操作系統原理與應用實踐（麒麟）

目　　錄
第1章　麒麟操作系統概述 1
1.1　引言 1
1.1.1　操作系統的作用 1
1.1.2　操作系統的分類 2
1.2　操作系統簡史 4
1.2.1　第一代（1945—1955年）：真空管和穿孔卡片 4
1.2.2　第二代（1956—1965年）：晶體管和批處理系統 4
1.2.3　第三代（1966—1980年）：集成電路和多道程序設計 5
1.2.4　第四代（1981—1989年）：個人計算機 5
1.2.5　第五代（1990 年至今）：移動計算機 6
1.3　麒麟操作系統簡介 6
第2章　計算機組成與操作系統結構 8
2.1　處理器架構 8
2.1.1　x86 8
2.1.2　ARM 12
2.2　中斷處理技術 17
2.2.1　中斷的概念 17
2.2.2　中斷的分類 17
2.2.3　中斷系統 18
2.2.4　多中斷的響應與處理 20
2.2.5　內存映射輸入輸出 21
2.2.6　輪詢與中斷 22
2.3　操作系統運行模型（內核架構） 23
2.3.1　單體系統 23
2.3.2　層次式系統 24
2.3.3　微內核 25
2.3.4　客戶端/服務器模型 26
2.3.5　虛擬機 27
2.3.6　外核 29
2.3.7　其他操作系統內核架構 29
2.4　系統調用 31
2.4.1　基本概念 31
2.4.2　系統調用的實現 32
第3章　進程與 CPU 調度 39
3.1.1　進程 39
3.1.2　線程 44
第4章　進程間同步與通信 57
4.1　並發進程及其帶來的主要問題 57
4.1.1　並發程序設計的概念 57
4.1.2　並發進程的制約關系 59
4.1.3　臨界區的概念 61
4.1.4　臨界區管理實現的嘗試 62
4.2　基於硬件的進程同步 64
4.2.1　基本思想 64
4.2.2　Qspinlock 65
4.2.3　NUMA-Aware Qspinlock 70
4.3　內存屏障 74
4.3.1　現代 CPU 對程序執行的影響 74
4.3.2　內存屏障指令 75
4.3.3　內存順序模型 77
4.3.4　麒麟操作系統中內存屏障的應用 77
4.4　信號量與 PV 操作 79
4.4.1　PV 操作與進程互斥 79
4.4.2　PV 操作與進程同步 82
4.4.3　生產者-消費者問題探究 83
4.5　死鎖 87
4.5.1　死鎖的產生 87
4.5.2　死鎖的防止 89
4.5.3　死鎖的避免 90
4.5.4　死鎖的檢測 91
4.6　進程通信 92
4.6.1　進程間通信 92
4.6.2　高級進程通信機制 94
4.7　進程切換過程 96
4.7.1　進程切換 96
4.7.2　案例分析 99
4.8　處理器調度機制與常見算法 108
4.8.1　調度簡介 108
4.8.2　任務調度 109
4.8.3　調度指標 110
4.8.4　調度機制 111
4.8.5　單核調度 114
4.8.6　多核調度 117
第5章　存儲管理 136
5.1　地址重定位與共享保護 136
5.1.1　存儲管理基礎 136
5.1.2　內存訪問：從直接到間接 140
5.2　基於分頁的存儲管理方法 142
5.2.1　頁式存儲管理 142
5.2.2　更快的地址轉換 148
5.2.3　更小的頁表 150
5.3　虛擬存儲管理方法 155
5.3.1　頁式虛擬存儲管理 155
5.3.2　物理內存擴充 156
第6章　I/O 設備管理 168
6.1　計算機設備硬件和軟件 168
6.1.1　I/O 設備 168
6.1.2　I/O 設備分類 168
6.1.3　設備管理的功能 169
6.2　設備識別與分配 169
6.2.1　設備的識別 169
6.2.2　獨占型外設的分配 170
6.3　設備中斷處理 172
6.3.1　I/O 控制方式 172
6.3.2　總線與 I/O 176
6.3.3　設備的中斷處理 178
6.4　設備驅動機制與主流模型 184
6.4.1　共享型外設的驅動 184
6.4.2　設備驅動程序與設備驅動模型 188
第7章　文件系統管理 191
7.1　文件系統概述 191
7.1.1　文件 191
7.1.2　文件系統及其功能 192
7.2　文件與文件目錄 193
7.2.1　文件的存儲 193
7.2.2　文件的邏輯結構 194
7.2.3　記錄的成組與分解 195
7.2.4　文件的物理結構 196
7.2.5　文件目錄 199
7.3　基於 inode 的文件系統 203
7.3.1　inode 與文件 203
7.3.2　文件名與目錄 205
7.3.3　硬鏈接與符號鏈接 207
7.3.4　存儲布局 208
7.4　虛擬文件系統 209
7.4.1　面向文件系統的接口 209
7.4.2　面向應用程序的接口 211
7.4.3　頁緩存、直接 I/O 與內存映射 216
7.4.4　多種文件系統的組織和管理 219
7.4.5　偽文件系統 221
7.5　主流文件系統 222
7.5.1　麒麟操作系統中的文件系統 222
7.5.2　Ext4 文件系統的發展歷程 224
7.5.3　FAT 文件系統 225
7.5.4　NTFS 228
7.5.5　FUSE 與用戶態文件系統 231