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建議一齊購買： + NT$ 822 《 精通Linux内核网络 》 + NT$ 573 《 高级C/C++编译技术 》 + NT$ 891 《 CPU自制入门【只需编程基础，从零开始设计和实现CPU】 》 內容簡介： 本书对操作系统的内存管理、进程管理、进程协调和同步、进程间通信、实时时钟管理、设备无关的IO、设备驱动、网络协议、文件系统等进行了详细的介绍，并利用分层的设计范式，以一种有序、易于理解的方式来阐述这些内容。本书以Xinu操作系统为系统设计的样板和模式，从一个裸机开始，一步一步地设计和实现一个小型但优雅的操作系统。本书的样本代码可以运行在Linksys E2100L无线路由器上。 本书适用于高年级的本科生或低年级的研究生，也适用于那些想了解操作系统的计算机从业人员。学习本书前，学生需要具备基本的程序设计能力，应当理解基本的数据结构，包括链表、栈和队列，并且应当用C语言写过程序。 關於作者： Douglas Comer　美国普度大学计算机系杰出教授，国际公认的计算机网络、TCPIP协议、Internet和操作系统设计方面的专家。Comer出版了多部优秀的教材和专著，被翻译成16种语言，并广泛用于世界各地的工业界和学术界。Comer教授划时代的三卷巨著《Internetworking with TCPIP》对网络和网络教育产生了革命性的影响。Comer博士是ACM院士、普度教育学院院士。 目錄： Operating System Design：The Xinu Approach，Linksys Version 出版者的话 译者序 前言 关于作者 第1章　引言和概述1 　1.1　操作系统1 　1.2　本书的研究方法1 　1.3　分层设计2 　1.4　Xinu操作系统3 　1.5　操作系统不是什么3 　1.6　从外面看操作系统4 　1.7　其他章节概要4 　1.8　观点5 　1.9　总结5 　练习5 第2章　并发执行与操作系统服务6 　2.1　引言6 　2.2　多活动的编程模型6 　2.3　操作系统服务7 　2.4　并发处理的概念和术语7 　2.5　串行程序和并发程序的区别8 　2.6　多进程共享同一段代码9 　2.7　进程退出与进程终止11 　2.8　共享内存、竞争条件和同步11 　2.9　信号量与互斥14 　2.10　Xinu中的类型命名方法15 　2.11　使用Kputc和Kprintf进行操作系统的调试16 　2.12　观点16 　2.13　总结16 　练习17 第3章　硬件和运行时环境概览18 　3.1　引言18 　3.2　E2100L的物理和逻辑结构18 　3.3　处理器结构和寄存器19 　3.4　总线操作：获取-存储范式19 　3.5　直接内存访问19 　3.6　总线地址空间20 　3.7　内核段KSEG0和KSEG1的内容20 　3.8　总线启动的静态配置21 　3.9　调用约定和运行时栈21 　3.10　中断和中断处理22 　3.11　异常处理23 　3.12　计时器硬件23 　3.13　串行通信24 　3.14　轮询与中断驱动IO24 　3.15　内存缓存和KSEG124 　3.16　存储布局24 　3.17　内存保护25 　3.18　观点25 　练习25 第4章　链表与队列操作26 　4.1　引言26 　4.2　用于进程链表的统一数据结构26 　4.3　简洁的链表数据结构27 　4.4　队列数据结构的实现28 　4.5　内联队列操作函数29 　4.6　获取链表中进程的基础函数29 　4.7　FIFO队列操作30 　4.8　优先级队列的操作32 　4.9　链表初始化33 　4.10　观点34 　4.11　总结34 　练习35 第5章　调度和上下文切换36 　5.1　引言36 　5.2　进程表36 　5.3　进程状态38 　5.4　就绪和当前状态38 　5.5　调度策略38 　5.6　调度的实现39 　5.7　上下文切换的实现41 　5.8　内存中保存的状态41 　5.9　在MIPS处理器上切换上下文41 　5.10　重新启动进程执行的地址43 　5.11　并发执行和null进程44 　5.12　使进程准备执行和调度不变式44 　5.13　推迟重新调度45 　5.14　其他进程调度算法47 　5.15　观点47 　5.16　总结47 　练习47 第6章　更多进程管理49 　6.1　引言49 　6.2　进程挂起和恢复49 　6.3　自我挂起和信息隐藏49 　6.4　系统调用的概念50 　6.5　禁止中断和恢复中断51 　6.6　