操作系统教程

    第1章  操作系统概论 1
1.1  操作系统的概念  1
1.1.1  操作系统的定义和目标  1
1.1.2  操作系统的形成和发展  2
1.1.3  操作系统的主要特性  5
1.2  操作系统的功能  6
1.2.1  处理器管理  6
1.2.2  存储管理  6
1.2.3  设备管理  7
1.2.4  文件管理  8
1.3  操作系统的接口  8
1.3.1  操作接口和操作命令  9
1.3.2  程序接口与系统调用  9
1.4  操作系统的结构  10
1.4.1  整体式结构  10
1.4.2  层次式结构  11
1.4.3  客户/服务器结构  11
1.4.4  虚拟机结构  11
1.5  流行操作系统简介  12
1.5.1  Windows操作系统  12
1.5.2  UNIX操作系统  13
1.5.3  Linux操作系统  13
1.5.4  iOS操作系统  13
1.5.5  Android操作系统  15
本章小结  15
习题  16
第2章  处理器管理及并发进程  17
2.1  多道程序设计  17
2.1.1  程序的顺序执行  17
2.1.2  程序的并发执行  18
2.1.3  多道程序设计  18
2.1.4  并发程序执行的条件  19
2.2  进程  20
2.2.1  进程的定义及其属性  20
2.2.2  进程的状态及其转换  21
2.2.3  进程控制块  23
2.2.4  进程队列  24
2.3  进程的控制  25
2.3.1  操作系统内核  25
2.3.2  原语  26
2.3.3  进程控制原语  26
2.4  进程调度  28
2.4.1  进程调度简介  28
2.4.2  进程调度的算法  28
2.5  线程及其实现  32
2.5.1  为什么要引入多线程概念  33
2.5.2  多线程环境下的进程和线程  33
2.5.3  多线程的优点及其应用  35
2.5.4  多线程实现的三种方式  36
2.5.5  Java环境下多线程设计举例  37
2.6  并发进程的概念  38
2.6.1  相关进程及其关系  38
2.6.2  与时间有关的错误  39
2.6.3  临界区概念及其管理要求  41
2.6.4  临界区管理的尝试  42
2.6.5  信号量与PV操作  46
2.7  进程的互斥和同步  47
2.7.1  进程的互斥  47
2.7.2  进程的同步  50
2.7.3  进程互斥和同步的关系  59
2.8  管程  60
2.8.1  管程的概念  60
2.8.2  管程的特点及其组成  61
2.8.3  汉森（Brinch Hansen）方法实现管程  62
2.8.4  汉森方法实现管程的实例  63
2.9  进程通信  66
2.9.1  消息传递概述  66
2.9.2  消息传递的两种方式  67
2.9.3  消息传递应用举例  69
2.9.4  信号量机制、管程和消息传递机制的关系  70
2.10  死锁  70
2.10.1  死锁的定义与产生的原因  70
2.10.2  死锁的防止  72
2.10.3  死锁的避免与银行家算法  73
2.10.4  死锁的检测与解除  77
本章小结  78
习题2  79
第3章  存储管理  81
3.1  存储系统的基本概念  81
3.1.1  存储器的分类  81
3.1.2  物理地址和逻辑地址  81
3.1.3  地址重定位和存储保护  82
3.2  存储管理的基本概念  82
3.2.1  存储管理的功能  82
3.2.2  内存扩充技术  83
3.2.3  存储管理的分类  84
3.3  分区存储管理  85
3.3.1  单一连续区  86
3.3.2  固定分区存储管理  86
3.3.3  可变分区存储管理  88
3.4  简单分页存储管理  94
3.4.1  基本原理  94
3.4.2  地址转换  95
3.4.3  相联存储器和快表  97
3.4.4  页的分配与回收  97
3.4.5  页的共享和保护  98
3.4.6  两级和多级页表  98
3.5  简单分段存储管理  100
3.5.1  基本原理  100
3.5.2  地址转换  101
3.5.3  段的共享  102
3.5.4  分段存储管理的优点  103
3.6  虚拟存储管理  104
3.7  请求分页虚拟存储管理  105
3.7.1  基本原理  105
3.7.2  主存页面分配策略  106
3.7.3  页面调入策略  107
3.7.4  页面置换算法  107
3.7.5  缺页中断率分析  109
3.8  请求分段虚拟存储管理  111

