操作系统――精髓与设计原理（第九版）

图书标准信息

• 作者 [美]William Stallings（威廉.斯托林斯） 著；陈向群 译
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2020-07
• 版次 1
• ISBN 9787121388316
• 定价 89.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 页数 476页

【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。

【作者简介】

William Stallings，美国圣母大学电气工程专业学士，麻省理工学院计算机科学系博士。William Stallings已出版图书18种，含修订版在内共出版图书40种，内容涉及计算机安全、计算机网络和计算机体系结构。在多家期刊上发表了大量论文，包括Proceedings of the IEEE、ACM Computing Reviews和Cryptologia。13次荣获教材与学术作者协会颁发的最佳计算机科学教材奖。在计算机科学领域的30多年，William Stallings一直是一位技术贡献者、技术管理者和多家高科技公司的主管；针对许多计算机和操作系统，设计和实现了基于TCP/IP与基于OSI的协议套件。
关于作者William Stallings，美国圣母大学电气工程专业学士，麻省理工学院计算机科学专业博士。William Stallings已出版图书近20种，含修订版在内共出版图书40种，内容涉及计算机安全、计算机网络和计算机体系结构。在多家期刊上发表了大量论文，包括《IEEE进展》《ACM计算评论》和《密码术》。13次荣获教材与学术作者协会颁发的最佳计算机科学教科书奖。在计算机科学领域工作的30多年，William Stallings一直是一位技术贡献者、技术管理者和多家高科技公司的主管；针对许多计算机和操作系统，设计和实现了基于TCP/IP与基于OSI的协议套件。William Stallings还是政府机构、计算机和软件供应商以及设计、选用网络软件与产品的用户的顾问。创建与维护了计算机科学专业学生资源网站ComputerScienceStudent.com，为计算机科学专业的学生（及专业人员）提供文献及大量专题链接，也是学术期刊《密码术》的编委会成员。

【目录】

第一部分  背景知识

第1章  计算机系统概述2
1．1  基本构成2
1．2  微处理器的发展3
1．3  指令的执行4
1．4  中断6
1．4．1  中断和指令周期7
1．4．2  中断处理8
1．4．3  多个中断10
1．5  存储器的层次结构11
1．6  高速缓存13
1．6．1  动机13
1．6．2  高速缓存原理13
1．6．3  高速缓存设计15
1．7  直接内存存取15
1．8  多处理器和多核计算机组织结构16
1．8．1  对称多处理器16
1．8．2  多核计算机17
1．9  关键术语、复习题和习题19
1．9．1  关键术语19
1．9．2  复习题19
1．9．3  习题19
附录1A  两级存储器的性能特征21
第2章  操作系统概述26
2．1  操作系统的目标和功能26
2．1．1  作为用户/计算机接口的
操作系统26
2．1．2  作为资源管理器的操作系统27
2．1．3  操作系统的易扩展性28
2．2  操作系统的演化29
2．2．1  串行处理29
2．2．2  简单批处理系统29
2．2．3  多道批处理系统31
2．2．4  分时系统33
2．3  主要成就34
2．3．1  进程34
2．3．2  内存管理36
2．3．3  信息保护和安全37
2．3．4  调度和资源管理38
2．4  现代操作系统的特征39
2．5  容错性40
2．5．1  基本概念41
2．5．2  错误41
2．5．3  操作系统机制42
2．6  多处理器和多核操作系统设计
考虑因素42
2．6．1  对称多处理器操作系统设计
考虑因素42
2．6．2  多核操作系统设计考虑因素43
2．7  微软Windows系统简介44
2．7．1  背景44
2．7．2  体系结构44
2．7．3  客户-服务器模型46
2．7．4  线程和SMP47
2．7．5  Windows对象47
2．8  传统的UNIX系统48
2．8．1  历史48
2．8．2  描述49
2．9  现代UNIX系统50
2．9．1  System V Release 4（SVR4）51
2．9．2  BSD51
2．9．3  Solaris 1151
2．10  Linux操作系统51
2．10．1  历史51
2．10．2  模块结构52
2．10．3  内核组件53
2．11  Android55
2．11．1  Android软件体系结构56
2．11．2  Android运行时57
2．11．3  Android系统体系结构59
2．11．4  活动60
2．11．5  电源管理60
2．12  关键术语、复习题和习题60
2．12．1  关键术语60
2．12．2  复习题61
2．12．3  习题61