系统调用模板51 　6.7　系统调用返回SYSERR和OK值51 　6.8　挂起的实现52 　6.9　挂起当前进程53 　6.10　suspend函数的返回值53 　6.11　进程终止和进程退出54 　6.12　进程创建56 　6.13　其他进程管理函数59 　6.14　总结60 　练习61 第7章　协调并发进程62 　7.1　引言62 　7.2　进程同步的必要性62 　7.3　计数信号量的概念63 　7.4　避免忙等待63 　7.5　信号量策略和进程选择63 　7.6　等待状态64 　7.7　信号量数据结构64 　7.8　系统调用wait65 　7.9　系统调用signal66 　7.10　静态和动态信号量分配66 　7.11　动态信号量的实现示例67 　7.12　信号量删除68 　7.13　信号量重置69 　7.14　多核处理器之间的协调69 　7.15　观点70 　7.16　总结70 　练习71 第8章　消息传递72 　8.1　引言72 　8.2　两种类型的消息传递服务72 　8.3　消息使用资源的限制72 　8.4　消息传递函数和状态转换73 　8.5　send的实现73 　8.6　receive的实现74 　8.7　非阻塞消息接收的实现75 　8.8　观点75 　8.9　总结75 　练习76 第9章　基本内存管理77 　9.1　引言77 　9.2　内存的类型77 　9.3　重量级进程的定义77 　9.4　小型嵌入式系统的内存管理78 　9.5　程序段和内存区域78 　9.6　嵌入式系统中的动态内存分配79 　9.7　低层内存管理器的设计79 　9.8　分配策略和内存持久性80 　9.9　追踪空闲内存80 　9.10　低层内存管理的实现80 　9.11　分配堆存储82 　9.12　分配栈存储83 　9.13　释放堆和栈存储84 　9.14　观点86 　9.15　总结87 　练习87 第10章　高级内存管理和虚拟内存88 　10.1　引言88 　10.2　分区空间分配88 　10.3　缓冲池88 　10.4　分配缓冲区89 　10.5　将缓冲区返回给缓冲池90 　10.6　创建缓冲池91 　10.7　初始化缓冲池表93 　10.8　虚拟内存和内存复用93 　10.9　实地址空间和虚地址空间93 　10.10　支持按需换页的硬件94 　10.11　使用页表的地址翻译95 　10.12　页表项中的元数据95 　10.13　按需换页以及设计上的问题95 　10.14　页面替换和全局时钟算法96 　10.15　观点97 　10.16　总结97 　练习97 第11章　高层消息传递98 　11.1　引言98 　11.2　进程间通信端口98 　11.3　端口实现98 　11.4　端口表初始化99 　11.5　端口创建100 　11.6　向端口发送消息101 　11.7　从端口接收消息102 　11.8　端口的删除和重置103 　11.9　观点106 　11.10　总结106 　练习106 第12章　中断处理107 　12.1　引言107 　12.2　中断的优点107 　12.3　中断分配107 　12.4　中断向量107 　12.5　中断向量号的分配108 　12.6　硬件中断108 　12.7　中断请求的局限性和中断多路复用109 　12.8　中断软件和分配109 　12.9　中断分配器底层部分110 　12.10　中断分配器高层部分112 　12.11　禁止中断114 　12.12　函数中中断代码引起的限制115 　12.13　中断过程中重新调度的必要性115 　12.14　中断过程中的重新调度115 　12.15　观点116 　12.16　总结116 　练习117 第13章　实时时钟管理118 　13.1　引言118 　13.2　定时事件118 　13.3　实时时钟和计时器硬件118 　13.4　处理实时时钟中断119 　13.5　延时与抢占119 　13.6　使用计时器来模拟实时时钟120 　13.7　抢占的实现120 　13.8　使用增量链表对延迟进行有效管理120 　13.9　增量链表的实现121 　13.10　将进程转入睡眠122 　13.11　定时消息接收124 　13.12　唤醒睡眠进程127 　13.13　时钟中断处理127 　13.14　时钟初始化128 　13.15　间隔计时器管理129 　13.16　观点130 　13.17　总结130 　练习130 第14章　设备无关的IO132 　14.1　引言132 　14.2　IO和设备驱动的概念结构132 　14.3　接口抽象和驱动抽象133 　14.4　IO接口的一个示例134 　14.5　