操作系统实用教程

　　本书着重讲述操作系统的原理和概念，并且以此来指导操作系统的设计和实现。全书共分8章。第1章概论，介绍操作系统的定义、发展、现状和它在计算机系统中的重要作用。第2章介绍操作系统用户接口，Linux的安装与使用。第3—7章主要讨论操作系统的基本原理和概念，包括进程管理、并发程序设计、存储管理、设备管理、文件管理以及磁盘管理等内容。在阐述基本原理和概念的基础上，为了使读者对操作系统有一个整体概念，将所学知识能融会贯通，每章都从问题的提出开始，进入到对具体操作系统原理的介绍，然后利用Linux相关部分有针对性地进行实例介绍。第8章介绍操作系统的较深入的内容。各章均附有一定数量的习题，并为教师免费提供习题答案和教学用讲稿PPT文件。本书可作为普通高等院校计算机专业的教材或教学参考书，也可作为计算机软件人员的参考书。在计算机网络迅速发展的今天，计算机技术不断地更新和完善，无论是硬件还是软件的变革都会在计算机操作系统的设计技术与使用风格上得到体现。因此，计算机操作系统的教材应该体现出这些变化，才能使教师教得方便，学生学有所得。操作系统是计算机系统配置的所有软件中使用最广泛的基础软件，它在整个计算机系统软件中处于中心地位，也是计算机专业课教学中最重要的环节之一。从操作系统自身角度讲，它不仅很好地体现了计算机日益发展中的软件研究成果，而且也较好地体现了计算机的硬件技术发展及计算机系统结构的发展成果。从计算机用户角度讲，学习使用计算机实际上就是熟悉使用操作系统所提供的用户界面环境。每台计算机都必须安装操作系统，有的甚至不止安装一套。普通用户只需了解操作系统的外部功能，而无须了解其内部实现细节，因此，操作系统如何实现的这些功能对用户来说无关紧要。此时，操作系统被看做是一只只“黑盒子”，因为用户读不到，或读不懂操作系统的源代码，仅需要了解它的外部接口。但是，对于计算机专业的学生，掌握计算机不仅要求会操作它，还要利用计算机去开发各种软件，解决复杂的应用问题。学习操作系统的设计与实现原理，是计算机软件专业的学生全面地了解和掌握系统软件、一般软件设计方法和技术的必不可少的综合课程，也是了解计算机硬件和软件如何衔接的必经之路。然而，操作系统毕竟是所有软件中最复杂的，编制这样的系统涉及的知识面很广，程序员既要有扎实的软件基础知识，又要非常了解系统的硬件接口，难度相当大；而且目前在常用的计算机上都已经有了主流操作系统，所以大多数软件工程师参与编制实际操作系统的机会和经历并不多。为此学习该课程会有两大难处，即原理的抽象性和实验易与实际系统的开发脱节。本书针对这两大难点，从应用出发，适度地介绍操作系统的基本原理和概念，并提供了相应的实践环节。作为计算机专业大学本科生教材，本书根据国内使用计算机的情况，在内容上力图具有一定的先进性和较大的适应性。遵循这一原则，在编写中着重讲述原理、概念和实例。本书的特点之一是简明实用，以操作系统整体构架为指南，采用自顶向下方式的操作系统教学法，使学生尽早熟悉操作系统整体构架并建立起整体概念。这样能够使学生首先在概念上了解本课程的需求是什么，应该提供什么样的技术支持，从而带动学习原理的积极性。本书的特点之二是提供操作系统实验用的全部C语言源程序，并以Linux为例，教练操作系统实验。Linux的出现既是计算机网络发展的产物，也是用户对编写自己的操作系统愿望的体现。本书采用Linux作为实例，主要因为Linux是自由软件，运行在PC机上，硬件条件要求低，且无偿地提供全部的C语言源程序。全书共分8章。第1章阐述什么是操作系统，操作系统的发展和形成过程，以及操作系统的现状和它在计算机系统中的重要作用。第2章介绍操作系统用户接口，主要介绍Linux的系统调用和shell命令解释程序的开发，并且介绍Linux的安装与使用。