现代操作系统：原理与实现 PDF 电子书 X0097

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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
) g( g/ ~0 f0 I! v& Z- L, @9 Y0 y
1 z7 I; ?" V, c% K2 r% D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

! V* x' P3 |" |1 y: Q& e编号：166-Java吧资源免费-X0097【Java吧 java8.com】
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6 ~4 m1 f4 q' K- T

" a3 c" }1 V# E7 @& D目录：
/ k( I5 |! y) Y+ c) p1 W' h& i1 C

序言一
序言二
3 t' k0 {, u9 H9 V0 l前言
部分　操作系统基础
3 |! o& @) m4 M5 W  f, _$ p+ B章　操作系统概述 2
7 N* i/ C" W' ^/ c" U2 ~% [' S2 N1.1　简约但不简单：从Hello World说起 2
1.2　什么是操作系统 3
& [9 Z. g9 S" Y! z" F* Z" X1.3　操作系统简史 6
1.3.1　GM-NAA I/O：个（批处理）操作系统 6
/ ?& P( l4 \/ U4 {1.3.2　OS/360：从专用走向通用 6
1.3.3　Multics/UNIX/Linux：分时与多任务 7
1.3.4　macOS/Windows：以人为本的人机交互 8
  v, J: D5 E" M1.4　操作系统接口 9
1.5　ChCore：一个简单的实验操作系统 11
& s, A/ B" H' c5 |$ @9 x  B参考文献 12
; o6 G& N4 t% v" o! g! t第2章　硬件结构 13
2.1　CPU与指令集架构 14
2.1.1　指令集 14
: T; E% U$ I; [4 X0 Z2.1.2　特权级 15
* h7 F4 M* c3 [2.1.3　寄存器 17
5 H9 {* ?2 S6 U" Q" q" a2.2　物理内存与CPU缓存 17
, d" U( O3 n) z2.2.1　缓存结构 18
2.2.2　缓存寻址 19
9 }1 U# r7 V. A* v+ i: K2 G2.3　设备与中断 20
+ N( y) ?$ P8 |, F7 X1 v2.3.1　内存映射输入输出 20
. n4 \5 i8 C3 _# r  e6 G1 i2.3.2　轮询与中断 21
2.4　思考题 22
* h8 Q( B2 v( A* F2 m7 \* ?) R参考文献 22
第3章　操作系统结构 23
3.1　操作系统的机制与策略 24
3.2　操作系统复杂度管理方法 25
3.3　操作系统内核架构 27
. D3 G8 m& g% \' o+ ^  D3.3.1　简要结构 27
3.3.2　宏内核架构 28
3.3.3　微内核架构 30
, x; [, l2 c. {5 k4 ^+ Q; I3.3.4　外核架构 32
3.3.5　其他操作系统内核架构 34
- s! a# R1 z! M6 n/ {: N: Q. K3.4　操作系统框架结构 35
3.4.1　Android系统框架 35
3.4.2　ROS系统框架 37
5 ^  Z$ r$ G1 G3 J/ \: q3.5　思考题 39
; {3 H/ M( S$ `; \参考文献 40 java8.com
4 d! L, X7 _$ ^; V9 G( q2 K. F; N第4章　内存管理 42
4.1　虚拟地址与物理地址 43
4.1.1　初识物理地址与虚拟地址 43
4.1.2　使用虚拟地址访问物理内存 44
4.1.3　分段与分页机制 44
4.2　基于分页的虚拟内存 46
- h5 ]( V  H* S, ]/ c  P4.2.1　AArch64架构下的4级页表 47
- x6 l; m$ U+ m' t, f' m$ E4 T4.2.2　加速地址翻译的重要硬件：TLB 49
4.2.3　换页与缺页异常 52
/ {5 g. S$ y/ R0 x4 d4.2.4　页替换策略 54
* e' F0 m2 m, _% p# Q9 T9 P, c7 v4.2.5　工作集模型 57
4.3　虚拟内存功能 58
4.3.1　共享内存 58
+ t+ ^$ q' j9 Q7 U+ o; j- D4.3.2　写时拷贝 58
+ P! O0 V3 H3 E  v4.3.3　内存去重 60
4.3.4　内存压缩 60
