第 1章 關于本書的對話 1 第　2章 操作系統(tǒng)介紹　3 2.1　虛擬化CPU　4 2.2　虛擬化內存　6 2.3　并發(fā)　7 2.4　持久性　9 2.5　設計目標　11 2.6　簡單歷史　12 2.7　小結　15 參考資料　15 第　1部分 虛擬化 第3章　關于虛擬化的對話　18 第4章　抽象：進程　19 4.1　抽象：進程　20 4.2　進程API　20 4.3　進程創(chuàng)建：更多細節(jié)　21 4.4　進程狀態(tài)　22 4.5　數(shù)據(jù)結構　24 4.6　小結　25 參考資料　25 作業(yè)　26 問題　26 第5章　插敘：進程API　28 5.1　fork()系統(tǒng)調用　28 5.2　wait()系統(tǒng)調用　29 5.3　最后是exec()系統(tǒng)調用　30 5.4　為什么這樣設計API　32 5.5　其他API　34 5.6　小結　34 參考資料　34 作業(yè)（編碼）　35 問題　35 第6章　機制：受限直接執(zhí)行　37 6.1　基本技巧：受限直接執(zhí)行　37 6.2　問題1：受限制的操作　38 6.3　問題2：在進程之間切換　40 6.4　擔心并發(fā)嗎　44 6.5　小結　45 參考資料　45 作業(yè)（測量）　47 第7章　進程調度：介紹　48 7.1　工作負載假設　48 7.2　調度指標　49 7.3　先進先出（FIFO）　49 7.4　最短任務優(yōu)先（SJF）　50 7.5　最短完成時間優(yōu)先（STCF）　51 7.6　新度量指標：響應時間　52 7.7　輪轉　52 7.8　結合I/O　54 7.9　無法預知　54 7.10　小結　55 參考資料　55 作業(yè)　56 問題　56 第8章　調度：多級反饋隊列　57 8.1　MLFQ：基本規(guī)則　57 8.2　嘗試 #1：如何改變優(yōu)先級　58 8.3　嘗試 #2：提升優(yōu)先級　60 8.4　嘗試 #3：更好的計時方式　61 8.5　MLFQ調優(yōu)及其他問題　61 8.6　MLFQ：小結　62 參考資料　63 作業(yè)　64 問題　64 第9章　調度：比例份額　65 9.1　基本概念：彩票數(shù)表示份額　65 9.2　彩票機制　66 9.3　實現(xiàn)　67 9.4　一個例子　68 9.5　如何分配彩票　68 9.6　為什么不是確定的　69 9.7　小結　70 參考資料　70 作業(yè)　71 問題　71 第　10章 多處理器調度（高級）　73 10.1　背景：多處理器架構　73 10.2　別忘了同步　75 10.3　最后一個問題：緩存親和度　76 10.4　單隊列調度　76 10.5　多隊列調度　77 10.6　Linux 多處理器調度　79 10.7　小結　79 參考資料　79 第　11章 關于CPU虛擬化的總結對話　81 第　12章 關于內存虛擬化的對話　83 第　13章 抽象：地址空間　85 13.1　早期系統(tǒng)　85 13.2　多道程序和時分共享　85 13.3　地址空間　86 13.4　目標　87 13.5　小結　89 參考資料　89 第　14章 插敘：內存操作API　91 14.1　內存類型　91 14.2　malloc()調用　92 14.3　free()調用　93 14.4　常見錯誤　93 14.5　底層操作系統(tǒng)支持　96 14.6　其他調用　97 14.7　小結　97 參考資料　97 作業(yè)（編碼）　98 問題　98 第　15章 機制：地址轉換　100 15.1　假設　101 15.2　一個例子　101 15.3　動態(tài)（基于硬件）重定位　103 15.4　硬件支持：總結　105 15.5　操作系統(tǒng)的問題　105 15.6　小結　108 參考資料　109 作業(yè)　110 問題　110 第　16章 分段　111 16.1　分段：泛化的基址/界限　111 16.2　我們引用哪個段　113 16.3　棧怎么辦　114 16.4　支持共享　114 16.5　細粒度與粗粒度的分段　115 16.6　操作系統(tǒng)支持　115 16.7　小結　