第二部分  进程

第3章  进程描述和控制64
3．1  什么是进程64
3．1．1  背景64
3．1．2  进程和进程控制块65
3．2  进程状态66
3．2．1  两状态进程模型67
3．2．2  进程的创建和终止68
3．2．3  五状态模型69
3．2．4  被挂起的进程71
3．3  进程描述74
3．3．1  操作系统的控制结构75
3．3．2  进程控制结构75
3．4  进程控制79
3．4．1  执行模式79
3．4．2  进程创建80
3．4．3  进程切换81
3．5  操作系统的执行82
3．5．1  无进程内核82
3．5．2  在用户进程内运行83
3．5．3  基于进程的操作系统84
3．6  UNIX SVR4进程管理84
3．6．1  进程状态84
3．6．2  进程描述85
3．6．3  进程控制87
3．7  小结87
3．8  关键术语、复习题和习题88
3．8．1  关键术语88
3．8．2  复习题88
3．8．3  习题88
第4章  线程91
4．1  进程和线程91
4．1．1  多线程91
4．1．2  线程的功能93
4．2  线程分类95
4．2．1  用户级和内核级线程95
4．2．2  其他方案97
4．3  多核和多线程99
4．3．1  多核系统上的软件性能99
4．3．2  应用示例：Valve游戏软件100
4．4  Windows的进程和线程管理101
4．4．1  后台任务管理和应用生命
周期102
4．4．2  Windows进程103
4．4．3  进程对象和线程对象103
4．4．4  多线程104
4．4．5  线程状态104
4．4．6  对操作系统子系统的支持105
4．5  Solaris的线程和SMP管理106
4．5．1  多线程体系结构106
4．5．2  动机106
4．5．3  进程结构107
4．5．4  线程的执行108
4．5．5  把中断当作线程108
4．6  Linux的进程和线程管理109
4．6．1  Linux任务109
4．6．2  Linux线程110
4．6．3  Linux命名空间111
4．7  Android的进程和线程管理112
4．7．1  安卓应用112
4．7．2  活动113
4．7．3  进程和线程114
4．8  Mac OS X的GCD技术114
4．9  小结116
4．10  关键术语、复习题和习题116
4．10．1  关键术语116
4．10．2  复习题116
4．10．3  习题117
第5章  并发：互斥和同步121
5．1  互斥：软件解决方法122
5．1．1  Dekker算法122
5．1．2  Peterson算法125
5．2  并发的原理126
5．2．1  一个简单的例子127
5．2．2  竞争条件128
5．2．3  操作系统关注的问题128
5．2．4  进程的交互128
5．2．5  互斥的要求131
5．3  互斥：硬件的支持131
5．3．1  中断禁用131
5．3．2  专用机器指令132
5．4  信号量133
5．4．1  互斥136
5．4．2  生产者/消费者问题137
5．4．3  信号量的实现142
5．5  管程142
5．5．1  使用信号的管程142
5．5．2  使用通知和广播的管程145
5．6  消息传递146
5．6．1  同步147
5．6．2  寻址148
5．6．3  消息格式149
5．6．4  排队原则149
5．6．5  互斥149
5．7  读者/写者问题150
5．7．1  读者优先151
5．7．2  写者优先152
5．8  小结154
5．9  关键术语、复习题和习题154
5．9．1  关键术语154
5．9．2  复习题154
5．9．3  习题155
第6章  并发：死锁和饥饿164
6．1  死锁原理164
6．1．1  可重用资源167
6．1．2  可消耗资源167
6．1．3  资源分配图168
6．1．4  死锁的条件169
6．2  死锁预防169
6．2．1  互斥170
6．2．2  占有且等待170
6．2．3  不可抢占170
6．2．4  循环等待170
6．3  死锁避免170
6．3．1  进程启动拒绝171
6．3．2  资源分配拒绝171
6．4  死锁检测174
6．4．1  死锁检测算法174
6．4．2  恢复175
6．5  一种综合的死锁策略175
6．6  哲学家就餐问题176
6．6．1  基于信号量的解决方案177
6．6．2  基于管程的解决方案178
6．7  UNIX并发机制178
6．7．1  管道179
6．7．2  消息179
6．7．3  共享内存179
6．7．4  信号量179
6．7．5  信号180
6．8  Linux内核并发机制180
6．8．1  原子操作181
6．8．2  自旋锁182
6．8．3  信号量183
6．8．4  屏障184
6．9  Solaris线程同步原语185
6．9．1  互斥锁186
6．9．2  信号量186
6．9．3  多读者/单写者锁186
6．9．4  条件变量187
6．10  Windows的并发机制187
6．10．1  等待函数187
6．10．2  分派器对象187
6．10．3  临界区188
6．10．4  轻量级读写锁和条件变量188
6．10．5  锁无关同步机制189
6．11  Android进程间通信189
6．12  小结190
6．13  关键术语、复习题和习题190
6．13．1  关键术语190
6．13．2  复习题190
6．13．3  习题191