第3—7章主要讨论操作系统的基本原理和概念，包括进程管理、并发程序设计、存储管理、设备管理、文件管理以及磁盘管理等内容。在阐述基本原理和概念的基础上，为了使读者对操作系统建立一个整体概念，对所学知识能融会贯通，每章都有问题的提出以及对Linux相应部分的介绍。第8章介绍操作系统的较深入的内容，包括多处理机系统、计算机网络、分布式系统、嵌入式系统以及计算机机群计算。本书各章均附有一定数量的习题，帮助读者进一步理解各章内容，并为教师免费提供习题答案和教学用讲稿PPT文件。联系地址为：ljt@tup.tsinghua.edu.cn；电话号码为：（010）62795954。本课程的参考教学时数为56学时，实验为30学时，在阅读本书之前，读者应具有程序设计、计算机组织和系统结构方面的知识。如果读者已熟悉Linux的使用，则可跳过第2章Linux命令部分。本书的第1章、第2章、第3章、第4章由任爱华执笔，林仕鼎参与了第3章的编写。第5章由焦晖执笔，第6章由张茂林执笔，第7章由王雷执笔、第8章由杜悦冬执笔，附录B由王博编写，李鹏、石宏义、孙云峰参加了附录C的撰写工作，全书由任爱华进行统一修改、审校并统稿。限于编者水平，错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

暂缺《操作系统实用教程》作者简介

第1章概论
1.1计算机与操作系统
1.1.1计算机发展简介
1.1.2操作系统的发展
1.1.3存储程序式计算机的结构和特点
1.2操作系统的基本概念
1.2.1操作系统的定义及其在计算机系统中的地位
1.2.2操作系统的功能
1.2.3操作系统的特性及其应解决的基本问题
1.3操作系统的整体框架
1.3.1计算机系统的层次划分
1.3.2操作系统提供抽象的计算环境
1.3.3操作系统的总体结构
1.3.4支撑操作系统的知识框架
1.4从不同角度刻画操作系统
1.4.1用户观点
1.4.2资源管理观点
1.4.3进程观点
1.4.4模块分层观点
1.5安全操作系统
1.5.1主要的安全评价准则
1.5.2可信计算机系统安全评价准则TCSEC
1.5.3安全标准应用分析
1.6小结
1.7习题
第2章操作系统接口
2.1概述
2.1.1系统调用
2.1.2shell命令及其解释程序
2.2Linux的安装
2.2.1安装前的准备
2.2.2建立硬盘分区
2.2.3安装类型
2.2.4安装过程
2.2.5操作系统的安装概念
2.3Linux的使用
2.3.1使用常识
2.3.2文件操作命令
2.3.3文本编辑命令
2.3.4shell的特殊字符
2.3.5进程控制命令
2.3.6网络配置和网络应用工具
2.3.7联机帮助
2.4系统管理
2.4.1超级用户
2.4.2用户和用户组管理
2.4.3文件系统管理
2.4.4Linux源代码文件安置的目录结构
2.5小结
2.6习题
第3章进程机制与并发程序设计
3.1概述
3.2进程的基本概念
3.2.1计算机执行程序的最基本的方式--单道程序的执行
3.2.2多个程序驻留内存--多个程序依次顺序执行
3.2.3进程的概念和结构--多个程序并发执行
3.2.4进程的定义
3.3进程的状态和进程控制块
3.3.1进程的状态及状态变化图
3.3.2进程控制块
3.4进程控制
3.4.1原语
3.4.2进程控制原语
3.5线程的基本概念
3.5.1线程的引入
3.5.2线程与进程的比较
3.6进程调度
3.6.1进程调度的职能
3.6.2进程调度算法
3.6.3调度时的进程状态图
3.7进程通信
3.7.1临界资源和临界区
3.7.2进程的通信方式之一--同步与互斥
