操作系統

操作系統課程是計算機及相關專業的一門主幹課程，主要研究操作系統的基本原理和實現方法，是計算機專業學生知識結構中必不可少的重要組成部分。

全書以UNIX為主線進行講解，並對Solaris、Linux、Windows等操作系統進行穿插分析和介紹。全書共分9章：第1~2章介紹了操作系統的基本概念、特徵、功能、結構，以及操作系統的服務和設計等；第3~4章詳細闡述了進程和線程的基本概念、同步與通信、調度與死鎖；第5章介紹了各種存儲管理方式；第6~7章介紹設備管理和文件管理；第8章對操作系統的保護與安全進行了詳細分析與介紹；第9章介紹了網絡操作系統、分佈式操作系統與嵌入式實時操作系統。每章安排有適量的習題，部分章節還安排了實訓。

第1章 導論1

1.1 操作系統概述1

1.1.1 操作系統的概念2

1.1.2 操作系統的目標2

1.1.3 操作系統的作用3

1.1.4 研究操作系統的

幾種觀點4

1.2 操作系統的發展歷史5

1.2.1 推動操作系統發展的

動力5

1.2.2 操作系統的歷史演變6

1.2.3 操作系統的主要成就11

1.2.4 現代操作系統類型12

1.3 操作系統的特徵和功能15

1.3.1 操作系統的特徵15

1.3.2 操作系統的功能17

1.4 UNIX操作系統概述18

1.4.1 UNIX的歷史18

1.4.2 UNIX的特點19

1.4.3 UNIX的體系結構20

1.4.4 UNIX的用户界面20

小結21

實訓1 安裝Windows 722

實訓2 Windows 7系統管理23

本章習題25

第2章 操作系統結構27

2.1 操作系統服務27

2.1.1 操作系統的用户接口28

2.1.2 操作系統的程序接口29

2.2 操作系統的設計與實現32

2.2.1 設計目標32

2.2.2 設計過程32

2.2.3 設計的實現33

2.3 操作系統結構概述33

2.3.1 計算機系統組織33

2.3.2 計算機系統體系結構34

2.3.3 常見的操作系統結構35

小結38

本章習題38

第3章 進程管理40

3.1 進程的基本概念40

3.1.1 進程的引入40

3.1.2 進程的定義與特徵41

3.1.3 進程的狀態及其轉換42

3.1.4 進程的組成44

3.1.5 進程控制塊45

3.2 進程控制46

3.2.1 進程的創建47

3.2.2 進程的終止48

3.2.3 進程的阻塞與喚醒48

3.2.4 進程的掛起與激活49

3.3 進程同步49

3.3.1 進程同步的基本概念50

3.3.2 進程同步機制51

3.3.3 鎖機制52

3.4 信號量機制52

3.4.1 信號量機制定義53

3.4.2 信號量機制實現互斥55

3.4.3 信號量機制實現同步56

3.4.4 信號量機制實現

資源分配56

3.5 用信號量機制解決經典

進程同步問題58

3.5.1 生產者-消費者問題58

3.5.2 讀者-寫者問題58

3.5.3 哲學家進餐問題59

*3.6 管程機制60

3.6.1 管程的基本概念61

3.6.2 利用管程解決“生產者-

消費者問題”61

3.7 進程通信62

3.7.1 進程通信的類型63

3.7.2 消息傳遞通信63

3.8 線程66

3.8.1 線程的基本概念67

3.8.2 線程間的同步和通信68

3.8.3 線程的實現69

3.9 UNIX的進程管理70

3.9.1 UNIX進程描述70

3.9.2 UNIX進程狀態及其轉換71

3.9.3 UNIX進程控制72

3.9.4 UNIX進程的同步與通信73

小結74

實訓3 Windows 7任務管理器的

進程管理75

本章習題76

第4章 處理機調度與死鎖80

4.1 處理機調度的基本概念80

4.1.1 處理機調度的層次80

4.1.2 調度隊列模型81

4.1.3 調度性能的評價準則83

4.2 作業調度84

4.2.1 作業的概念84

4.2.2 作業狀態及轉換85

4.2.3 作業調度86

4.2.4 作業調度算法87

4.3 進程調度90

4.3.1 進程調度的功能90

4.3.2 進程調度的時機90

4.3.3 進程調度性能評價91

4.3.4 進程調度算法91

4.4 死鎖95

4.4.1 產生死鎖的原因95

4.4.2 產生死鎖的必要條件96

4.4.3 處理死鎖的基本方法96

4.4.4 預防死鎖97

4.5 資源分配圖與死鎖定理98

4.5.1 資源分配圖98

4.5.2 死鎖定理98

4.6 避免死鎖99

4.6.1 系統資源的分配狀態100

4.6.2 單種資源的銀行家

算法100

4.6.3 多種資源的銀行家

算法102

4.7 死鎖的檢測與恢復103

4.7.1 死鎖的檢測時機104

4.7.2 死鎖的檢測方法104

4.7.3 死鎖的解除105

4.7.4 處理死鎖的綜合方法106

4.8 UNIX的進程調度106

小結108

本章習題108

第5章 存儲器管理111

5.1 存儲器管理概述111

5.1.1 存儲器的層次112

5.1.2 存儲管理的目的112

5.1.3 存儲管理的功能112

5.2 分區存儲管理115

5.2.1 單一連續分區存儲

管理115

5.2.2 固定分區存儲管理117

5.2.3 可變分區存儲管理119

5.3 分頁式存儲管理125

5.3.1 分頁式存儲管理的

基本思想125

5.3.2 地址轉換與存儲保護127