第三部分  内存

第7章  内存管理196
7．1  内存管理的需求196
7．1．1  重定位196
7．1．2  保护197
7．1．3  共享197
7．1．4  逻辑组织197
7．1．5  物理组织198
7．2  内存分区198
7．2．1  固定分区198
7．2．2  动态分区200
7．2．3  伙伴系统202
7．2．4  重定位203
7．3  分页204
7．4  分段206
7．5  小结207
7．6  关键术语、复习题和习题207
7．6．1  关键术语207
7．6．2  复习题208
7．6．3  习题208
附录7A  加载和链接210
第8章  虚拟内存214
8．1  硬件和控制结构214
8．1．1  局部性和虚拟内存215
8．1．2  分页216
8．1．3  分段222
8．1．4  段页式223
8．1．5  保护和共享224
8．2  操作系统软件224
8．2．1  读取策略225
8．2．2  放置策略226
8．2．3  置换策略226
8．2．4  驻留集管理230
8．2．5  清除策略234
8．2．6  加载控制234
8．3  UNIX和Solaris内存管理235
8．3．1  分页系统235
8．3．2  内核内存分配器237
8．4  Linux内存管理238
8．4．1  虚拟内存239
8．4．2  内核内存分配240
8．5  Windows内存管理240
8．5．1  Windows虚拟地址映射241
8．5．2  Windows分页241
8．5．3  Windows交换242
8．6  Android内存管理242
8．7  小结242
8．8  关键术语、复习题和习题243
8．8．1  关键术语243
8．8．2  复习题243
8．8．3  习题243

第四部分  调度

第9章  单处理器调度248
9．1  处理器调度的类型248
9．1．1  长程调度249
9．1．2  中程调度250
9．1．3  短程调度250
9．2  调度算法250
9．2．1  短程调度规则250
9．2．2  优先级的使用251
9．2．3  选择调度策略252
9．2．4  性能比较258
9．2．5  公平共享调度261
9．3  传统的UNIX调度263
9．4  小结264
9．5  关键术语、复习题和习题264
9．5．1  关键术语264
9．5．2  复习题264
9．5．3  习题265
第10章  多处理器、多核和实时调度268
10．1  多处理器和多核调度268
10．1．1  粒度268
10．1．2  设计问题269
10．1．3  进程调度270
10．1．4  线程调度271
10．1．5  多核线程调度275
10．2  实时调度276
10．2．1  背景276
10．2．2  实时操作系统的特点276
10．2．3  实时调度278
10．2．4  限期调度279
10．2．5  速率单调调度282
10．2．6  优先级反转284
10．3  Linux调度285
10．3．1  实时调度285
10．3．2  非实时调度286
10．4  UNIX SVR4调度287
10．5  FreeBSD调度程序288
10．5．1  优先级288
10．5．2  对称多处理器与多核支持289
10．6  Windows调度290
10．6．1  进程和线程优先级290
10．6．2  多处理器调度291
10．7  小结291
10．8  关键术语、复习题和习题292
10．8．1  关键术语292
10．8．2  复习题292
10．8．3  习题292

