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商品簡介
本書全面系統地介紹了現代計算機操作系統的基本理論和最新技術。全書共分為8章，第1章介紹了操作系統的概念、特征和功能、發展歷史、結構和設計的相關問題，并介紹了常用的操作系統產品；第2章介紹了操作系統的生成與引導、向用戶提供的接口和服務；第3、4章詳細介紹了進程和線程的概念、處理器調度、同步和通信機制、調度與死鎖等問題；第5、6、7章分別介紹了操作系統的存儲管理、文件管理和設備管理功能；第8章介紹了操作系統的安全和保護問題。
本書可作為高等院校計算機科學與技術、軟件工程、信息管理等專業本、專科生教材和考研、考證參考書，亦可供從事計算機科學、工程和應用等方面工作的科技人員參考。
本書對應的教學課件和習題答案可以到http://www.tupwk.com.cn/downpage/index.asp網站下載。
目次
目 錄
第1章 操作系統概論 1
1.1 操作系統的概念 1
1.1.1 操作系統的定義 1
1.1.2 操作系統的特征 3
1.1.3 操作系統的功能 4
1.1.4 操作系統的設計目標 8
1.1.5 操作系統的性能指標 9
1.2 操作系統的形成和發展 9
1.2.1 人工操作階段 9
1.2.2 單道批處理 10
1.2.3 多道批處理 10
1.2.4 分時操作系統 12
1.2.5 個人計算機操作系統 13
1.2.6 實時操作系統 14 目 錄
第1章 操作系統概論 1
1.1 操作系統的概念 1
1.1.1 操作系統的定義 1
1.1.2 操作系統的特征 3
1.1.3 操作系統的功能 4
1.1.4 操作系統的設計目標 8
1.1.5 操作系統的性能指標 9
1.2 操作系統的形成和發展 9
1.2.1 人工操作階段 9
1.2.2 單道批處理 10
1.2.3 多道批處理 10
1.2.4 分時操作系統 12
1.2.5 個人計算機操作系統 13
1.2.6 實時操作系統 14
1.2.7 網絡操作系統 16
1.2.8 分布式操作系統 17
1.2.9 操作系統的進一步發展 18
1.3 操作系統的結構 19
1.3.1 整體結構 20
1.3.2 分層結構 21
1.3.3 虛擬機 22
1.3.4 外核 23
1.3.5 客戶機/服務器結構 23
1.4 常用操作系統簡介 24
1.4.1 Windows系列操作系統 24
1.4.2 UNIX和Linux系統 26
1.5 小結 28
1.6 思考練習 28
第2章 操作系統的界面 30
2.1 用戶工作環境 30
2.1.1 用戶環境 30
2.1.2 系統的生成與引導 31
2.1.3 實例分析：Linux系統啟動 34
2.2 操作系統的用戶接口 35
2.2.1 命令接口 35
2.2.2 圖形用戶接口 37
2.2.3 程序接口 37
2.3 操作系統提供的服務 38
2.3.1 操作系統提供的基本服務 38
2.3.2 操作系統提供的公共函數 39
2.4 小結 40
2.5 思考練習 40
第3章 處理器管理 42
3.1 進程的引入 42
3.1.1 程序的順序執行 42
3.1.2 程序的并發執行 43
3.2 進程的概念 44
3.2.1 進程的定義 44
3.2.2 進程的狀態 45
3.2.3 進程控制塊 47
3.3 進程控制 48
3.3.1 進程控制的概念 48
3.3.2 進程控制機構 48
3.3.3 進程創建 49
3.3.4 進程撤銷 50
3.3.5 進程阻塞 50
3.3.6 進程喚醒 50
3.4 線程 50
3.4.1 線程的概念 51
3.4.2 線程的特點與狀態 51
3.4.3 線程的實現 52
3.4.4 多線程模型 52
3.4.5 線程池 54
3.5 處理器調度 54
3.5.1 處理器調度的層次 54
