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本書是一部系統解析作業系統原理及openEuler核心技術著作。為便於讀者高效學習，本書結合openEuler中的實現代碼，詳細介紹了作業系統的基本原理和核心技術。 全書分為10章：章作業系統概述，介紹了作業系統的基本概念、發展歷史、基本功能、設計目標、發展趨勢，以及openEuler簡介;第2章鯤鵬處理器，介紹了鯤鵬處理器的體系架構、CPU程式設計模型、CPU訪存原理，以及鯤鵬處理器與openEuler;第3章進程與執行緒，介紹了進程的概念、進程描述、進程控制、系統調用、進程切換機制及執行緒；第4章CPU調度，介紹了調度性能指標、常見調度演算法、多核調度策略及CFS調度器；第5章記憶體管理，介紹了虛擬記憶體、分頁機制、位址轉換加速機制、多級頁表及實體記憶體擴充機制；第6章執行緒/進程間通信，介紹了互斥與鎖、自旋鎖、同步與信號量、享記憶體、消息傳遞等機制及記憶體屏障技術；第7章檔案系統，介紹了檔案系統的基本實現、I/O性能優化、崩潰一致性及虛擬檔案系統；第8章跨機器通信，介紹了TCP/IP協定棧、openEuler的網路子系統架構、網路卡驅動程式、通訊端、資料傳輸路徑及新型網路加速技術；第9章系統虛擬化，介紹了虛擬機器監視器的基本概念和基本任務、基於Linux內核的虛擬機器監視器及容器技術；0章openEuler智慧調優——ATune，介紹了ATune的基本原理及其智慧決策和自動調優兩個核心模組的關鍵技術。 本書適合作為廣大高校電腦專業作業系統課程的輔助，也可以作為作業系統內核開發者的自學參考用書。
第1章 作業系統概述00 1.1作業系統的基本概念00 1.2作業系統的發展歷史00 1.2.1手工操作時代00 1.2.2批次處理系統00 1.2.3多道程序系統00 1.2.4分時作業系統00 1.2.5即時操作系統00 1.3作業系統的基本功能00 1.4作業系統的設計目標0 1.5主流作業系統0 1.5.1終端作業系統0 1.5.2伺服器作業系統0 1.6作業系統的發展趨勢0 1.6.1微內核0 1.6.2庫作業系統0 1.6.3外內核0 1.6.4多內核0 1.6.5離散化內核0 1.7openEluer作業系統簡介0 本章小結0 第2章 鯤鵬處理器0 2.1鯤鵬處理器概述0 2.2體系架構0 2.3CPU程式設計模型0 2.3.1中斷與異常0 2.3.2異常級別0 2.3.3寄存器0 2.3.4指令集0 2.4CPU訪存原理0 2.4.1記憶體的層次結構0 2.4.2記憶體0 2.4.3記憶體管理單元0 2.5鯤鵬處理器與openEuler0 本章小結0 第3章 進程與執行緒0 3.1進程的概念0 3.1.1程式： 從原始程式碼到執行0 3.1.2程式的併發執行與進程抽象0 3.2進程的描述0 3.2.1進程控制塊0 3.2.2進程狀態0 3.3進程的控制0 3.3.1進程控制原語0 3.3.2進程創建0 3.3.3程式裝載0 3.3.4進程終止0 3.3.5openEuler中的進程樹0 3.4系統調用0 3.4.1基本概念0 3.4.2系統調用的實現0 3.5進程切換0 3.5.1基本原理0 3.5.2進程切換過程0 3.6執行緒0 3.6.1基本概念0 3.6.2執行緒模型0 3.6.3openEuler中執行緒的實現 本章小結 openEuler作業系統 目錄 第4章 CPU調度 4.1調度性能指標 4.2常見的調度演算法 4.2.1先進先出 4.2.2短進程優先 4.2.3輪轉調度 4.2.4優先順序調度 4.3多核調度 4.3.1多核調度的背景 4.3.2多核調度策略 4.4CFS調度 4.4.1調度策略和進程類別 4.4.2調度類 4.4.3調度佇列和調度實體 4.4.4CFS調度策略 4.4.5調度過程 本章小結 第5章 記憶體管理 5.1記憶體訪問： 從直接到間接 5.1.1程式中的記憶體訪問 5.1.2虛擬記憶體 5.2分頁 5.2.1基本思想 5.2.2空閒頁框管理 5.2.3位址轉換 5.2.4記憶體存取控制 5.3更快的位址轉換 