第五部分  输入/输出和文件

第11章  I/O管理和磁盘调度296
11．1  I/O设备296
11．2  I/O功能的组织297
11．2．1  I/O功能的发展297
11．2．2  直接内存访问298
11．3  操作系统设计问题299
11．3．1  设计目标299
11．3．2  I/O功能的逻辑结构300
11．4  I/O缓冲301
11．4．1  单缓冲301
11．4．2  双缓冲302
11．4．3  循环缓冲302
11．4．4  缓冲的作用302
11．5  磁盘调度303
11．5．1  磁盘性能参数303
11．5．2  磁盘调度策略304
11．6  RAID307
11．6．1  RAID级别0310
11．6．2  RAID级别1310
11．6．3  RAID级别2311
11．6．4  RAID级别3311
11．6．5  RAID级别4312
11．6．6  RAID级别5312
11．6．7  RAID级别6312
11．7  磁盘高速缓存313
11．7．1  设计考虑因素313
11．7．2  性能考虑因素314
11．8  UNIX SVR 4 I/O315
11．8．1  缓冲区高速缓冲315
11．8．2  字符队列316
11．8．3  无缓冲I/O316
11．8．4  UNIX设备316
11．9  Linux I/O317
11．9．1  磁盘调度317
11．9．2  Linux页面缓存319
11．10  Windows I/O320
11．10．1  基本I/O机制320
11．10．2  异步I/O和同步I/O320
11．10．3  软件RAID321
11．10．4  卷影复制321
11．10．5  卷加密321
11．11  小结321
11．12  关键术语、复习题和习题322
11．12．1  关键术语322
11．12．2  复习题322
11．12．3  习题322
第12章  文件管理324
12．1  概述324
12．1．1  文件和文件系统324
12．1．2  文件结构325
12．1．3  文件管理系统326
12．2  文件组织和访问327
12．2．1  堆328
12．2．2  顺序文件328
12．2．3  索引顺序文件329
12．2．4  索引文件329
12．2．5  直接文件或散列文件330
12．3  B树330
12．4  文件目录332
12．4．1  内容332
12．4．2  结构333
12．4．3  命名334
12．5  文件共享335
12．5．1  访问权限335
12．5．2  同时访问335
12．6  记录组块336
12．7  辅存管理337
12．7．1  文件分配337
12．7．2  空闲空间管理339
12．7．3  卷341
12．7．4  可靠性341
12．8  UNIX文件管理341
12．8．1  索引节点342
12．8．2  文件分配343
12．8．3  目录344
12．8．4  卷结构344
12．9  Linux虚拟文件系统344
12．9．1  超级块对象345
12．9．2  索引节点对象346
12．9．3  目录项对象346
12．9．4  文件对象346
12．9．5  缓存346
12．10  Windows文件系统347
12．10．1  NTFS的重要特征347
12．10．2  NTFS卷和文件结构347
12．10．3  可恢复性349
12．11  Android文件系统350
12．11．1  文件系统350
12．11．2  SQLite350
12．12  小结351
12．13  关键术语、复习题和习题351
12．13．1  关键术语351
12．13．2  复习题351
12．13．3  习题352