3.5.2 選擇調度算法的準則 56
3.5.3 作業調度 57
3.5.4 進程調度 58
3.6 調度算法 59
3.6.1 先來先服務 59
3.6.2 短作業(進程)優先 60
3.6.3 優先級調度 60
3.6.4 時間片輪轉法 61
3.6.5 多級隊列調度算法 62
3.6.6 多級反饋隊列調度 63
3.6.7 高響應比優先調度 64
3.7 多處理器調度和實時調度 65
3.7.1 多處理器調度 65
3.7.2 實時調度 65
3.8 Linux的進程管理 66
3.8.1 Linux的進程描述符 66
3.8.2 Linux的進程狀態及轉換 68
3.8.3 Linux進程的調度 69
3.8.4 Linux進程的創建和終止 70
3.8.5 Linux的線程管理 71
3.9 小結 72
3.10 思考練習 73
第4章 進程同步與死鎖 75
4.1 進程的同步和互斥 75
4.1.1 進程的同步 75
4.1.2 進程互斥 76
4.1.3 信號量機制 79
4.1.4 信號量的使用方法 84
4.1.5 信號量的應用實例 85
4.2 經典同步問題 87
4.2.1 生產者—消費者問題 87
4.2.2 讀者—寫者問題 89
4.2.3 哲學家進餐問題 91
4.2.4 理發師問題 94
4.3 管程 95
4.3.1 管程的基本概念 96
4.3.2 條件變量 97
4.3.3 使用管程解決生產者—消費者問題 98
4.4 進程通信 99
4.4.1 進程通信的概念 99
4.4.2 進程通信的方式 100
4.4.3 消息傳遞系統 101
4.4.4 消息緩沖隊列通信機制 103
4.4.5 管道通信方式 105
4.4.6 Linux的進程通信 106
4.5 死鎖 111
4.5.1 死鎖的概念 111
4.5.2 死鎖產生的原因和必要條件 112
4.5.3 死鎖的描述—資源分配圖 114
4.5.4 處理死鎖的方法 116
4.6 死鎖的預防和避免 117
4.6.1 死鎖的預防 117
4.6.2 死鎖的避免 118
4.7 死鎖的檢測和解除 124
4.7.1 死鎖的檢測 125
4.7.2 死鎖的解除 127
4.8 小結 128
4.9 思考練習 129
第5章 存儲管理 131
5.1 存儲管理的概念 131
5.1.1 多級存儲結構 132
5.1.2 程序的運行過程 134
5.1.3 存儲管理的任務和功能 136
5.1.4 存儲管理方式 141
5.2 連續內存分配 142
5.2.1 單一連續分配 143
5.2.2 固定分區分配 143
5.2.3 動態分區分配 145
5.2.4 可重定位分區分配 149
5.3 內存不足時的管理 151
5.3.1 覆蓋 151
5.3.2 交換 152
5.4 分頁存儲管理 153
5.4.1 分頁存儲管理的基本原理 153
5.4.2 地址映射 155
5.4.3 頁表的結構 158
5.4.4 頁面的共享 160
5.5 分段存儲管理 161
5.5.1 分段存儲管理方式的引入 161
5.5.2 分段存儲管理的基本原理 162
5.5.3 段的共享和保護 164
5.5.4 段頁式存儲管理 166
5.6 虛擬存儲器 168
5.6.1 虛擬存儲器的引入 168
5.6.2 虛擬存儲器的實現方法 170
5.6.3 虛擬存儲器的特征 170
5.7 請求分頁存儲管理技術 171
5.7.1 請求分頁存儲管理的硬件支持 171
5.7.2 頁面置換算法 173
5.7.3 請求分頁系統內存塊的分配 178
5.7.4 工作集理論和抖動問題 180
5.8 Linux的存儲管理 182
5.8.1 物理內存管理 182
5.8.2 進程虛擬地址空間管理 184
5.9 小結 187
5.10 思考練習 188
第6章 文件管理 190