打开-读-写-关闭范式134 　14.6　绑定IO操作和设备名134 　14.7　Xinu中的设备名135 　14.8　设备转换表概念135 　14.9　设备和共享驱动的多个副本136 　14.10　高层IO操作的实现138 　14.11　其他高层IO函数138 　14.12　打开、关闭和引用计数141 　14.13　devtab中的空条目和错误条目143 　14.14　IO系统的初始化143 　14.15　观点146 　14.16　总结147 　练习147 第15章　设备驱动示例148 　15.1　引言148 　15.2　tty抽象148 　15.3　tty设备驱动的组成149 　15.4　请求队列和缓冲区149 　15.5　上半部和下半部的同步150 　15.6　硬件缓冲区和驱动设计151 　15.7　tty控制块和数据声明151 　15.8　次设备号153 　15.9　上半部tty字符输入（ttyGetc）153 　15.10　通用上半部tty输入（ttyRead）154 　15.11　上半部tty字符输出（ttyPutc）155 　15.12　开始输出（ttyKickOut）156 　15.13　上半部tty多字符输出（ttyWrite）157 　15.14　下半部tty驱动函数（ttyInterrupt）157 　15.15　输出中断处理（ttyInter_out）159 　15.16　tty输入处理tty Inter-in161 　15.17　tty控制块初始化（ttyInit）166 　15.18　设备驱动控制168 　15.19　观点169 　15.20　总结169 　练习169 第16章　DMA设备和驱动（以太网）171 　16.1　引言171 　16.2　直接内存访问和缓冲区171 　16.3　多缓冲区和环171 　16.4　使用DMA的以太网驱动例子172 　16.5　设备的硬件定义和常量172 　16.6　环和内存缓冲区174 　16.7　以太网控制块的定义175 　16.8　设备和驱动初始化177 　16.9　分配输入缓冲区181 　16.10　从以太网设备中读取数据包182 　16.11　向以太网设备中写入数据包183 　16.12　以太网设备的中断处理185 　16.13　以太网控制函数187 　16.14　观点189 　16.15　总结189 　练习189 第17章　最小互联网协议栈190 　17.1　引言190 　17.2　所需的功能190 　17.3　同步对话、超时和进程191 　17.4　ARP函数192 　17.5　网络数据包的定义198 　17.6　网络输入进程199 　17.7　UDP表的定义202 　17.8　UDP函数203 　17.9　互联网控制报文协议210 　17.10　动态主机配置协议211 　17.11　观点214 　17.12　总结214 　练习214 第18章　远程磁盘驱动215 　18.1　引言215 　18.2　磁盘抽象215 　18.3　磁盘操作驱动支持215 　18.4　块传输和高层IO函数215 　18.5　远程磁盘范式216 　18.6　磁盘操作的语义216 　18.7　驱动数据结构的定义217 　18.8　驱动初始化（rdsInit）221 　18.9　上半部打开函数（rdsOpen）223 　18.10　远程通信函数（rdscomm）224 　18.11　上半部写函数（rdsWrite）226 　18.12　上半部读函数（rdsRead）228 　18.13　刷新挂起的请求231 　18.14　上半部控制函数（rdsControl）231 　18.15　分配磁盘缓冲区（rdsbufalloc）233 　18.16　上半部关闭函数（rdsClose）234 　18.17　下半部通信进程（rdsprocess）235 　18.18　观点239 　18.19　总结239 　练习240 第19章　文件系统241 　19.1　文件系统是什么241 　19.2　文件操作的示例集合241 　19.3　本地文件系统的设计242 　19.4　Xinu文件系统的数据结构242 　19.5　索引管理器的实现243 　19.6　清空索引块（lfibclear）246 　19.7　获取索引块（lfibget）247 　19.8　存储索引块（lfibput）247 　19.9　从空闲链表中分配索引块（lfiballoc）248 　19.10　从空闲链表中分配数据块（lfdballoc）249 　19.11　使用设备无关的IO函数的文件操作250 　19.12　文件系统的设备设置和函数名称251 　19.13　