計算機操作系統

本書兼顧理論性與實用性，結合計算機類專業卓越工程師的要求編排相應內容。該教材不僅介紹操作系統基礎原理，包括進程管理、內存管理、設備管理、文件管理。針對Windows、Linux與Android三種操作的進程管理、內存管理、設備管理和文件管理的實現技術進行分析與對比，為基於操作系統編程提供理論和技術基礎。結合*研究成果，還介紹了多CPU、多核操作系統，還單獨分析了操作系統的安全與保護技術，同時用一章介紹現代操作系統的*近技術及我國對操作系統的自主創新情況。 ^[1] 

第1章概論

1.1操作系統的定義和功能

1.1.1操作系統的定義

1.1.2操作系統的功能

1.1.3操作系統的特徵

1.2操作系統的發展

1.2.1手工操作階段

1.2.2早期的批處理階段

1.2.3多道批處理系統階段

1.2.4操作系統的分類

1.3操作系統的接口

1.3.1程序接口

1.3.2操作接口

1.4操作系統的設計實現方法

1.4.1操作系統設計與開發概述

1.4.2操作系統的體系結構

1.5典型操作系統概況

1.5.1Windows系列操作系統

1.5.2Linux 系列操作系統

1.5.3Android系列操作系統

1.5.4國產操作系統的發展

小結

習題

第2章進程管理

2.1概述

2.2程序的運行方式

2.2.1程序的順序運行

2.2.2程序的併發運行與並行運行

2.2.3進程概念的引入

2.3進程的特徵與控制

2.3.1進程狀態及轉換

2.3.2進程控制塊

2.3.3進程控制

2.4進程的互斥與同步

2.4.1與時間有關的錯誤

2.4.2臨界資源與臨界區

2.4.3進程同步機制

2.4.4進程同步經典問題

2.5進程通信

2.5.1消息傳遞通信

2.5.2共享內存通信

2.5.3管道通信

2.6進程調度

2.6.1進程調度模型

2.6.2調度算法的選擇/評價準則

2.6.3調度算法

2.6.4多CPU系統中的調度

2.6.5多核CPU中的調度

2.7死鎖

2.7.1死鎖產生的原因

2.7.2死鎖產生的必要條件

2.7.3死鎖的避免

2.7.4檢測與解除

2.8線程的基本概念

2.8.1線程的引入

2.8.2線程與進程的區別與聯繫

2.8.3線程的3種模式

2.9管程的基本概念

2.10Windows 10操作系統中的進程與線程

2.10.1Windows進程

2.10.2Windows線程

2.11Linux操作系統中的進程與線程

2.12Android操作系統中的進程與線程

小結

習題

第3章內存管理

3.1內存管理概述

3.1.1內存管理的功能

3.1.2計算機存儲系統的結構

3.1.3地址的表示與地址轉換

3.1.4覆蓋與交換技術

3.2分區內存管理

3.2.1單一連續內存管理

3.2.2固定分區內存管理

3.2.3可變分區內存管理

3.3頁式存儲管理

3.3.1頁式存儲管理的基本原理

3.3.2頁式存儲管理的內存分配與回收

3.3.3頁式存儲管理的地址轉換

3.3.4快表

3.3.5頁的共享和保護

3.3.6多級頁表

3.4段式存儲管理

3.4.1段式存儲管理的基本原理

3.4.2段式存儲管理的地址轉換和內存保護

3.4.3段的共享

3.4.4分段和分頁的比較

3.4.5段頁式存儲管理

3.5虛擬存儲技術

3.5.1虛擬存儲技術的提出

3.5.2程序的局部性原理

3.5.3虛擬存儲技術的基本思想

3.6請求頁式虛擬存儲管理

3.6.1請求頁式虛擬存儲管理的基本原理

3.6.2請求頁式虛擬存儲管理的硬件支持

3.6.3頁面分配策略與頁面調度算法

3.6.4頁面置換算法

3.6.5影響請求頁式存儲管理性能的因素

3.7請求分段虛擬存儲管理

3.7.1請求分段虛擬存儲管理的基本原理

3.7.2請求分段虛擬存儲管理段的共享和保護

3.7.3請求段頁式虛擬存儲管理

3.8Windows 10 操作系統內存管理技術

3.8.1虛擬地址空間分佈與地址轉換機制

3.8.2虛擬存儲管理

3.8.3Windows操作系統的內存空間分配

3.8.4內存頁面級保護機制

3.9Linux操作系統存儲管理技術

3.9.1Linux操作系統存儲管理概述

3.9.2虛擬地址空間的組織和管理

3.9.3物理內存空間的管理

3.9.4用户態內存的申請與釋放

3.9.5內存的共享和保護

3.9.6交換空間、頁面的換出和調入

3.9.7緩衝機制

3.10Android操作系統內存管理機制

3.11Windows、Linux與Android操作系統內存管理的比較

小結

習題

第4章設備管理

4.1設備管理概述

4.1.1設備分類

4.1.2設備管理的目標、功能和結構

4.2設備控制方法

4.2.1程序循環查詢方式

4.2.2中斷驅動方式

4.2.3直接內存訪問方式

4.2.4通道方式

4.3緩衝技術

4.3.1單緩衝

4.3.2雙緩衝

4.3.3多緩衝

4.4輸入輸出軟件

4.4.1中斷處理程序

4.4.2設備驅動程序

4.4.3設備獨立性程序

4.4.4用户層軟件

4.5設備分配與回收