117 參考資料　117 作業(yè)　118 問題　119 第　17章 空閑空間管理　120 17.1　假設　120 17.2　底層機制　121 17.3　基本策略　126 17.4　其他方式　128 17.5　小結　130 參考資料　130 作業(yè)　131 問題　131 第　18章 分頁：介紹　132 18.1　一個簡單例子　132 18.2　頁表存在哪里　134 18.3　列表中究竟有什么　135 18.4　分頁：也很慢　136 18.5　內存追蹤　137 18.6　小結　139 參考資料　139 作業(yè)　140 問題　140 第　19章 分頁：快速地址轉換（TLB）　142 19.1　TLB的基本算法　142 19.2　示例：訪問數(shù)組　143 19.3　誰來處理TLB未命中　145 19.4　TLB的內容　146 19.5　上下文切換時對TLB的處理　147 19.6　TLB替換策略　149 19.7　實際系統(tǒng)的TLB表項　149 19.8　小結　150 參考資料　151 作業(yè)（測量）　152 問題　153 第　20章 分頁：較小的表　154 20.1　簡單的解決方案：更大的頁　154 20.2　混合方法：分頁和分段　155 20.3　多級頁表　157 20.4　反向頁表　162 20.5　將頁表交換到磁盤　163 20.6　小結　163 參考資料　163 作業(yè)　164 問題　164 第　21章 超越物理內存：機制　165 21.1　交換空間　165 21.2　存在位　166 21.3　頁錯誤　167 21.4　內存滿了怎么辦　168 21.5　頁錯誤處理流程　168 21.6　交換何時真正發(fā)生　169 21.7　小結　170 參考資料　171 第　22章 超越物理內存：策略　172 22.1　緩存管理　172 22.2　最優(yōu)替換策略　173 22.3　簡單策略：FIFO　175 22.4　另一簡單策略：隨機　176 22.5　利用歷史數(shù)據(jù)：LRU　177 22.6　工作負載示例　178 22.7　實現(xiàn)基于歷史信息的算法　180 22.8　近似LRU　181 22.9　考慮臟頁　182 22.10　其他虛擬內存策略　182 22.11　抖動　183 22.12　小結　183 參考資料　183 作業(yè)　185 問題　185 第　23章 VAX/VMS虛擬內存系統(tǒng)　186 23.1　背景　186 23.2　內存管理硬件　186 23.3　一個真實的地址空間　187 23.4　頁替換　189 23.5　其他漂亮的虛擬內存技巧　190 23.6　小結　191 參考資料　191 第　24章 內存虛擬化總結對話　193 第　2部分 并發(fā) 第　25章 關于并發(fā)的對話　196 第　26章 并發(fā)：介紹　198 26.1　實例：線程創(chuàng)建　199 26.2　為什么更糟糕：共享數(shù)據(jù)　201 26.3　核心問題：不可控的調度　203 26.4　原子性愿望　205 26.5　還有一個問題：等待另一個
線程　206 26.6　小結：為什么操作系統(tǒng)課要研究
并發(fā)　207 參考資料　207 作業(yè)　208 問題　208 第　27章 插敘：線程API　210 27.1　線程創(chuàng)建　210 27.2　線程完成　211 27.3　鎖　214 27.4　條件變量　215 27.5　編譯和運行　217 27.6　小結　217 參考資料　218 第　28章 鎖　219 28.1　鎖的基本思想　219 28.2　Pthread鎖　220 28.3　實現(xiàn)一個鎖　220 28.4　評價鎖　220 28.5　控制中斷　221 28.6　測試并設置指令（原子交換）　222 28.7　實現(xiàn)可用的自旋鎖　223 28.8　評價自旋鎖　225 28.9　比較并交換　225 28.10　鏈接的加載和條件式存儲指令　226 28.11　獲取并增加　228 28.12　自旋過多：怎么辦　229 28.13　簡單方法：讓出來吧，寶貝　229 28.14　使用隊列：休眠替代自旋　230 