计算机操作系统教程(第二版)

第二版前言

本书第一版于2001年出版后，得到了许多读者的厚爱。许多高职高专学校使用它作为教材。第二版根据作者教学实践、综合各教材使用单位同行的建议和操作系统的最新发展，在保持第一版原有基本结构不变的前提下，对原书各章节内容作了必要的调整、增删和完善。

主要修订内容包括：

（1）第2章作业管理（原来为操作系统的用户界面）增加了作业调度算法的介绍。

（2）第3章进程管理增加具有静止状态和多种复杂状态的进程状态切换图和避免死锁方法的介绍。

（3）第4章存储管理增加纯分段和段页式存储管理的内容。

（4）第6章文件管理增加对外存空间的寻址方法介绍。

（5）第7章Windows 98中文版的使用整章删除，用“几种常见的操作系统典型功能的实现方法举例”替代。

（6）为方便读者更深入理解教材内容，并考虑到使用本教材的读者参加全国计算机四级等级考试和计算机软件水平考试的需要，第二版各章习题的数量有所增加。

修订后全书共7章，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、文件管理和几种常见的操作系统典型功能的实现方法举例。

本书内容涵盖操作系统原理的基本内容，并与操作系统的基本原理与实际相结合。在内容取舍、文字描述、习题选择方面以力求面向实践、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、寓深奥于浅显。特别适合高职高专计算机相关专业作为教材，同时也可作为各类大专院校师生的参考书。

本课程参考教学学时为60学时，实验10学时。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、网络操作系统等。

为方便教师使用多媒体教学，本书配有电子教案，此教案用PowerPoint制作，使用教师可根据教学实际任意修改。需要的教师请与北京万水电子信息有限公司联系。

本书由柯敏毅主编。沈华（湖北工学院）、徐小平（鄂州大学）、宋士银（山东农业管理干部学院）、黄逵中（武汉电力学校）任副主编。参加本书编写工作的还有马洪娟（山东电子工业学校）、王春枝、陈晓炜、祁卫东（湖北工学院）、覃晓康（恩施职业技术学院）、刘翌南（湖南工业职业技术学院）、龙光涛（贵州电子信息职业技术学院）、李红玲（湖北教育学院）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。