3.7.3两上经典的同步／互斥问题
3.7.4结构化的同步／互斥机制--管程
3.7.5进程的通信方式之二--消息缓冲
3.8死锁
3.8.1死锁原因和必要条件
3.8.2预防死锁
3.8.3发现死锁
3.8.4解除死锁
3.9Linux中的进程
3.9.1Linux进程控制块PCB简介
3.9.2进程的创建
3.9.3进程调度
3.9.4进程的退出与消亡
3.9.5相关的系统调用
3.9.6信号
3.9.7信号量与PV操作
3.9.8等待队列
3.9.9管道
3.9.10Linux内核体系结构
3.10并发程序设计实例
3.11小结
3.12习题
第4章存储管理
4.1概述
4.2分区式存储管理
4.2.1地址重定位
4.2.2固定式分区和可变式分区
4.2.3覆盖与交换技术
4.3分页式存储管理
4.3.1虚拟存储器
4.3.2分页式存储管理的实现方法
4.3.3页表和快表
4.3.4页面交换
4.3.5页式存储管理的保护措施
4.3.6工作集模型
4.4分段存储管理
4.4.1分段存储管理的特点
4.4.2段式地址变换
4.4.3扩充段表功能
4.5段页式存储管理
4.6用户编程中的内存管理实例分析
4.7Linux内存管理概述
4.7.1基本思想
4.7.2Linux中的页表
4.7.3内存页的分配和释放
4.7.4内存映射和需求分页
4.7.5内存交换
4.7.6页目录和页表的数据结构表示
4.8小结
4.9习题
第5章输入／输出系统
5.1概述
5.2输入／输出硬件
5.2.1输入／输出设备
5.2.2设备控制器
5.2.3通道
5.2.4存储器直接存取(DMA)设备
5.3输入／输出软件
5.3.1输入／输出软件的作用
5.3.2数据传送控制方式
5.3.3中断处理技术
5.3.4设备驱动程序
5.3.5与设备无关的I／O软件
5.3.6用户层的输入／输出软件
5.3.7设备分配
5.3.8I／O进程控制
5.3.9缓冲技术
5.4Linux输A／输出系统概述
5.4.1Linux输入／输出的过程概述
5.4.2Linux设备管理基础
5.4.3Linux的中断处理
5.4.4设备驱动程序的框架
5.4.5并口打印设备驱动程序
第7章磁盘存储管理
7.1概述
7.2磁盘结构
7.2.1磁盘设备
7.2.2磁盘种类
7.2.3磁盘访问时间
7.3磁盘调度
7.3.1先来先服务FCFS算法
7.3.2最短寻道时间优先SSTF
7.3.3各种扫描算法
7.3.4磁盘调度算法的选择
7.4磁盘格式化
7.5廉价冗余磁盘阵列
7.5.1利用冗余技术提高可靠性
7.5.2利用并行提高性能
7.5.3RAID层次
7.6高速缓存管理
7.6.1磁盘高速缓存的形式
7.6.2数据交付
7.6.3置换算法
7.6.4周期性写回磁盘
7.6.5提高磁盘I／0速度的其他方法
7.7存储可靠性的实现
7.8小结
7.9习题
第8章多机系统与实时系统
8.1多处理机系统
8.1.1硬件结构
8.1.2多处理机操作系统
8.2网络与网络操作系统
8.2.1网络硬件概念
8.2.2网络软件概念
8.2.3网络操作系统
8.3分布式操作系统
8.3.1分布式操作系统的通信机制
8.3.2分布式系统中的互斥
8.3.3分布式系统中的死锁
8.3.4分布式系统中的进程管理
8.4集群系统(Cluster)
8.4.1集群系统的分类
8.4.2集群作业管理技术
8.4.3集群作业管理软件例--LSF
8.5实时操作系统
8.5.1什么是实时操作系统
8.5.2实时操作系统
8.5.3RTLinux的实现原理
8.6小结
8.7习题
附录A实验
附录BLinux常用命令
附录C实时系统.集群.网格和Agent工具简介
参考文献