! c, T1 n7 P" X2 Z/ i7 j; Y4.3.5　大页 61
4.4　物理内存分配与管理 62
2 l0 y. q, q( U) k& O8 W4.4.1　目标与评价维度 62
4.4.2　伙伴系统 63
4.4.3　SLAB分配器 65
4.4.4　常用的空闲链表 66
4.4.5　物理内存与CPU缓存 68
5 k0 H+ [: K: U7 O4.5　案例分析：ChCore内存管理机制 70
' g' n) X5 ]# t- u' j- W4.6　思考题 73
. R& S: x. b7 z# ~. ?7 g$ ~, [3 @7 u参考文献 74
第5章　进程与线程 76
) t; l- v; u5 ]: ~3 c3 q5.1　进程 76
5.1.1　进程的状态 76
5.1.2　进程的内存空间布局 78
7 ?6 _6 z1 `0 Z# g0 i5.1.3　进程控制块和上下文切换 79
5.2　案例分析：Linux的进程操作 80
5.2.1　进程的创建：fork 80
5.2.2　进程的执行：exec 84
  s4 t; H& u5 t( j4 X5.2.3　进程管理 85
* r' ^9 n; \1 O( Z; Y5.2.4　讨论：fork过时了吗 89
. x* E/ L# K7 `/ P! Q, q8 }' ?0 U5.3　线程 92
, }# m& |/ o: i6 V5.3.1　多线程的地址空间布局 93
5.3.2　用户态线程与内核态线程 93
5.3.3　线程控制块与线程本地存储 94
5.3.4　线程的基本接口：以POSIX线程库为例 95
% Z! ]* C8 ?. O5 C2 J5.4　案例分析：ChCore的线程上下文 99
& h% H2 }5 f  j) e) @5.4.1　线程的上下文和TCB 99
5.4.2　ChCore中上下文切换的实现 100
: n" h4 g% x! e/ f/ t2 q& x, Y5.5　纤程 102
5.5.1　对纤程的需求：一个简单的例子 103
; o8 }- R% e( e4 P6 i5.5.2　POSIX的纤程支持：ucontext 103
5.5.3　纤程的上下文切换 105
5.6　思考题 106
参考文献 107
第6章　操作系统调度 108
5 v+ b2 `' |( q+ b& K" F' u! j6.1　计算机调度简介 108
. I( H# h6 l1 h  C. O* o6.1.1　操作系统调度 110
6.1.2　调度指标 111
6.2　调度机制 113
, t- v& x7 k  ]+ m6.2.1　长期、中期与短期调度 114
/ A; k' Y9 j( V, g6.2.2　任务调度总览 116
" L+ @. {" ]1 s3 e6.3　单核调度策略 117
6.3.1　经典调度 118
) d* P3 C* |, {/ J8 d" S: z6.3.2　优先级调度 122
6.3.3　公平共享调度 127
, o9 d6 E% M- u# _# T9 {1 v6.3.4　实时调度 133
( e* A0 s1 e8 Y! C6.3.5　其他调度 138
8 q7 c2 [0 w/ m; b6.4　多核调度策略 141
/ V6 [2 O/ T3 H/ ?+ D% ^0 I6.4.1　负载分担 141
6.4.2　协同调度 142
6.4.3　两级调度 144
2 D& V; Z! s% e  Y+ q$ z6.4.4　负载追踪与负载均衡 145
6.4.5　能耗感知调度 148
6.5　调度进阶机制 151
, Z. @( T. T8 }& J$ ?6.5.1　处理器亲和性 152
) B9 }+ |( A+ ]& O6.5.2　调度策略设置 153
6.6　案例分析：现代调度器 155
3 T$ d& D: s7 b( j6.6.1　Linux调度器 155
6.6.2　macOS/iOS调度器 160
- c3 B$ C1 k) ], O3 l3 @6.7　思考题 162
参考文献 163
第7章　进程间通信 165
7.1　进程间通信基础 165
7.1.1　一个简单的进程间通信设计 166
) x3 T; h; i/ V5 b) n7.1.2　数据传递 167
7.1.3　控制流转移 169
4 ^8 \# C8 U1 K" p( Q7.1.4　单向和双向 170
& z9 k8 ~7 B/ ]' `7.1.5　同步和异步 170
7.1.6　超时机制 171
2 k' _" x* J5 T9 g) h7.1.7　通信连接管理 172
' X) m' n6 M7 N, U7.1.8　权限检查 173
9 c5 E3 h2 r% q  X2 X0 ~7.1.9　命名服务 174
* H. Z0 I  r3 ~1 a7.2　宏内核进程间通信 175