5.3.1TLB與局部性原理 5.3.2TLB結構 5.3.3TLB替換 5.4更小的頁表 5.4.1多級頁表 5.4.2openEuler中的多級頁表 5.4.3標準大頁 5.5實體記憶體擴充 5.5.1請求調頁 5.5.2交換空間 5.5.3openEuler中頁交換的實現 5.5.4頁置換策略 本章小結 第6章 執行緒/進程間通信 6.1互斥與鎖 6.1.1競態條件 6.1.2原子性與互斥 6.1.3互斥的實現： 控制中斷 6.1.4互斥的實現： 鎖 6.2自旋鎖 6.2.1基本思想 6.2.2Qspinlock 6.2.3NUMAAware Qspinlock 6.3同步與信號量 6.3.1基本思想 6.3.2信號量的實現 6.3.3生產者與消費者問題 6.4享記憶體 6.4.1基本思想 6.4.2享記憶體的實現 6.5消息傳遞 6.5.1基本思想 6.5.2消息傳遞的實現 6.6記憶體屏障 6.6.1現代CPU對程式執行的影響 6.6.2記憶體屏障指令 6.6.3記憶體順序模型 6.6.4openEuler中記憶體屏障的應用 本章小結 第7章 檔案系統 7.1檔案系統概述 7.1.1硬體基礎 7.1.2檔案系統中的基本概念 7.1.3openEuler中的檔案系統 7.1.4Ext4檔案系統的發展歷程 7.2檔案系統的基本實現 7.2.1資料結構及其磁片佈局 7.2.2文件的讀取和寫入 7.3I/O性能優化 7.3.1緩存與緩衝 7.3.2多級索引與Extent 7.4崩潰一致性 7.4.1簡介 7.4.2檔案系統檢查器 7.4.3日誌 7.5虛擬檔案系統 7.5.1簡介 7.5.2資料結構 本章小結 第8章 跨機器通信 8.1電腦網路 8.1.1簡介 8.1.2TCP/IP協議棧 8.2網路子系統 8.2.1硬體視角 8.2.2軟體視角 8.3網路卡驅動程式 8.3.1簡介 8.3.2驅動程式的註冊與登出 8.3.3設備初始化 8.3.4設備的打開與關閉 8.4通訊端 8.4.1簡介 8.4.2Socket的連接 8.4.3資料的傳輸 8.5資料的傳輸路徑 8.5.1資料包文收發的整體流程 8.5.2接收報文的階段： NIC>Rx ring 8.5.3接收報文的第二階段： Rx ring>sk_buff 8.5.4接收報文的第三階段： sk_buff>進程 8.6新型網路加速技術 8.6.1RDMA 8.6.2DPDK 8.6.3智慧網卡 8.6.4SDN 本章小結 第9章 系統虛擬化 9.1虛擬機器監視器 9.1.1基本概念 9.1.2虛擬化的好處 9.1.3虛擬化的類型 9.2基於Linux內核的虛擬機器監視器 9.2.1VHE 9.2.2KVM 9.2.3QEMU 9.2.4Libvirt 9.3CPU虛擬化 9.3.1基本思想 9.3.2受限制的執行 9.3.3上下文切換 9.3.4openEuler中的實現 9.4記憶體虛擬化 9.4.1基本思想 9.4.2位址映射 9.4.3訪存請求截獲 9.4.4openEuler中的實現 9.5I/O虛擬化 9.5.1三個基本任務 9.5.2三種實現方式 9.5.3openEuler中的實現 9.6容器 9.6.1簡介 9.6.2命名空間 9.6.3控制組 9.6.4iSulad容器原理 本章小結 第10章 openEuler智能調優——ATune 10.1基本原理 10.2智慧決策 10.3自動調優 本章小結 參考文獻 附錄A縮略語
張堯學 中國工程院院士，清華大學計算機系教授，湖南省科協主席，教育部軟體工程專業教學指導委員會主任委員。長期從事作業系統、新型網路計算模式、計算機網路等領域研究。以完獲得國家自然科學一等獎1項（2014年），國家技術發明二等獎1項（2004年），國家科學技術進步二等獎2項（2001年和1998年），省部級獎勵5項，何梁何利科學與技術進步獎（2005年）。曾任中南大學校長（2011—2017年）。現擔任Chinese Journal of Electronics主編，曾主編《計算機作業系統》等多本。
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