操作系统原理与实践

中国水利水电出版社

【作者】柯敏毅李浩主编

【I S B N 】978-7-5084-6892-1

【责任编辑】李炎

【适用读者群】本科

【出版时间】2009-10-01

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版

【页数】272

【千字数】

【印张】

【定价】￥28

【丛书】21世纪高等院校规划教材

【备注信息】

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作者集十多年教学实践，并结合最新的《全国硕士研究生入学统一考试计算机专业基础综合考试大纲》和操作系统的最新发展编写而成本书。全书共10章，主要内容包括操作系统概述、作业管理、进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和常见操作系统对上述功能的实现的举例、操作系统安全与保密机制、网络操作系统、实践指导——典型操作系统实验范例。特别增加了4个操作系统的实训和大量的习题，对帮助学生认识操作系统核心内容有重要作用。

本书涵盖操作系统原理的基本内容，并将操作系统的基本原理与实际相结合。在内容取舍、文字描述、习题选择方面力求以面向实践、重在应用、便于教学组织为原则，在章节安排、形式体例、行文风格方面力求做到概念讲解透彻、内容难度适中。本书适合作为高等院校计算机及相关专业的教材，也可供各类大专院校师生参考，同时也可作为报考计算机及相关专业硕士研究生的复习用书。

体现学科最新发展，兼顾考研学生需要，涵盖最新大纲知识点；采用“问题/任务驱动”的编写方式，注重专业技能培养；精选三种常见操作系统典型功能实现，将知识点融于实例中；提供四个典型的操作系统实训，实现原理与实际相结合。

计算机操作系统是计算机系统配置的最重要的软件，在整个计算机系统软件中处于核心地位。操作系统设计的好坏直接决定计算机系统的性能和计算机用户使用计算机的方便程度。所以计算机操作系统是计算机科学技术类专业的重要基础课，也是考研课程。

本书将作为高等院校计算机类专业本科教材使用，内容涵盖了《全国硕士研究生入学统一考试计算机专业基础综合考试》大纲操作系统部分的全部内容，并将操作系统的基本原理与实际相结合。在内容取舍、文字描述、习题选择方面力求以面向实践、重在应用、便于教学组织为原则，在章节安排、形式体例、行文风格方面与传统的理科原理式的课程不同，努力做到概念引出自然、内涵与外延适中、深入浅出。比较适合作为高等院校计算机类专业本科教材，同时也可作为高职高专计算机相关专业的参考书。

本课程参考教学学时为50学时，实验10学时。各章主要内容及课时分配参考建议如下：

第1章概述操作系统的作用、发展历程、功能、特征、硬件环境和模型，建议6学时。

第2章主要介绍作业的基本概念、系统调用和作业调度算法及算法衡量标准，建议4学时。

第3章主要介绍进程的基本概念、进程的调度、进程的同步与互斥、进程通信、死锁概念与处理机制以及线程的概念，建议10学时。

第4章主要介绍存储管理的功能，讲述实存储器和虚拟存储器的各种方式和原理，建议8学时。

第5章设备管理主要介绍输入输出设备的基本概念、功能和控制方式，还介绍了设备的分配技术、缓冲技术和I/O的应用接口概念等，建议6学时。

第6章主要介绍文件、目录和文件系统的基本概念，文件系统的实现，文件共享和保护，以及磁盘的管理，建议8学时。

第7章列举了常见操作系统中的进程管理、内存管理、文件系统和设备管理的具体实现方法，建议4学时。

第8章主要介绍操作系统安全的定义、访问控制技术、数据加密技术和认证系统，建议2学时。

第9章主要介绍网络操作系统的相关概念、网络通信技术、网络资源共享技术和网络文件系统实现方式，建议2学时。

第10章是实践指导，提供了作业调度、进程调度、存储管理和文件管理这4个操作系统常用功能的实验指导。

本课程的前期课程为高级程序设计语言、数据结构、计算机组成和结构，后继课程为数据库理论、分布式操作系统等。

为方便教师使用多媒体教学，本书配有PowerPoint制作的电子教案，可根据教学实际任意修改。需要的教师或学生请到中国水利水电出版社或万水书苑网站免费下载，网址：http://www.waterpub.com.cn/softdown/或http://www.wsbookshow.com。也可与作者（kmy0095@ sina.com）联系，获取更多相关教学资源。

本书由柯敏毅、李浩任主编，安志远、沈华、许卫任副主编。主要编写人员分工如下：柯敏毅编写第1、2、3、10章，李浩编写第4、5章，安志远编写第6章，沈华编写第7章，长江科学院长澳大地自控工程有限公司的许卫编写第8、9章。参加本书编写工作的还有梅清、谢芳、马洪娟、徐小平、宋士银、黄逵中等。