本地文件系统打开函数（lfsOpen）251 　19.14　关闭文件伪设备（lflClose）256 　19.15　刷新磁盘中的数据（lfflush）256 　19.16　文件的批量传输函数（lflWrite,lflRead）257 　19.17　在文件中查找一个新位置（lflSeek）258 　19.18　从文件中提取一个字节（lflGetc）259 　19.19　改变文件中的一个字节（lflPutc）260 　19.20　载入索引块和数据块（lfsetup）261 　19.21　主文件系统设备的初始化（lfsInit）264 　19.22　伪设备的初始化（lflInit）264 　19.23　文件截断（lftruncate）265 　19.24　初始文件系统的创建（lfscreate）267 　19.25　观点269 　19.26　总结269 　练习269 第20章　远程文件机制270 　20.1　引言270 　20.2　远程文件访问270 　20.3　远程文件语义270 　20.4　远程文件设计和消息271 　20.5　远程文件服务器通信276 　20.6　发送一个基本消息278 　20.7　网络字节序279 　20.8　使用设备范式的远程文件系统279 　20.9　打开远程文件280 　20.10　检查文件模式282 　20.11　关闭远程文件283 　20.12　读远程文件284 　20.13　写远程文件286 　20.14　远程文件的定位288 　20.15　远程文件单字符IO288 　20.16　远程文件系统控制函数289 　20.17　初始化远程文件数据结构292 　20.18　观点293 　20.19　总结293 　练习294 第21章　句法名字空间295 　21.1　引言295 　21.2　透明与名字空间的抽象295 　21.3　多种命名方案295 　21.4　命名系统设计的其他方案296 　21.5　基于句法的名字空间296 　21.6　模式和替换297 　21.7　前缀模式297 　21.8　名字空间的实现297 　21.9　名字空间的数据结构和常量297 　21.10　增加名字空间前缀表的映射298 　21.11　使用前缀表进行名字映射299 　21.12　打开命名文件302 　21.13　名字空间初始化303 　21.14　对前缀表中的项进行排序305 　21.15　选择一个逻辑名字空间305 　21.16　默认层次和空前缀305 　21.17　额外的对象操作函数306 　21.18　名字空间方法的优点和限制306 　21.19　广义模式307 　21.20　观点307 　21.21　总结308 　练习308 第22章　系统初始化309 　22.1　引言309 　22.2　引导程序：从头开始309 　22.3　操作系统初始化309 　22.4　在E2100L上启动一个可选的映像310 　22.5　Xinu初始化310 　22.6　系统启动312 　22.7　从程序转化为进程316 　22.8　观点316 　22.9　总结316 　练习316 第23章　异常处理317 　23.1　引言317 　23.2　异常、陷阱和恶意中断317 　23.3　panic的实现317 　23.4　观点318 　23.5　总结318 　练习318 第24章　系统配置319 　24.1　引言319 　24.2　多重配置的需求319 　24.3　Xinu系统配置319 　24.4　Xinu配置文件的内容320 　24.5　计算次设备号321 　24.6　配置Xinu系统的步骤322 　24.7　观点322 　24.8　总结322 　练习322 第25章　一个用户接口例子：Xinu壳323 　25.1　引言323 　25.2　用户接口323 　25.3　命令和设计原则323 　25.4　一个简化壳的设计决策324 　25.5　壳的组织和操作324 　25.6　词法符号的定义324 　25.7　命令行语法的定义325 　25.8　Xinu壳的实现325 　25.9　符号的存储327 　25.10　词法分析器代码327 　25.11　命令解释器的核心330 　25.12　命令名查询和内部处理336 　25.13　传给命令的参数336 　25.14　向外部命令传递参数337 　25.15　IO重定向339 　25.16　示例命令函数（sleep）340 　25.17　观点341 　25.18　总结341 　练习342 附录1　操作系统移植343 附录2　Xinu设计注解349 索引352 內容試閱： 第1章引言和概述 第1章引言和概述 第1章 Operating System Design：The Xinu Approach，Linksys Version 引言和概述 第1章引言和概述 我们的小小系统也有风光的时刻。 ——Alfred，Lord Tennyson 1.1操作系统 每一个智能设备和计算机系统中都隐藏着这么一类软件，它们控制着处理信息、管理资源以及与显示屏、网络、磁盘和打印机等设备通信的工作。总的来说，这些进行控制和协调工作的代码通常叫做执行器、监视器、任务管理器，或者内核，而我们将使用一个更宽泛的术语操作系统。 计算机操作系统是人类创造的最复杂的物体之一：计算机操作系统允许多个计算进程和用户同时共享一个CPU，保护数据免受未经授权的访问，并保持独立输入输出（IO）设备的正确运行。操作系统提供的高级服务都是通过向复杂的硬件发送一系列详细的命令实现的。有趣的是，操作系统并不是从外部控制电脑的独立机制——它还包括一些软件，这些软件由执行应用程序的同一处理器执行。事实上，当处理器运行应用程序的时候，处理器是不能执行操作系统的，反之亦然。 保证操作系统总在应用程序运行结束后重新夺回控制权的安排机制使得操作系统的设计变得非常复杂。操作系统最令人印象深刻的方面来自于服务和硬件之间的不同：操作系统在低级的硬件上提供高级服务。随着本书内容的推进，读者就会理解系统软件处理像串行接口这样简单的设备需要做的事情。而其中的哲学原理很简单：操作系统应该提供让编程更加容易的抽象，而不是反映底层硬1件设备的抽象。因此，我们得出结论： 设计操作系统时，应该隐藏底层的硬件细节，并创建一个为应用程序提供高级服务的抽象机器。 操作系统的设计并不是人们所熟知的工艺。最初，由于计算机的缺乏和价格的昂贵，只有少数程序员有从事操作系统相关工作的机会。而现在，由于先进的微电子技术降低了制造成本使得微处理器不再昂贵，操作系统便成为一种商品，与此同时也只有少数程序员从事操作系统方面的工作。有趣的是，由于微处理器变得非常便宜，大多数电子设备都是从可编程处理器构建得到，而不是从离散的逻辑构建得到。因此，设计与实现微机和微控制器的软件系统不再是专家的专利，它已成为一个称职的系统程序员必须能胜任的技术。 幸运的是，随着生产新机器的技术的发展，我们对于操作系统的理解也在不断提高。研究人员已经找出了根本问题，制定了设计原则，定义了基本的组件，并设计了组件一起工作的机制。更重要的是，研究人员还定义了一系列的抽象，如文件和当前进程（这些抽象对于所有的操作系统都是相同的），并且已经找到了实现这些抽象的有效方式。最后，我们知道了如何将操作系统的不同组件组织成一个有意义的系统设计与实现。 同早期系统相比，现代操作系统是简洁的、可移植的。设计良好的系统都遵循着将软件分割成一系列基本组件的基本设计模式。因此，现代系统就变得更容易理解和修改，相比早期的系统其处理开销也比较小。 供应商出售的大型商业操作系统通常包括很多额外的软件组件。例如，一个典型的操作系统软件发行版包括编译器、连接器、装载程序、库函数和一系列的应用程序。为了区分这些额外的软件和一个基本的操作系统，我们有时会用内核指代常驻在内存中并且提供诸如并发进程支持等关键性服务的代码。在本书中，操作系统这个术语指的就是内核，而不包括其他附加的功能。一个最小化内核功能的设计有时称为微内核设计。我们的讨论就将集中在微内核上。2 1.2本书的研究方法 本书讲解了如何构建、设计并且实现操作系统的内核。书中使用了工程学方法，而不是仅仅罗列操作系统的特性和抽象地对其进行描述。这种方法向我们展示了每一个抽象是如何建立的，以及如何将这些抽象组织成一个优雅、高效的设计。 这种工程学方法有两个优势。第一，因为本书的内容涵盖操作系统的每一部分，所以读者会看到整个系统如何融合在一起，而不仅仅是一两个部分之间如何交互。第二，由于读者可以得到书中描述的所有部分的源代码，所以任何部分的实现都没有什么神秘的地方——读者可以获得一份系统的副本来检查、修改、工具化、测量、扩展或者将其移植到其他架构。在本书的最后，读者会看到操作系统的每个部分是如何满足设计需求的，以帮助读者理解可选的设计方案。 本书的关注点是实现，这意味着代码是本书的一个重要组成部分。事实上，代码是讨论的核心，必须通过阅读和学习所罗列的程序来欣赏其中的微妙之处和工程中的细节。例子代码都非常精简，这意味着读者可以集中精力在概念的理解上而不需要费力地阅读许多页的代码。但某些练习建议的改进或修改需要读者深入细节或者找到其他方案。熟练的程序员会找到更多方法来改进和扩展我们的系统。 ……

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