6.1 文件的概念 190
6.1.1 文件及其分類 190
6.1.2 文件的屬性 193
6.2 文件目錄 193
6.2.1 文件控制塊和文件目錄 194
6.2.2 文件目錄結構 196
6.2.3 目錄的實現 199
6.3 文件和目錄操作 200
6.3.1 文件操作 200
6.3.2 目錄操作 202
6.4 文件的邏輯結構 203
6.4.1 文件邏輯結構的類型 203
6.4.2 順序文件 205
6.4.3 索引文件 205
6.4.4 索引順序文件 206
6.5 文件的物理結構 207
6.5.1 連續文件 207
6.5.2 鏈接文件 208
6.5.3 隨機文件 209
6.5.4 文件物理結構比較 210
6.6 文件存儲空間的分配 210
6.6.1 連續分配 211
6.6.2 鏈接分配 212
6.6.3 索引分配 217
6.7 文件存儲空間的管理 219
6.7.1 空閑文件目錄 219
6.7.2 空閑鏈表法 220
6.7.3 位示圖 222
6.8 文件系統 222
6.8.1 文件系統的結構 222
6.8.2 文件系統的實現 223
6.9 文件的共享和保護 224
6.9.1 文件的共享 224
6.9.2 文件保護 226
6.9.3 文件系統的可靠性 228
6.10 Linux的文件系統 228
6.10.1 虛擬文件系統VFS 228
6.10.2 EXT2文件系統 230
6.11 小結 232
6.12 思考練習 233
第7章 設備管理 235
7.1 設備管理的概念 235
7.1.1 設備的分類 235
7.1.2 設備管理的任務和功能 237
7.1.3 I/O系統結構 238
7.1.4 設備控制器 239
7.2 I/O控制方式 242
7.2.1 程序直接控制方式 242
7.2.2 中斷方式 243
7.2.3 DMA方式 245
7.2.4 通道控制方式 246
7.3 中斷技術 249
7.3.1 中斷的基本概念 249
7.3.2 中斷的作用 249
7.3.3 中斷的分類與優先級 250
7.3.4 軟中斷 251
7.3.5 中斷處理過程 251
7.4 緩沖技術 252
7.4.1 緩沖的引入 252
7.4.2 緩沖的種類 253
7.4.3 緩沖池的管理 254
7.5 設備分配 257
7.5.1 設備分配中的數據結構 257
7.5.2 設備分配的原則 259
7.5.3 SPOOLing系統 260
7.5.4 虛擬設備—— 共享打印機 261
7.5.5 SPOOLing系統的特點 262
7.6 I/O軟件 262
7.6.1 I/O軟件的設計目標和原則 262
7.6.2 I/O中斷處理程序 264
7.6.3 設備驅動程序 264
7.6.4 設備無關軟件 267
7.6.5 用戶層I/O軟件 269
7.7 磁盤調度和管理 270
7.7.1 磁盤結構 270
7.7.2 磁盤訪問時間 271
7.7.3 磁盤調度 271
7.7.4 磁盤高速緩存 275
7.7.5 磁盤管理 276
7.7.6 廉價磁盤冗余陣列 277
7.8 Linux的設備管理 280
7.8.1 設備文件 280
7.8.2 字符設備管理 281
7.8.3 塊設備管理 282
7.8.4 網絡設備管理 283
7.9 小結 284
7.10 思考練習 285
第8章 操作系統的安全和保護 287
8.1 計算機系統和操作系統安全 287
8.1.1 計算機系統安全概述 287
8.1.2 操作系統安全及信息安全評價準則 288
8.1.3 計算機安全威脅分類 290
8.2 操作系統安全機制 290
8.2.1 數據加密的基本概念 290
8.2.2 數字簽名和身份認證 292
8.2.3 授權機制 294
8.2.4 審計 295