3.8.1  基本原理  111
3.8.2  地址转换  112
3.8.3  段的动态链接  112
3.8.4  段的动态增长  113
3.9  请求段页式虚拟存储管理  113
本章小结  113
习题3  113
第4章  设备管理  116
4.1  设备管理概述  116
4.1.1  设备管理的任务与目标  116
4.1.2  设备管理的功能  117
4.1.3  外部设备的分类  117
4.2  设备I/O控制方式  119
4.2.1  程序查询方式  119
4.2.2  中断方式  120
4.2.3  DMA（直接内存存取）方式  120
4.2.4  I/O通道控制方式  121
4.3  设备I/O软件原理  123
4.3.1  I/O软件的目标  124
4.3.2  I/O中断处理程序  124
4.3.3  设备驱动程序  125
4.3.4  与设备无关的I/O软件  125
4.3.5  用户级的I/O软件  125
4.4  缓冲技术  126
4.4.1  单缓冲技术  127
4.4.2  双缓冲技术  127
4.4.3  多缓冲技术  127
4.4.4  缓冲池技术  128
4.5  外围的设备分配、回收与启动  128
4.5.1  设备类相对号和绝对号  128
4.5.2  外部设备的分配和回收  129
4.6  磁盘驱动调度  130
4.6.1  磁盘结构  131
4.6.2  磁盘调度  132
4.6.3  磁盘移臂调度  133
4.6.4  磁盘的旋转调度  134
4.7  虚拟设备  136
4.7.1  脱机工作方式  136

4.7.2  Spooling技术  137
4.7.3  虚拟设备  138
本章小结  138
习题4  139
第5章  文件管理  141
5.1  文件系统  141
5.1.1  文件和文件系统  141
5.1.2  文件的分类  142
5.1.3  文件系统的功能  143
5.2  文件目录  143
5.2.1  目录内容  144
5.2.2  目录结构  144
5.3  文件结构与存取方法  147
5.3.1  文件的逻辑结构及存取方法  147
5.3.2  文件的物理结构及存取方法  148
5.3.3  存储空间管理  151
5.4  文件的使用  152
5.4.1  文件访问  152
5.4.2  文件控制  154
5.4.3  目录管理  155
5.4.4  文件的共享  155
5.5  安全性和保护  156
5.5.1  文件的访问权限  156
5.5.2  文件的存取控制  156
5.5.3  文件的完整性  158
本章小结  158
习题5  158
第6章  Windows和Linux操作系统  160
6.1  Windows 2000/XP操作系统  160
6.1.1  Windows 2000/XP简介  160
6.1.2  Windows操作系统总体架构  161
6.1.3  用户模式和内核模式  165
6.1.4  Windows操作系统和应用程序  167
6.2  Linux操作系统  171
6.2.1  Linux简介  171
6.2.2  Linux Shell  172
6.2.3  vi文本编辑器  174

6.2.4  gcc编译器和gdb调试  177
本章小结  181
习题6  182
附录1  操作系统参考实验项目  183
第一部分  基本实验部分  183
实验1  进程管理  183
实验2  进程调度  184
实验3  存储管理  185
实验4  独占设备的静态分配模拟  185
实验5  文件管理  186
第二部分  创新实验部分（Linux）  187
实验6  more命令实现  187
实验7  文件列表命令实现  191
实验8  文件系统路径命令实现  197
实验9  操作系统引导程序的实现  203
实验10  操作系统内核加载程序的实现  210
附录2  操作系统课程设计参考案例  217
案例1  多线程编程解决进程间同步和互斥问题的实现  217
案例2  固定分区/可变分区管理算法的模拟  220
案例3  页面置换算法的模拟  221
案例4  银行家算法的模拟  228
案例5  移动臂调度算法的模拟  233
案例6  一个简单文件管理器的实现  239
参考文献  245

    操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是计算机系统的核心系统软件。操作系统课程是计算机类专业的核心课程和必修课程，操作系统的原理、相关管理技术和调度策略是计算机应用系统开发专业人员必须掌握的专业知识。本书共分6章，靠前章为操作系统概论，第2章～第5章分别介绍操作系统中处理器管理及并发进程、存储管理、设备管理和文件管理等内容，第6章介绍Windows和Linux操作系统。为方便读者学