7.2.1　管道进程间通信 175
3 j" Y& a4 C+ d5 a8 y7.2.2　System V消息队列 178
7.2.3　System V信号量 179
3 }, f# l7 j! T: n8 R9 N7.2.4　System V共享内存 180
7.2.5　信号进程间通信 181
! G0 A, L7 j* J7.2.6　套接字进程间通信 185
7.3　微内核进程间通信 186
7.3.1　Mach：早期的微内核进程间通信设计 186
7.3.2　L4：围绕进程间通信优化而设计的微内核系统 188
7.3.3　LRPC：迁移线程模型 193
% D! M! D5 ^$ |6 G7.4　案例分析：Android Binder 195
" S3 d0 w9 M. Z8 Q+ W" B, ]7.4.1　背景 195
7.4.2　Binder IPC总览 196
! R' s; S( D% z, Y' p, |7.4.3　Binder IPC内核设计 196
/ P. J1 K2 _/ S. h8 s7.4.4　匿名共享内存 199
+ R4 y6 ?* x: c: J; b7.5　案例分析：ChCore 进程间通信机制 201
7.6　思考题 203
参考文献 203
$ [5 Y  M; R3 [2 O: t8 X第8章　同步原语 206
$ V6 E2 z: n( M5 j" [3 e8.1　互斥锁 209
8.1.1　临界区问题 209
8.1.2　硬件实现：关闭中断 211
8.1.3　软件实现：皮特森算法 211
! U' n2 _1 K. G4 ]  u8.1.4　软硬件协同：使用原子操作实现互斥锁 213
8.2　条件变量 219
8.2.1　条件变量的使用 219
8.2.2　条件变量的实现 222
7 [: ~+ H9 {7 g% u- i* \8.3　信号量 223
8.3.1　信号量的使用 224
4 T7 q+ ]/ y$ Y. M4 H8.3.2　信号量的实现 225
) T1 C& [- {* H) [6 c' W' P8.4　读写锁 229
0 @8 e8 [7 M- C1 N8.4.1　读写锁的使用 229
8.4.2　读写锁的实现 230
8.5　RCU 233
: I+ L3 w( k0 S; E& w" @" [& g' b+ u8.5.1　订阅/发布机制 234
2 l' |+ N" r: G8 r' Q8.5.2　宽限期 236
8.6　管程 237
4 L# @2 D5 Z$ X9 |# v2 E+ i8.7　同步带来的问题 239
) I0 F9 I7 v4 N- t) {* S; U4 h8.7.1　死锁 239
* C% v  m5 E7 [4 Q  D' ]  j8.7.2　活锁 245
8.7.3　优先级反转 246
" e# [& N& F# u3 e8.8　案例分析：Linux中的futex 249
$ j/ u: Z/ i- V8.9　案例分析：ChCore中的同步原语 251
& P% {* u" F4 o! d1 e3 ~+ o1 W8.10　思考题 252
参考文献 254
第9章　文件系统 256
9.1　基于inode的文件系统 257
9.1.1　inode与文件 258
4 R2 f" Q: _! W  [' Z$ e" b4 v% H. P9.1.2　文件名与目录 260
" V7 J# T& }6 [/ J; p9.1.3　硬链接与符号链接 263
9.1.4　存储布局 264
, H) u, Y+ ]7 Y% I; v9.2　虚拟文件系统 266
9.2.1　面向文件系统的接口 266
9.2.2　面向应用程序的接口 270
9.2.3　页缓存、直接I/O与内存映射 277
+ B# m+ C" ~1 n. I" N! \% Q& ~9.2.4　多种文件系统的组织和管理 280
0 `) D4 x. m7 m2 ]8 U: ^7 J9.2.5　伪文件系统 282
9.3　其他文件系统 284
9.3.1　FAT文件系统 284
! L2 ~# V  V; \9.3.2　NTFS 288
9.3.3　FUSE与用户态文件系统 292
2 b7 Z" L* k5 z8 j' x" v5 Q* v9.4　案例分析：ChCore文件系统 294
' a- |( S1 B% }6 G( P9.4.1　ChCore的文件系统架构 294
+ N0 b/ p6 Z7 N  ]$ }+ Z' S8 V9.4.2　内存文件系统 295
( c; C3 s; O$ E& y9.5　思考题 296
参考文献 297
0章　设备管理 299
7 W7 M, V( l. u9 h& @' A2 P10.1　计算机设备的连接和通信 300
10.1.1　设备的连接：总线 300