4.5.1設備信息描述

4.5.2設備分配策略

4.5.3SPOOLing技術

4.5.4設備分配算法

4.5.5設備分配與回收過程

4.6Windows操作系統中的I/O設備管理

4.6.1Windows操作系統中的I/O系統軟件層次結構

4.6.2I/O系統的數據結構

4.6.3I/O的處理過程

4.6.4通用驅動程序

4.6.5USB的新增功能

4.6.6Windows操作系統的設備管理特性

4.7Linux操作系統中的I/O設備管理

4.7.1虛擬文件系統

4.7.2平台總線驅動模型

4.7.3I/O流程

4.8Android操作系統中的I/O設備管理

4.8.1存儲設備類型

4.8.2不可變的設備 ID

4.8.3I/O方式

4.9Windows、Linux與Android操作系統中設備管理的比較

4.9.1Windows與Linux操作系統的設備管理比較

4.9.2Linux與Android操作系統的設備管理比較

小結

習題

第5章文件系統

5.1概述

5.1.1文件的概念

5.1.2文件系統

5.1.3文件的屬性

5.1.4文件的分類

5.1.5文件的使用

5.2文件的組織

5.2.1文件的邏輯結構

5.2.2記錄的成組與分解

5.2.3文件的物理結構

5.2.4文件的存取方法

5.2.5文件存儲空間管理

5.3文件目錄

5.3.1文件目錄的基本概念

5.3.2目錄文件的組織

5.3.3目錄的結構

5.3.4目錄的檢索

5.3.5文件目錄操作

5.4文件系統調用的實現

5.4.1實現系統調用的相關數據結構

5.4.2創建和刪除文件

5.4.3打開和關閉文件

5.4.4文件的讀和寫

5.4.5文件的隨機存取

5.5文件共享

5.5.1靜態共享

5.5.2動態共享

5.6文件系統的體系結構

5.6.1文件系統的層次結構模型

5.6.2文件操作的執行過程

5.6.3虛擬文件系統

5.7Windows 10操作系統的文件系統

5.7.1Windows 10操作系統的文件系統實現模型

5.7.2FAT文件系統原理

5.7.3NTFS文件系統原理和Windows 10操作系統新增特性

5.7.4ReFS文件系統概述

5.8Linux操作系統的文件系統

5.8.1Linux操作系統的虛擬文件系統

5.8.2Ext2文件系統

5.8.3Ext3和Ext4文件系統

5.8.4Linux文件系統的索引節點結構和目錄結構

5.9Android操作系統的文件系統

5.9.1Android操作系統的分區結構

5.9.2YAFFS2文件系統

5.9.3F2FS文件系統

小結

習題

第6章現代操作系統

6.1現代操作系統概述

6.1.1推動現代操作系統發展的主要因素

6.1.2現代操作系統的新特徵

6.2網絡操作系統

6.2.1網絡操作系統的功能和構成

6.2.2流行的網絡操作系統

6.2.3Linux網絡操作系統的實現

6.3多處理機操作系統

6.3.1多處理機系統結構

6.3.2多處理機操作系統的功能與類型

6.3.3多處理機操作系統的進程調度和管理

6.4單CPU多核操作系統

6.5分佈式操作系統與集羣

6.5.1分佈式操作系統的定義、特徵

6.5.2分佈式操作系統的設計

6.5.3標識符系統

6.5.4分佈式文件系統

6.5.5分佈式操作系統的進程管理

6.5.6集羣

6.6嵌入式操作系統

6.6.1嵌入式系統的定義與基本特徵

6.6.2嵌入式操作系統實例

6.7虛擬操作系統

6.7.1虛擬機系統資源管理

6.7.2常見虛擬化系統

6.8移動設備操作系統

6.8.1移動設備操作系統概述

6.8.2移動設備操作系統實例——Android

小結

習題

第7章操作系統的安全與保護

7.1基本概念

7.1.1可用性

7.1.2完整性

7.1.3機密性

7.1.4操作系統的安全等級

7.2操作系統的安全威脅與保護

7.2.1安全威脅的類型

7.2.2操作系統保護層次

7.3系統安全的密碼技術

7.3.1數據加密與解密

7.3.2消息摘要與消息驗證碼

7.3.3數字簽名與公鑰基礎設施

7.4針對操作系統的入侵與防範

7.4.1黑客入侵與防範

7.4.2病毒入侵與防範

7.5Windows操作系統的安全

7.5.1Windows操作系統的安全體系結構

7.5.2Windows 10操作系統的啓動保護技術

7.5.3Windows 10操作系統的運行保護技術

7.6Linux操作系統安全技術

7.6.1訪問控制機制

7.6.2身份驗證模塊

7.6.3安全網絡傳輸

7.6.4強化軟件運行環境

7.6.5防火牆

7.7Android安全技術

小結

習題

參考文獻

林果園，系中國礦業青年學術帶頭人、計算機學院副院長、計算機類專業基礎課“操作系統”的課程負責人，一直擔任“操作系統”的教學和課程建設工作。曾主編版《操作系統》（清華大學出版社）、《信息系統安全》（清華大學出版社）、《操作系統安全》（北京郵電大學出版社）。一直從事計算機操作系統的研究和教學工作，多次參加國家、省級相關科研和教學項目，發表SCI、EI論文40多篇。