8.3 計算機病毒 295
8.3.1 計算機病毒的基本概念 295
8.3.2 計算機病毒的類型 297
8.3.3 病毒的預防和檢測 299
8.4 訪問控制機制 301
8.4.1 保護域 301
8.4.2 訪問矩陣 302
8.4.3 訪問矩陣的實現 303
8.5 Linux的安全機制 304
8.6 小結 306
8.7 思考練習 307
參考文獻 308
第1章 操作系統概論 1
1.1 操作系統的概念 1
1.1.1 操作系統的定義 1
1.1.2 操作系統的特征 3
1.1.3 操作系統的功能 4
1.1.4 操作系統的設計目標 8
1.1.5 操作系統的性能指標 9
1.2 操作系統的形成和發展 9
1.2.1 人工操作階段 9
1.2.2 單道批處理 10
1.2.3 多道批處理 10
1.2.4 分時操作系統 12
1.2.5 個人計算機操作系統 13
1.2.6 實時操作系統 14 目 錄
第1章 操作系統概論 1
1.1 操作系統的概念 1
1.1.1 操作系統的定義 1
1.1.2 操作系統的特征 3
1.1.3 操作系統的功能 4
1.1.4 操作系統的設計目標 8
1.1.5 操作系統的性能指標 9
1.2 操作系統的形成和發展 9
1.2.1 人工操作階段 9
1.2.2 單道批處理 10
1.2.3 多道批處理 10
1.2.4 分時操作系統 12
1.2.5 個人計算機操作系統 13
1.2.6 實時操作系統 14
1.2.7 網絡操作系統 16
1.2.8 分布式操作系統 17
1.2.9 操作系統的進一步發展 18
1.3 操作系統的結構 19
1.3.1 整體結構 20
1.3.2 分層結構 21
1.3.3 虛擬機 22
1.3.4 外核 23
1.3.5 客戶機/服務器結構 23
1.4 常用操作系統簡介 24
1.4.1 Windows系列操作系統 24
1.4.2 UNIX和Linux系統 26
1.5 小結 28
1.6 思考練習 28
第2章 操作系統的界面 30
2.1 用戶工作環境 30
2.1.1 用戶環境 30
2.1.2 系統的生成與引導 31
2.1.3 實例分析：Linux系統啟動 34
2.2 操作系統的用戶接口 35
2.2.1 命令接口 35
2.2.2 圖形用戶接口 37
2.2.3 程序接口 37
2.3 操作系統提供的服務 38
2.3.1 操作系統提供的基本服務 38
2.3.2 操作系統提供的公共函數 39
2.4 小結 40
2.5 思考練習 40
第3章 處理器管理 42
3.1 進程的引入 42
3.1.1 程序的順序執行 42
3.1.2 程序的并發執行 43
3.2 進程的概念 44
3.2.1 進程的定義 44
3.2.2 進程的狀態 45
3.2.3 進程控制塊 47
3.3 進程控制 48
3.3.1 進程控制的概念 48
3.3.2 進程控制機構 48
3.3.3 進程創建 49
3.3.4 進程撤銷 50
3.3.5 進程阻塞 50
3.3.6 進程喚醒 50
3.4 線程 50
3.4.1 線程的概念 51
3.4.2 線程的特點與狀態 51
3.4.3 線程的實現 52
3.4.4 多線程模型 52
3.4.5 線程池 54
3.5 處理器調度 54
3.5.1 處理器調度的層次 54
3.5.2 選擇調度算法的準則 56
3.5.3 作業調度 57
3.5.4 進程調度 58
3.6 調度算法 59
3.6.1 先來先服務 59
3.6.2 短作業(進程)優先 60
3.6.3 優先級調度 60
3.6.4 時間片輪轉法 61
3.6.5 多級隊列調度算法 62
3.6.6 多級反饋隊列調度 63
3.6.7 高響應比優先調度 64
3.7 多處理器調度和實時調度 65
3.7.1 多處理器調度 65
3.7.2 實時調度 65