第六部分  嵌入式系统

第13章  嵌入式操作系统354
13．1  嵌入式系统354
13．1．1  嵌入式系统概念354
13．1．2  通用处理器和专用处理器355
13．1．3  微处理器355
13．1．4  微控制器356
13．1．5  深度嵌入式系统357
13．2  嵌入式操作系统的特性357
13．2．1  主环境和目标环境358
13．2．2  开发方法359
13．2．3  适配现有的操作系统359
13．2．4  根据目标建立的嵌入式
操作系统359
13．3  嵌入式Linux360
13．3．1  嵌入式Linux系统的特性360
13．3．2  嵌入式Linux文件系统361
13．3．3  嵌入式Linux的优势361
13．3．4  μClinux362
13．3．5  Android363
13．4  TinyOS364
13．4．1  无线传感器网络364
13．4．2  TinyOS的目标365
13．4．3  TinyOS的组件365
13．4．4  TinyOS的调度程序367
13．4．5  配置示例367
13．4．6  TinyOS的资源接口369
13．5  关键术语、复习题和习题370
13．5．1  关键术语370
13．5．2  复习题370
13．5．3  习题370
第14章  虚拟机372
14．1  虚拟机概念372
14．2  虚拟机管理程序374
14．2．1  虚拟机管理程序374
14．2．2  半虚拟化375
14．2．3  硬件辅助虚拟化376
14．2．4  虚拟设备376
14．3  容器虚拟化377
14．3．1  内核控制组377
14．3．2  容器的概念377
14．3．3  容器文件系统379
14．3．4  微服务380
14．3．5  Docker380
14．4  处理器问题381
14．5  内存管理382
14．6  输入/输出管理383
14．7  VMware ESXi384
14．8  微软Hyper-V与Xen系列385
14．9  Java虚拟机386
14．10  Linux VServer虚拟机架构386
14．10．1  架构387
14．10．2  进程调度387
14．11  小结388
14．12  关键术语、复习题和习题388
14．12．1  关键术语388
14．12．2  复习题389
14．12．3  习题389
第15章  操作系统安全技术390
15．1  入侵者与恶意软件390
15．1．1  系统访问威胁390
15．1．2  应对措施391
15．2  缓冲区溢出392
15．2．1  缓冲区溢出攻击392
15．2．2  编译时防御394
15．2．3  运行时防御396
15．3  访问控制397
15．3．1  文件系统访问控制397
15．3．2  访问控制策略399
15．4  UNIX访问控制402
15．4．1  传统UNIX文件访问控制402
15．4．2  UNIX中的访问控制列表403
15．5  操作系统加固404
15．5．1  操作系统安装：初始安装
与后续更新404
15．5．2  删除不必要的服务、应用
与协议405
15．5．3  对用户、组和认证过程
进行配置405
15．5．4  对资源控制进行配置405
15．5．5  安装额外的安全控制工具406
15．5．6  对系统安全进行测试406
15．6  安全性维护406
15．6．1  记录日志406
15．6．2  数据备份和存档407
15．7  Windows安全性407
15．7．1  访问控制方案407
15．7．2  访问令牌408
15．7．3  安全描述符408
15．8  小结410
15．9  关键术语、复习题和习题411
15．9．1  关键术语411
15．9．2  复习题411
15．9．3  习题411
第16章  云与物联网操作系统413
16．1  云计算413
16．1．1  云计算要素413
16．1．2  云服务模型414
16．1．3  云部署模型415
16．1．4  云计算参考架构416
16．2  云操作系统418
16．2．1  基础设施即服务419
16．2．2  云操作系统的需求420
16．2．3  云操作系统的基本架构420
16．2．4  OpenStack424
16．3  物联网428
16．3．1  物联网中的物429
16．3．2  升级换代429
16．3．3  物联网支持设备的组件429
16．3．4  物联网和云环境429
16．4  物联网操作系统431
16．4．1  受限设备431
16．4．2  物联网操作系统的要求432
16．4．3  物联网操作系统架构433
16．4．4  RIOT434
16．5  关键术语和复习题435
16．5．1  关键术语435
16．5．2  复习题436
附录A  并发主题437
附录B  编程和操作系统项目446
参考文献  450