由于作者水平有限，错误与不妥之处在所难免，恳请读者与专家批评指正。

序
前言

第1章操作系统概述 1
1.1 存储程序式计算机 1
1.1.1 存储程序式计算机的系统结构 1
1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统 2
1.1.3 作为资源管理的操作系统 2
1.1.4 操作系统的工作框架 2
1.2 操作系统的发展 3
1.2.1 手工操作阶段 3
1.2.2 单道与多道批处理系统 3
1.2.3 分时系统 6
1.2.4 实时系统 7
1.2.5 网络操作系统与分布式操作系统 8
1.2.6 嵌入式操作系统 9
1.3 操作系统的基本概念 10
1.3.1 操作系统的定义 10
1.3.2 操作系统的基本功能 10
1.3.3 操作系统的特征 14
1.4 操作系统的硬件介绍 15
1.4.1 中央处理器（CPU） 15
1.4.2 存储系统 16
1.4.3 中断机制 17
1.4.4 I/O设备 19
1.4.5 时钟 19
1.5 操作系统的逻辑模型 20
1.6 操作系统简介 20
1.6.1 DOS操作系统 20
1.6.2 MS-Windows操作系统 21
1.6.3 UNIX操作系统 21
本章小结 21
习题1 22
第2章作业管理 24
2.1 作业的基本概念 24
2.1.1 作业的形成过程 24
2.1.2 批处理系统作业运行前的准备
——作业控制语言 25
2.1.3 分时系统作业控制方法——
键盘命令 27
2.2 操作系统向作业提供的程序级接口
——系统调用 28
2.2.1 系统功能调用的分类 29
2.2.2 系统功能调用的实现过程描述 29
2.3 单道批处理系统的作业调度 30
2.3.1 作业调度性能的衡量指标 31
2.3.2 先来先服务作业调度算法 31
2.3.3 短作业优先调度算法 32
2.3.4 高响应比优先作业调度算法 32
2.4 多道批处理系统作业调度应考虑的因素 33
本章小结 34
习题2 34
第3章进程管理 36
3.1 进程的概述 36
3.2 进程的引入和定义 37
3.2.1 进程的引入 37
3.2.2 进程的定义 40
3.3 进程的状态和进程控制块 41
3.3.1 进程的状态及状态变化图 41
3.3.2 进程的结构、进程控制块及组织
方式 43
3.4 进程控制 45
3.4.1 原语 46
3.4.2 进程控制原语 46
3.5 线程的基本概念 47
3.5.1 线程的引入 47
3.5.2 线程与进程的关系 48
3.5.3 线程的类型 49
3.5.4 线程的特点 50
3.6 进程调度 50
3.6.1 进程调度的职能 50
3.6.2 进程调度所用的主要数据结构 51
3.6.3 进程调度的方式 51
3.6.4 进程调度算法 51
3.6.5 综合的调度策略——调度用的
进程状态切换图 55
3.7 进程同步与互斥 56
3.7.1 进程互斥 56
3.7.2 互斥用的硬件机制 56
3.7.3 进程同步 57
3.7.4 用信号量实现进程同步 57
3.7.5 三个经典的同步/互斥问题 59
3.7.6 结构化的同步/互斥机制——管程 64
3.8 进程通信 66
3.8.1 共享存储区通信机制 66
3.8.2 消息系统 67
3.8.3 管道通信 69
3.9 死锁问题 70
3.9.1 死锁产生的原因和必要条件 70
3.9.2 预防死锁 72
3.9.3 避免死锁 73
3.9.4 检测与解除死锁 75
本章小结 77
习题3 78
第4章存储管理 82
4.1 存储管理的功能 83
4.1.1 内存的分配与回收 83
4.1.2 地址重定位 84
4.1.3 存储保护 86
4.1.4 虚拟存储器 87
4.2 实存管理 87
4.2.1 固定分区存储管理 87
4.2.2 可变式分区存储管理 88
4.2.3 纯分页存储管理 94
4.2.4 纯分段存储管理 98
4.3 虚拟存储器管理 100
4.3.1 虚拟存储器的概念 100
4.3.2 请求式分页存储管理 101
4.3.3 页面置换算法 105
4.3.4 请求式分页存储管理性能分析举例 108
4.3.5 请求式分段存储管理与动态地址
重定位 111
4.3.6 段页式存储管理与动态地址重定位 114
4.4 碎片与抖动问题 115
本章小结 116
习题4 118
第5章设备管理 121
5.1 设备管理概述 121
5.1.1 设备类型 121
5.1.2 设备管理的任务和功能 122
5.1.3 设备控制块（DCB） 123
5.2 数据传送控制方式 123