0 J9 t6 k+ r& L7 }10.1.2　可编程I/O 301
10.1.3　高效数据传输：DMA 301
5 i' I' o! {3 H& `  P10.1.4　设备地址翻译：IOMMU 302
10.2　设备的识别 303
7 _. Z9 n5 h  A! y& @3 D- s10.2.1　设备树 303
10.2.2　ACPI 304
10.3　设备的中断处理 305
/ U9 ^7 z) ]- u0 W9 v10.3.1　中断控制器 305
10.3.2　中断的基本概念 306
10.3.3　中断处理：以Linux上下半部的机制为例 308
10.4　设备驱动与设备驱动模型 313
10.4.1　设备驱动 313
# k3 c+ e. w9 P$ i- V; {6 O# _! h( ^" N10.4.2　设备驱动模型 315
10.5　案例分析：Linux设备驱动模型 315
10.5.1　Linux的设备抽象 315
10.5.2　Linux的设备驱动模型 318
( a& t4 X# Z5 E) M7 m10.5.3　Linux驱动的动态管理 319
10.5.4　Linux的sysfs文件系统 321
10.6　案例分析：L4设备驱动模型 322
5 @# a3 d& U! N2 Z10.7　案例分析：Linux的用户态驱动框架 323
1 R6 Z% Y* r7 N9 d; \) a2 ]3 |10.8　思考题 327
$ S' `4 U& v% E0 y参考文献 327
" a( s) P( M: w) ]/ D  W3 v1章　系统虚拟化 329
11.1　系统虚拟化技术概述 330
0 D1 O: q6 \  n+ z0 T- y% E9 V/ M11.1.1　系统虚拟化及其组成部分 330
5 Y# d) ]/ k) f/ V% A2 F) {11.1.2　虚拟机监控器的类型 331
11.2　CPU虚拟化 332
11.2.1　下陷和模拟 333
11.2.2　可虚拟化架构与不可虚拟化架构 333
) w5 ~* Y! v( Y* {+ U! Z11.2.3　解释执行 334
8 ^$ I$ K9 X2 ?: \6 f6 v6 O11.2.4　动态二进制翻译 335
11.2.5　扫描和翻译 336
11.2.6　半虚拟化技术 337
11.2.7　硬件虚拟化技术 338
11.2.8　小结 340
- |) [  }$ W( P$ {( ~11.3　内存虚拟化 341
# J0 _) D- ?/ ^- O3 v2 p+ M0 [8 O11.3.1　影子页表机制 343
5 V& _9 n% h' f3 d3 n0 L11.3.2　影子页表的缺页异常处理流程 345
% E6 F4 V, n4 X+ m2 c2 F) p3 I& n11.3.3　直接页表映射机制 345
11.3.4　两阶段地址翻译机制 346
% E$ D6 W" Z! ^2 H* D/ m11.3.5　换页和内存气球机制 349
11.3.6　小结 351
11.4　I/O虚拟化 351
% U/ X6 w  e6 [11.4.1　软件模拟方法 352
) D1 c- l+ b! N$ g* j5 c11.4.2　半虚拟化方法 354
; g5 {5 Q1 g2 I( e11.4.3　设备直通：IOMMU和SR-IOV 356
11.4.4　小结 359
11.5　中断虚拟化 360
11.6　案例分析：QEMU/KVM 361
11.6.1　KVM API和一个简单的虚拟机监控器 362
11.6.2　KVM与QEMU 364
11.6.3　KVM内部实现简介 366
11.7　思考题 367
参考文献 367
缩略语 369
! @: m3 B5 q( |7 D2 [6 E3 {在线章节一
第二部分　操作系统进阶
1 l. J4 G) A1 O+ \/ C+ T2章　多核与多处理器
3章　文件系统崩溃一致性
4章　网络协议栈与系统
5章　轻量级虚拟化
0 O& h" Z; N$ c5 q1 o6章　操作系统安全
  ~0 p' M. o' k6 V; k/ W7章　操作系统调测
' S6 d. P/ b8 T, a" H. J2 K, G8章　形式化证明
) X4 P2 F! U8 H% I. V$ p( j第三部分　ChCore课程实验
3 o% f) n" ?3 y9章　实验1：机器启动
8 i5 K. u1 }  i/ Q第20章　实验2：内存管理
) Y2 V) J9 T9 ^, W0 ?: H第21章　实验3：用户进程与异常处理
第22章　实验4：多核处理
+ [* z" R9 _' n9 F0 m0 p* v第23章　实验5：文件系统与Shell
第24章　实验6：进阶实践

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