3.8 Linux的進程管理 66
3.8.1 Linux的進程描述符 66
3.8.2 Linux的進程狀態及轉換 68
3.8.3 Linux進程的調度 69
3.8.4 Linux進程的創建和終止 70
3.8.5 Linux的線程管理 71
3.9 小結 72
3.10 思考練習 73
第4章 進程同步與死鎖 75
4.1 進程的同步和互斥 75
4.1.1 進程的同步 75
4.1.2 進程互斥 76
4.1.3 信號量機制 79
4.1.4 信號量的使用方法 84
4.1.5 信號量的應用實例 85
4.2 經典同步問題 87
4.2.1 生產者—消費者問題 87
4.2.2 讀者—寫者問題 89
4.2.3 哲學家進餐問題 91
4.2.4 理發師問題 94
4.3 管程 95
4.3.1 管程的基本概念 96
4.3.2 條件變量 97
4.3.3 使用管程解決生產者—消費者問題 98
4.4 進程通信 99
4.4.1 進程通信的概念 99
4.4.2 進程通信的方式 100
4.4.3 消息傳遞系統 101
4.4.4 消息緩沖隊列通信機制 103
4.4.5 管道通信方式 105
4.4.6 Linux的進程通信 106
4.5 死鎖 111
4.5.1 死鎖的概念 111
4.5.2 死鎖產生的原因和必要條件 112
4.5.3 死鎖的描述—資源分配圖 114
4.5.4 處理死鎖的方法 116
4.6 死鎖的預防和避免 117
4.6.1 死鎖的預防 117
4.6.2 死鎖的避免 118
4.7 死鎖的檢測和解除 124
4.7.1 死鎖的檢測 125
4.7.2 死鎖的解除 127
4.8 小結 128
4.9 思考練習 129
第5章 存儲管理 131
5.1 存儲管理的概念 131
5.1.1 多級存儲結構 132
5.1.2 程序的運行過程 134
5.1.3 存儲管理的任務和功能 136
5.1.4 存儲管理方式 141
5.2 連續內存分配 142
5.2.1 單一連續分配 143
5.2.2 固定分區分配 143
5.2.3 動態分區分配 145
5.2.4 可重定位分區分配 149
5.3 內存不足時的管理 151
5.3.1 覆蓋 151
5.3.2 交換 152
5.4 分頁存儲管理 153
5.4.1 分頁存儲管理的基本原理 153
5.4.2 地址映射 155
5.4.3 頁表的結構 158
5.4.4 頁面的共享 160
5.5 分段存儲管理 161
5.5.1 分段存儲管理方式的引入 161
5.5.2 分段存儲管理的基本原理 162
5.5.3 段的共享和保護 164
5.5.4 段頁式存儲管理 166
5.6 虛擬存儲器 168
5.6.1 虛擬存儲器的引入 168
5.6.2 虛擬存儲器的實現方法 170
5.6.3 虛擬存儲器的特征 170
5.7 請求分頁存儲管理技術 171
5.7.1 請求分頁存儲管理的硬件支持 171
5.7.2 頁面置換算法 173
5.7.3 請求分頁系統內存塊的分配 178
5.7.4 工作集理論和抖動問題 180
5.8 Linux的存儲管理 182
5.8.1 物理內存管理 182
5.8.2 進程虛擬地址空間管理 184
5.9 小結 187
5.10 思考練習 188
第6章 文件管理 190
6.1 文件的概念 190
6.1.1 文件及其分類 190
6.1.2 文件的屬性 193
6.2 文件目錄 193
6.2.1 文件控制塊和文件目錄 194
6.2.2 文件目錄結構 196
6.2.3 目錄的實現 199
6.3 文件和目錄操作 200
6.3.1 文件操作 200
6.3.2 目錄操作 202
6.4 文件的邏輯結構 203
6.4.1 文件邏輯結構的類型 203
6.4.2 順序文件 205
6.4.3 索引文件 205
6.4.4 索引順序文件 206