5.2.1 程序直接控制方式 124
5.2.2 中断控制方式 124
5.2.3 DMA方式 125
5.2.4 通道控制方式 126
5.3 I/O应用接口 128
5.4 缓冲技术与高速缓存 130
5.4.1 缓冲的引入 130
5.4.2 单缓冲 130
5.4.3 双缓冲 131
5.4.4 环形缓冲 131
5.4.5 缓冲池 132
5.4.6 高速缓存 133
5.5 设备分配技术 134
5.5.1 独享设备的分配 134
5.5.2 共享设备的分配 134
5.5.3 虚拟设备的分配与Spooling技术 135
5.6 I/O进程控制 136
5.6.1 用户进程的输入输出请求 136
5.6.2 设备驱动程序 136
5.6.3 中断处理程序的处理过程 137
5.6.4 I/O调度 137
本章小结 138
习题5 139
第6章文件管理 141
6.1 文件与文件系统 141
6.1.1 文件与文件系统的概念 141
6.1.2 文件的分类、属性及文件系统
的功能 142
6.2 文件的逻辑结构 143
6.2.1 逻辑结构 143
6.2.2 存取方法 143
6.3 文件的物理结构 144
6.3.1 顺序结构 144
6.3.2 链接结构 144
6.3.3 索引结构 145
6.4 文件目录 146
6.4.1 文件控制块和索引节点 146
6.4.2 单级目录结构 148
6.4.3 二级目录结构 148
6.4.4 多级目录结构 149
6.4.5 非循环图形目录结构 150
6.5 文件和目录的操作 151
6.6 文件系统的实现 152
6.6.1 文件系统层次结构 152
6.6.2 文件实现 153
6.6.3 目录实现 156
6.7 文件的共享与保护 158
6.7.1 文件的共享 158
6.7.2 文件保护 161
6.8 文件的完整性 163
6.9 外存空间的管理 163
6.9.1 外存的主要技术参数 164
6.9.2 空闲块的管理 164
6.9.3 分配策略 166
6.10 磁盘组织与管理 166
6.10.1 磁盘结构 166
6.10.2 磁盘的驱动调度 167
6.10.3 磁盘管理 168
本章小结 170
习题6 171
第7章常见操作系统典型功能和实现方法
的举例 174
7.1 Windows NT进程、线程的特点 174
7.1.1 Windows NT进程、线程及对象
之间的关系 174
7.1.2 进程管理程序 175
7.1.3 线程调度 176
7.2 UNIX进程管理 178
7.2.1 UNIX进程状态 178
7.2.2 UNIX进程描述 179
7.2.3 UNIX进程控制 180
7.2.4 UNIX进程调度 180
7.3 UNIX进程通信与同步机制 181
7.4 Windows NT文件系统 182
7.4.1 FAT文件分配表 182
7.4.2 NTFS文件系统 182
7.5 UNIX文件系统索引结构介绍 183
7.6 Linux文件系统 187
7.6.1 EXT2文件系统 187
7.6.2 EXT2索引节点 188
7.6.3 EXT2超级块 189
7.6.4 EXT2中的目录 190
7.7 UNIX NFS文件系统 190
7.8 Windows NT存储管理的二级页表结构 191
7.9 Linux系统的内存管理技术 193
7.10 UNIX内存管理技术 195
7.11 UNIX I/O设备管理 199
7.12 Linux I/O设备管理 199
本章小结 200
习题7 201
第8章操作系统安全与保密机制 203
8.1 概述 203
8.2 访问控制技术 206
8.3 数据加密技术 210
8.4 认证技术 212
8.5 防火墙技术 215
本章小结 215
习题8 216
第9章网络操作系统 217
9.1 网络操作系统概述 217
9.1.1 网络拓扑结构 217
9.1.2 通信与协议 218
9.1.3 网络操作系统功能 220
9.1.4 网络操作系统实现策略 221
9.2 网络通信技术 222
9.2.1 原语通信 222
9.2.2 远程过程调用 225
9.3 网络资源共享技术 228
9.3.1 硬盘共享 228
9.3.2 打印机共享 229
9.3.3 数据和软件资源共享 230
9.4 网络文件系统 231
本章小结 231
习题9 232
第10章实践指导——典型操作系统实验范例 233
参考文献 262

电子教案
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