28.15　不同操作系統(tǒng)，不同實現(xiàn)　232 28.16　兩階段鎖　233 28.17　小結　233 參考資料　233 作業(yè)　235 問題　235 第　29章 基于鎖的并發(fā)數(shù)據(jù)結構　237 29.1　并發(fā)計數(shù)器　237 29.2　并發(fā)鏈表　241 29.3　并發(fā)隊列　244 29.4　并發(fā)散列表　245 29.5　小結　246 參考資料　247 第30章　條件變量　249 30.1　定義和程序　250 30.2　生產者/消費者（有界緩沖區(qū)）
問題　252 30.3　覆蓋條件　260 30.4　小結　261 參考資料　261 第31章　信號量　263 31.1　信號量的定義　263 31.2　二值信號量（鎖）　264 31.3　信號量用作條件變量　266 31.4　生產者/消費者（有界緩沖區(qū)）
問題　268 31.5　讀者—寫者鎖　271 31.6　哲學家就餐問題　273 31.7　如何實現(xiàn)信號量　275 31.8　小結　276 參考資料　276 第32章　常見并發(fā)問題　279 32.1　有哪些類型的缺陷　279 32.2　非死鎖缺陷　280 32.3　死鎖缺陷　282 32.4　小結　288 參考資料　289 第33章　基于事件的并發(fā)（進階）　291 33.1　基本想法：事件循環(huán)　291 33.2　重要API：select()（或poll()）　292 33.3　使用select()　293 33.4　為何更簡單？無須鎖　294 33.5　一個問題：阻塞系統(tǒng)調用　294 33.6　解決方案：異步I/O　294 33.7　另一個問題：狀態(tài)管理　296 33.8　什么事情仍然很難　297 33.9　小結　298 參考資料　298 第34章　并發(fā)的總結對話　300 第3部分　持久性 第35章　關于持久性的對話　302 第36章　I/O設備　303 36.1　系統(tǒng)架構　303 36.2　標準設備　304 36.3　標準協(xié)議　304 36.4　利用中斷減少CPU開銷　305 36.5　利用DMA進行更高效的數(shù)據(jù)
傳送　306 36.6　設備交互的方法　307 36.7　納入操作系統(tǒng)：設備驅動程序　307 36.8　案例研究：簡單的IDE磁盤驅動
程序　309 36.9　歷史記錄　311 36.10　小結　311 參考資料　312 第37章　磁盤驅動器　314 37.1　接口　314 37.2　基本幾何形狀　314 37.3　簡單的磁盤驅動器　315 37.4　I/O時間：用數(shù)學　318 37.5　磁盤調度　320 37.6　小結　323 參考資料　323 作業(yè)　324 問題　324 第38章　廉價冗余磁盤陣列（RAID）　326 38.1　接口和RAID內部　327 38.2　故障模型　327 38.3　如何評估RAID　328 38.4　RAID 0級：條帶化　328 38.5　RAID 1級：鏡像　331 38.6　RAID 4級：通過奇偶校驗節(jié)省
空間　333 38.7　RAID 5級：旋轉奇偶校驗　336 38.8　RAID比較：總結　337 38.9　其他有趣的RAID問題　338 38.10　小結　338 參考資料　339 作業(yè)　340 問題　340 第39章　插敘：文件和目錄　342 39.1　文件和目錄　342 39.2　文件系統(tǒng)接口　343 39.3　創(chuàng)建文件　343 39.4　讀寫文件　344 39.5　讀取和寫入，但不按順序　346 39.6　用fsync()立即寫入　346 39.7　文件重命名　347 39.8　獲取文件信息　348 39.9　刪除文件　349 39.10　創(chuàng)建目錄　349 39.11　讀取目錄　350 39.12　刪除目錄　351 39.13　硬鏈接　351 39.14　符號鏈接　353 39.15　創(chuàng)建并掛載文件系統(tǒng)　354 39.16　總結　355 參考資料　355 作業(yè)　356 