6.5 文件的物理結構 207
6.5.1 連續文件 207
6.5.2 鏈接文件 208
6.5.3 隨機文件 209
6.5.4 文件物理結構比較 210
6.6 文件存儲空間的分配 210
6.6.1 連續分配 211
6.6.2 鏈接分配 212
6.6.3 索引分配 217
6.7 文件存儲空間的管理 219
6.7.1 空閑文件目錄 219
6.7.2 空閑鏈表法 220
6.7.3 位示圖 222
6.8 文件系統 222
6.8.1 文件系統的結構 222
6.8.2 文件系統的實現 223
6.9 文件的共享和保護 224
6.9.1 文件的共享 224
6.9.2 文件保護 226
6.9.3 文件系統的可靠性 228
6.10 Linux的文件系統 228
6.10.1 虛擬文件系統VFS 228
6.10.2 EXT2文件系統 230
6.11 小結 232
6.12 思考練習 233
第7章 設備管理 235
7.1 設備管理的概念 235
7.1.1 設備的分類 235
7.1.2 設備管理的任務和功能 237
7.1.3 I/O系統結構 238
7.1.4 設備控制器 239
7.2 I/O控制方式 242
7.2.1 程序直接控制方式 242
7.2.2 中斷方式 243
7.2.3 DMA方式 245
7.2.4 通道控制方式 246
7.3 中斷技術 249
7.3.1 中斷的基本概念 249
7.3.2 中斷的作用 249
7.3.3 中斷的分類與優先級 250
7.3.4 軟中斷 251
7.3.5 中斷處理過程 251
7.4 緩沖技術 252
7.4.1 緩沖的引入 252
7.4.2 緩沖的種類 253
7.4.3 緩沖池的管理 254
7.5 設備分配 257
7.5.1 設備分配中的數據結構 257
7.5.2 設備分配的原則 259
7.5.3 SPOOLing系統 260
7.5.4 虛擬設備—— 共享打印機 261
7.5.5 SPOOLing系統的特點 262
7.6 I/O軟件 262
7.6.1 I/O軟件的設計目標和原則 262
7.6.2 I/O中斷處理程序 264
7.6.3 設備驅動程序 264
7.6.4 設備無關軟件 267
7.6.5 用戶層I/O軟件 269
7.7 磁盤調度和管理 270
7.7.1 磁盤結構 270
7.7.2 磁盤訪問時間 271
7.7.3 磁盤調度 271
7.7.4 磁盤高速緩存 275
7.7.5 磁盤管理 276
7.7.6 廉價磁盤冗余陣列 277
7.8 Linux的設備管理 280
7.8.1 設備文件 280
7.8.2 字符設備管理 281
7.8.3 塊設備管理 282
7.8.4 網絡設備管理 283
7.9 小結 284
7.10 思考練習 285
第8章 操作系統的安全和保護 287
8.1 計算機系統和操作系統安全 287
8.1.1 計算機系統安全概述 287
8.1.2 操作系統安全及信息安全評價準則 288
8.1.3 計算機安全威脅分類 290
8.2 操作系統安全機制 290
8.2.1 數據加密的基本概念 290
8.2.2 數字簽名和身份認證 292
8.2.3 授權機制 294
8.2.4 審計 295
8.3 計算機病毒 295
8.3.1 計算機病毒的基本概念 295
8.3.2 計算機病毒的類型 297
8.3.3 病毒的預防和檢測 299
8.4 訪問控制機制 301
8.4.1 保護域 301
8.4.2 訪問矩陣 302
8.4.3 訪問矩陣的實現 303
8.5 Linux的安全機制 304
8.6 小結 306
8.7 思考練習 307
參考文獻 308
書摘/試閱
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