪文件系统 2825 X) C0 H& O- K; Y& _% A2 v) U
9.3 其他文件系统 2848 G+ N M. A7 N/ b
9.3.1 FAT文件系统 284% W6 E. w* s( G1 _) v/ K4 d" T
9.3.2 NTFS 288( R2 U. }, l( m- i7 A& i- u
9.3.3 FUSE与用户态文件系统 2928 }9 `/ H' G# ^( ~) ^/ X! z" O7 I
9.4 案例分析：ChCore文件系统 294* l0 i& f k" E' h4 f" H" x7 X1 G; h4 V
9.4.1 ChCore的文件系统架构 2943 }' x. u5 d, v! \; ] R
9.4.2 内存文件系统 295/ V; ^( t. q- B
9.5 思考题 2963 i# M2 w9 n9 @! G* m
参考文献 297' ~' M9 }6 q) t8 Z/ f
0章 设备管理 299
% f; }7 c5 i+ P1 j& V10.1 计算机设备的连接和通信 300
C4 e, L: k6 W. X/ V- Q10.1.1 设备的连接：总线 300
& [8 J5 l: g# V5 ^7 s; [) q10.1.2 可编程I/O 301
6 y# C; L w" J# K8 {) }( w3 \10.1.3 高效数据传输：DMA 301
/ s. }, s& Q+ y7 c2 l/ O: h10.1.4 设备地址翻译：IOMMU 302
# ^% r' P! ?; l6 q+ _10.2 设备的识别 303
5 u; r: b% D1 ?10.2.1 设备树 303
& o1 U. ^. r- Y; k: m10.2.2 ACPI 3046 _2 a- P1 K6 N, C; @, K& H* o
10.3 设备的中断处理 305
s3 K+ ~2 S# m! @3 Z* Q10.3.1 中断控制器 305: ]8 X/ g/ q. Y, v: M
10.3.2 中断的基本概念 306
1 N: R5 T; U5 P+ [# I10.3.3 中断处理：以Linux上下半部的机制为例 3082 M' l: P U: S" A1 s: }7 N8 I9 d
10.4 设备驱动与设备驱动模型 3138 ?* c+ r" N. I" A9 P5 p$ H
10.4.1 设备驱动 313: u3 Q1 R& b" j* U- H$ V2 d
10.4.2 设备驱动模型 315' ?- n/ |+ v! q3 x, x w! N
10.5 案例分析：Linux设备驱动模型 315
! P; |. \' l- \10.5.1 Linux的设备抽象 315" Z6 G0 Y+ n" q( O& Q6 H6 W
10.5.2 Linux的设备驱动模型 318
/ C/ n- k# c0 V5 o+ v10.5.3 Linux驱动的动态管理 319/ x% F3 T2 `# \8 A4 k
10.5.4 Linux的sysfs文件系统 321
' x" H! [2 ^! u; _$ Z& x$ U% @10.6 案例分析：L4设备驱动模型 322' g# k3 \1 D1 b: c
10.7 案例分析：Linux的用户态驱动框架 323+ h" e7 R2 q/ \$ ?3 @
10.8 思考题 327$ y' z0 J, G9 x5 d( P8 p, j9 E
参考文献 327
# U- M4 c9 N' E/ b1章 系统虚拟化 329
4 x0 m2 u( ~; [& K11.1 系统虚拟化技术概述 330
3 {3 T) z/ \, `1 w8 L11.1.1 系统虚拟化及其组成部分 330
' {; J: w6 t0 C6 A11.1.2 虚拟机监控器的类型 331
- A9 V5 Q ^3 A0 s' A11.2 CPU虚拟化 332% L+ l+ s/ L3 N. _; ^- ^
11.2.1 下陷和模拟 333; e5 E4 t! h; R
11.2.2 可虚拟化架构与不可虚拟化架构 333* Z; n8 k: s$ P0 H* Y# [5 ~3 _9 w0 v
11.2.3 解释执行 334
v; Y1 o! T# p7 s% K11.2.4 动态二进制翻译 335% W7 ~/ J9 X) u9 Y. j' b0 f' S
11.2.5 扫描和翻译 3360 {* U: X& @( C9 a1 k% D
11.2.6 半虚拟化技术 3371 e1 b3 L" R7 l7 X# n- Q
11.2.7 硬件虚拟化技术 338
9 e9 ^( Z2 G1 g1 S7 }& N11.2.8 小结 340- I/ R. W+ a, [/ V8 s
11.3 内存虚拟化 341" w3 [- P) N' I0 e! ~7 u) F! K
11.3.1 影子页表机制 343
f7 X) y6 ~3 R6 n3 D11.3.2 影子页表的缺页异常处理流程 3459 c1 w7 Q/ C9 h, x
11.3.3 直接页表映射机制 345
& K' }$ k5 x: L11.3.4 两阶段地址翻译机制 346
1 C' F( Z5 \2 h: ~5 j. V2 _11.3.5 换页和内存气球机制 349; k7 b& K( W2 p
11.3.6 小结 351
' K' j) C6 p# Q7 }11.4 I/O虚拟化 351
( ?' p/ d& j3 y& m. _8 D, i11.4.1 软件模拟方法 3526 Y' Q1 b# H( p& e' {3 n2 S3 d9 J
11.4.2 半虚拟化方法 354
! K8 N3 N0 X" m$ X: X11.4.3 设备直通：IOMMU和SR-IOV 356
P. S$ t: y( U- k4 Q& t0 L# m11.4.4 小结 359
9 q4 S6 W- ^! F O11.5 中断虚拟化 3608 z2 B! \1 E- K, {; @) o( M7 q& ~
11.6 案例分析：QEMU/KVM 361( _( y8 o$ M$ h$ Y& N
11.6.1 KVM API和一个简单的虚拟机监控器 362
3 J+ ]* B: W7 K; H8 F: X11.6.2 KVM与QEMU 364
* Q+ B, h+ X" ^11.6.3 KVM内部实现简介 366
& x7 c& @( c0 b# D11.7 思考题 367# J n- p& |: q( T/ O
参考文献 367
) {5 Z5 A/ A: R6 t+ p缩略语 3691 ~4 b* H3 W: w* f) R; e
在线章节一" E9 q) Y7 y; A( r3 x) ~6 K
第二部分 操作系统进阶+ J0 K' ^- c8 }$ {/ [. ]% j$ U
2章 多核与多处理器& y- X' P0 B# B6 K" K
3章 文件系统崩溃一致性
6 ~. r& u& U8 g( X; A( ^4章 网络协议栈与系统
- G' t6 T' _0 V3 ]6 _) p5章 轻量级虚拟化* F2 u" [0 m5 z$ c8 W( \+ e( j
6章 操作系统安全
1 g0 i; d0 e; d7章 操作系统调测3 G6 H4 l {% i, Q
8章 形式化证明
: `" H2 W* K+ C0 m) q8 b0 u第三部分 ChCore课程实验
- Q+ D) R3 D0 {+ A$ c, l9章 实验1：机器启动3 ^# y4 u7 F6 n* q
第20章 实验2：内存管理
+ P2 h9 ?# d; G+ j7 {" {第21章 实验3：用户进程与异常处理+ R# g0 P; ?3 l( L+ r9 M$ b! I3 f
第22章 实验4：多核处理
6 Q) y+ s% \# @第23章 实验5：文件系统与Shell
/ O1 W/ o: u8 o6 b7 e; q6 D0 L第24章 实验6：进阶实践7 P% ]' L( A" ]7 c1 Z& Q
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2023-12-14