编 者

2003年5月

序
第二版前言
第一版前言
第1章 计算机操作系统概述 1
1.1 存储程序式计算机 1
1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点 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
1.2 操作系统的发展历史 3
1.2.1 无操作系统的计算机 3
1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统 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
1.3 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 11
1.3.3 操作系统的特征 15
1.4 操作系统的逻辑模型 16
1.5 微机操作系统 17
1.5.1 DOS操作系统 17
1.5.2 MS-Windows操作系统 17
1.5.3 UNIX操作系统 17
本章小结 18
习题一 18
第2章 作业管理 19
2.1 用户使用计算机的算题过程 19
2.1.1 作业的形成过程 19
2.1.2 批处理系统作业运行前的准备——作业控制语言 20
2.1.3 分时系统作业控制方法——命令 22
2.2 操作系统向作业提供的程序级接口——系统调用 23
2.2.1 系统功能调用的分类 24
2.2.2 系统功能调用的实现过程描述 25
2.3 单道批处理系统的作业调度 26
2.3.1 作业调度性能的衡量指标 26
2.3.2 先来先服务作业调度算法 26
2.3.3 短作业优先作业调度算法 27
2.3.4 高响应比优先作业调度算法 28
2.4 多道批处理系统作业调度应考虑的因素 29
本章小结 30
习题二 30
第3章 进程管理 31
3.1 引言 31
3.2 进程的引入和定义 32
3.2.1 进程的引入 32
3.2.2 进程的定义 34
3.3 进程的状态和进程控制块 36
3.3.1 进程的状态及状态变化图 36
3.3.2 进程的结构、进程控制块及组织方式 38
3.4 进程控制 40
3.4.1 原语 41
3.4.2 进程控制原语 41
3.5 线程的基本概念 42
3.5.1 线程的引入 43
3.5.2 线程与进程的关系 43
3.5.3 线程的类型 44
3.6 进程调度 46
3.6.1 进程调度的职能 46
3.6.2 进程调度所用的主要数据结构 46
3.6.3 进程调度的方式 47
3.6.4 进程调度算法 47
3.6.5 综合的调度策略——调度用的进程状态切换图 49
3.7 进程通信 50
3.7.1 进程互斥 50
3.7.2 互斥用的硬件机制 51
3.7.3 进程同步 52
3.7.4 用信号量实现进程同步 52
3.7.5 两个经典的同步/互斥问题 54
3.7.6 结构化的同步/互斥机制——管程 57
3.7.7 进程的通信方式之二——消息缓冲 59
3.8 死锁问题 61
3.8.1 死锁产生的原因和必要条件 61
3.8.2 预防死锁 64
3.8.3 避免死锁 65
3.8.4 检测与解除死锁 67
本章小结 69
习题三 69
第4章 存储管理 71
4.1 存储管理的功能 72
4.1.1 内存的分配与回收 72
4.1.2 地址重定位 73
4.1.3 存储保护 75
4.1.4 虚拟存储器 76
4.2 实存管理 77
4.2.1 固定分区存储管理 77
4.2.2 可变式分区存储管理 78
4.2.3 纯分页存储管理 84
4.2.4 纯分段存储管理 88
4.3 虚拟存储器管理 90
4.3.1 虚拟存储器的概念 91
4.3.2 请求式分页存储管理与动态地址重定位 91
4.3.3 页面置换算法 94
4.3.4 请求式分页存储管理性能分析举例 96
4.3.5 请求式分段存储管理与动态地址重定位 99
4.3.6 段页式存储管理与动态地址重定位 102
4.4 碎片与抖动问题 104
本章小结 105
习题四 107
第5章 设备管理 109
5.1 概述 109
5.1.1 设备类型 109
5.1.2 设备管理的任务和功能 110
5.1.3 设备控制块（DCB） 111
5.2 数据传送控制方式 112
5.2.1 程序直接控制方式 112
5.2.2 中断控制方式 112
5.2.3 DMA方式 113
5.2.4 通道控制方式 115
5.3 缓冲技术 117
5.3.1 缓冲的引入 117
5.3.2 单缓冲 117
5.3.3 双缓冲 118
5.3.4 环形缓冲 118
5.3.5 缓冲池 119
5.4 设备分配技术 121
5.4.1 独享设备的分配 121
5.4.2 共享设备的分配 121
5.4.3 虚拟设备的分配与Spooling技术 122
5.5 I/O进程控制 123
5.5.1 用户进程的输入输出请求 123
5.5.2 设备驱动程序 124
5.5.3 中断处理程序的处理过程 125
本章小结 125
习题五 126
第6章 文件管理 127
6.1 文件与文件系统 127
6.1.1 文件与文件系统的概念 127
6.1.2 文件的分类、属性及文件系统的功能 128
6.2 文件的逻辑结构 129
6.2.1 逻辑结构 129
6.2.2 存取方法 129
6.3 文件的物理结构 130
6.3.1 连续结构 130
6.3.2 链接结构 130
6.3.3 索引结构 131
6.4 文件目录 132
6.4.1 单级目录结构 133
6.4.2 二级目录结构 133
6.4.3 多级目录结构 134
6.5 文件的操作 136
6.6 文件的共享与保护 136
6.7 文件的完整性 139
6.8 外存空间的管理 140
6.8.1 外存的主要技术参数 140
6.8.2 空闲块的管理 141
6.8.3 分配策略 143
6.8.4 磁盘的驱动调度 143
本章小结 145
习题六 145
第7章 几种常见操作系统典型功能的实现方法举例 147
7.1 Windows NT进程、线程的特点 147
7.1.1 Windows NT进程、线程及对象之间的关系 147
7.1.2 进程管理程序 149
7.1.3 线程调度 149
7.2 UNIX进程管理 151
7.2.1 UNIX进程状态 151
7.2.2 UNIX进程描述 152
7.2.3 UNIX进程控制 153
7.2.4 UNIX进程调度 153
7.3 UNIX进程通信与同步机制 154
7.4 Windows NT文件系统 155
7.4.1 FAT文件分配表 156
7.4.2 NTFS文件系统 156
7.5 UNIX文件系统索引结构介绍 157
7.6 Linux文件系统 161
7.6.1 EXT2文件系统 162
7.6.2 EXT2索引节点 163
7.6.3 EXT2超级块 164
7.6.4 EXT2中的目录 165
7.7 UNIX NFS文件系统 165
7.8 Windows NT 存储管理的二级页表结构 166
7.9 Linux 系统的内存管理技术 169
7.10 UNIX内存管理技术 171
7.11 UNIX I/O设备管理 174
7.12 Linux I/O设备管理 175
本章小结 176
参考文献 177本书第一版于2001年出版，第二版根据作者教学实践、综合各教材使用单位同行的建议和操作系统的最新发展，在保持第一版原有基本结构不变的前提下，对原书各章节内容作了必要的调整、增删和完善。全书共7章，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、文件管理和几种常见操作系统典型功能的实现方法举例。
本书内容涵盖了操作系统原理的基本内容，并与操作系统的基本原理与实际相结合。在内容取舍、文字描述、习题选择方面以力求面向实践、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料原理式的课程不同，努力做到概念引出自然、内涵与外延适中，深入浅出、寓深奥于浅显。特别适合高职高专计算机相关专业作为教材，同时也可作为各类大专院校师生的参考书。
本书配有电子教案，此教案用PowerPoint制作，使用教师可根据教学实际任意修改。

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