問題　356 第40章　文件系統(tǒng)實現(xiàn)　357 40.1　思考方式　357 40.2　整體組織　358 40.3　文件組織：inode　359 40.4　目錄組織　363 40.5　空閑空間管理　364 40.6　訪問路徑：讀取和寫入　364 40.7　緩存和緩沖　367 40.8　小結　369 參考資料　369 作業(yè)　370 問題　371 第41章　局部性和快速文件系統(tǒng)　372 41.1　問題：性能不佳　372 41.2　FFS：磁盤意識是解決方案　373 41.3　組織結構：柱面組　373 41.4　策略：如何分配文件和目錄　374 41.5　測量文件的局部性　375 41.6　大文件例外　376 41.7　關于FFS的其他幾件事　377 41.8　小結　378 參考資料　378 第42章　崩潰一致性：FSCK和日志　380 42.1　一個詳細的例子　380 42.2　解決方案＃1：文件系統(tǒng)檢查
程序　383 42.3　解決方案＃2：日志 （或預寫日志）　384 42.4　解決方案＃3：其他方法　392 42.5　小結　393 參考資料　393 第43章　日志結構文件系統(tǒng)　395 43.1　按順序寫入磁盤　396 43.2　順序而高效地寫入　396 43.3　要緩沖多少　397 43.4　問題：查找inode　398 43.5　通過間接解決方案：inode映射　398 43.6　檢查點區(qū)域　399 43.7　從磁盤讀取文件：回顧　400 43.8　目錄如何　400 43.9　一個新問題：垃圾收集　401 43.10　確定塊的死活　402 43.11　策略問題：要清理哪些塊，
何時清理　403 43.12　崩潰恢復和日志　403 43.13　小結　404 參考資料　404 第44章　數(shù)據(jù)完整性和保護　407 44.1　磁盤故障模式　407 44.2　處理潛在的扇區(qū)錯誤　409 44.3　檢測訛誤：校驗和　409 44.4　使用校驗和　412 44.5　一個新問題：錯誤的寫入　412 44.6　最后一個問題：丟失的寫入　413 44.7　擦凈　413 44.8　校驗和的開銷　414 44.9　小結　414 參考資料　414 第45章　關于持久的總結對話　417 第46章　關于分布式的對話　418 第47章　分布式系統(tǒng)　419 47.1　通信基礎　420 47.2　不可靠的通信層　420 47.3　可靠的通信層　422 47.4　通信抽象　424 47.5　遠程過程調用（RPC）　425 47.6　小結　428 參考資料　429 第48章　Sun的網絡文件系統(tǒng)（NFS）　430 48.1　基本分布式文件系統(tǒng)　430 48.2　交出NFS　431 48.3　關注點：簡單快速的服務器崩潰
恢復　431 48.4　快速崩潰恢復的關鍵：無狀態(tài)　432 48.5　NFSv2協(xié)議　433 48.6　從協(xié)議到分布式文件系統(tǒng)　434 48.7　利用冪等操作處理服務器故障　435 48.8　提高性能：客戶端緩存　437 48.9　緩存一致性問題　437 48.10　評估NFS的緩存一致性　439 48.11　服務器端寫緩沖的隱含意義　439 48.12　小結　440 參考資料　440 第49章　Andrew文件系統(tǒng)（AFS）　442 49.1　AFS版本1　442 49.2　版本1的問題　443 49.3　改進協(xié)議　444 49.4　AFS版本2　444 49.5　緩存一致性　446 49.6　崩潰恢復　447 49.7　AFSv2的擴展性和性能　448 49.8　AFS：其他改進　450 49.9　小結　450 參考資料　451 作業(yè)　452 問題　452 第50章　關于分布式的總結對話　453 附錄A　關于虛擬機監(jiān)視器的對話　454 附錄B　虛擬機監(jiān)視器　455 附錄C　關于監(jiān)視器的對話　466 附錄D　關于實驗室的對話　467 附錄E　實驗室：指南　468 附錄F　實驗室：系統(tǒng)項目　478 附錄G　實驗室：xv6項目　480