5.3.3 內存塊的組織與管理130

5.3.4 分頁式存儲管理的

特點與缺點131

5.4 分段式存儲管理132

5.4.1 分段存儲管理方式的

引入132

5.4.2 分段存儲管理的

基本思想133

5.4.3 段的共享134

5.4.4 分頁與分段的比較134

5.4.5 段頁式存儲管理方式135

5.5 虛擬存儲器的概念136

5.5.1 虛擬存儲器的引入137

5.5.2 虛擬存儲器的實現138

5.6 請求分頁式存儲管理139

5.6.1 請求分頁式存儲管理的

基本思想139

5.6.2 缺頁中斷與地址變換140

5.6.3 頁面淘汰算法142

5.6.4 請求分頁式存儲管理的

優缺點146

5.7 請求分段式存儲管理147

5.7.1 請求分段的實現147

5.7.2 段的共享與保護149

5.7.3 請求段頁式存儲管理150

5.8 UNIX的存儲管理150

5.8.1 交換151

5.8.2 請求分頁152

5.8.3 換頁進程154

小結155

實訓4 提高Windows 7的

內存性能155

本章習題156

第6章 設備管理159

6.1 概述159

6.1.1 設備管理的

目標和功能160

6.1.2 計算機設備的分類160

6.1.3 I/O系統的組成162

6.2 I/O的處理步驟166

6.2.1 I/O系統的層次結構166

6.2.2 I/O中斷處理程序166

6.2.3 設備驅動程序167

6.2.4 I/O管理程序167

6.3 設備的分配與調度算法168

6.3.1 管理設備時的

數據結構169

6.3.2 獨享設備的分配169

6.3.3 共享磁盤的調度171

6.4 數據傳輸的方式176

6.4.1 程序循環測試方式176

6.4.2 中斷驅動I/O控制方式177

6.4.3 直接存儲器存取

（DMA）方式179

6.4.4 通道方式180

6.5 設備管理中的若干技術181

6.5.1 I/O緩衝技術181

6.5.2 虛擬設備與Spooling

技術184

6.6 UNIX的設備管理186

6.6.1 字符設備緩衝區管理186

6.6.2 塊設備緩衝區管理188

小結190

本章習題191

第7章 文件管理193

7.1 文件管理概述193

7.1.1 文件系統的引入193

7.1.2 文件及其分類194

7.1.3 文件系統196

7.2 文件的結構199

7.2.1 文件的邏輯結構與

存取方法199

7.2.2 文件的物理結構與

存儲設備201

7.3 文件管理與目錄結構204

7.3.1 文件控制塊與

索引結點205

7.3.2 文件目錄結構206

7.3.3 “按名存取”的實現208

7.4 文件存儲空間的管理209

7.4.1 位示圖法210

7.4.2 空閒區表法210

7.4.3 空閒鏈表法211

7.5 文件的共享與保護212

7.5.1 文件的共享212

7.5.2 文件的保護和保密213

7.6 UNIX的文件管理215

7.6.1 UNIX文件系統概述215

7.6.2 文件的物理結構216

7.6.3 索引結點的管理217

7.6.4 文件存儲空間的管理218

7.6.5 目錄管理219

小結220

實訓5 優化Windows 7

磁盤子系統220

本章習題222

*第8章 操作系統的保護與安全224

8.1 引言224

8.1.1 系統安全性的內容和

性質225

8.1.2 對系統安全威脅的

類型226

8.1.3 對各類資源的威脅227

8.1.4 信息技術安全評價

公共準則229

8.2 操作系統的安全機制231

8.2.1 標識與鑑別231

8.2.2 可信路徑231

8.2.3 最小特權管理232

8.2.4 訪問控制233

8.2.5 隱蔽通道檢測與控制235

8.2.6 安全審計236

8.3 數據加密技術236

8.3.1 數據加密技術概述236

8.3.2 數字簽名和數字證明書238

8.3.3 網絡加密技術240

8.4 認證技術240

8.4.1 基於口令的身份認證

技術240

8.4.2 基於物理標誌的認證

技術242

8.4.3 基於公開密鑰的認證

技術243

8.5 防火牆技術244

8.5.1 包過濾防火牆244

8.5.2 代理服務技術245

8.5.3 規則檢查防火牆247

8.6 安全操作系統的設計與實現248

8.6.1 操作系統安全設計

原理248

8.6.2 安全策略249

8.6.3 安全模型251

8.6.4 安全體系結構253

小結255

實訓6 Windows 7操作系統的

安全機制255

本章習題257

*第9章 典型操作系統介紹259

9.1 網絡操作系統259

9.1.1 網絡操作系統概述259

9.1.2 網絡操作系統的功能261

9.1.3 網絡操作系統提供的

服務263

9.2 分佈式操作系統264

9.2.1 分佈式系統概述264

9.2.2 分佈式進程通信265

9.2.3 分佈式資源管理266

9.2.4 分佈式進程同步267

9.2.5 分佈式系統中的死鎖267

9.2.6 分佈式文件系統268

9.2.7 分佈式進程遷移269

9.3 嵌入式實時操作系統269

9.3.1 嵌入式系統的基本

概念270

9.3.2 嵌入式操作系統271

9.3.3 μC/OS-II簡介274

小結275

本章習題275

參考文獻 276