計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程

前言

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》自1994年出版以來，被許多高等學(xué)校采用，得到廣大讀者的好評，曾獲國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、國家教委優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。該書的第2版（2004年7月出版）在保持第1版經(jīng)典風(fēng)格的同時(shí)，對教材內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的組織與更新，獲得吉林省普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。作為計(jì)算機(jī)學(xué)科一個(gè)比較活躍的領(lǐng)域，近6年來操作系統(tǒng)經(jīng)歷了較快的發(fā)展過程。為適應(yīng)新時(shí)期“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)的新要求，編者根據(jù)最新的“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)大綱，在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用了將近2年的時(shí)間，本著“充實(shí)、完善、提高”的編寫原則，對第2版教材進(jìn)行了比較系統(tǒng)的修訂，并作為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材出版。在編寫特色方面，本教材既致力于講授經(jīng)典操作系統(tǒng)的基本概念、基本理論、設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，又注重與實(shí)際流行系統(tǒng)如IYNIX、Linux、Windows中的成熟算法密切結(jié)合，同時(shí)把操作系統(tǒng)的最新成果融入教材之中，將學(xué)生帶到操作系統(tǒng)發(fā)展的前沿，使教材體現(xiàn)知識的完整性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。在內(nèi)容方面，本書第2版的篇幅適中，略偏少。新版教材對第2版教材未作大的刪減，主要是增加和修訂了一些內(nèi)容，以更加完整地覆蓋“操作系統(tǒng)”課程的知識點(diǎn)。所增加的內(nèi)容主要有研究操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn)、處理器陣發(fā)時(shí)間推算方法、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間、高級調(diào)度、前驅(qū)圖與并發(fā)。Dekker互斥算法、Peterson互斥算法、PV操作實(shí)現(xiàn)、信號量集與SP操作、吸煙者問題、打印機(jī)管理、簡單組合資源死鎖的靜態(tài)分析、同種組合資源死鎖的必要條件、存儲(chǔ)管理部件、下次適應(yīng)算法、局部性原理、虛擬段式工作過程、用戶打開文件表與系統(tǒng)打開文件表之間的聯(lián)系、差分轉(zhuǎn)儲(chǔ)、磁盤輸入輸出參數(shù)、虛擬設(shè)備實(shí)例、進(jìn)程驅(qū)逐、socket通信實(shí)例、間諜軟件、UNIX文件符號鏈接等。所修訂的內(nèi)容主要有處理器調(diào)度指標(biāo)與調(diào)度算法、地址映射示意圖與步驟、基于雜湊技術(shù)的反置頁表、二次機(jī)會(huì)與時(shí)鐘調(diào)度算法、工作集計(jì)算方法、段的動(dòng)態(tài)連接、伙伴堆存儲(chǔ)分配算法、虛擬段頁式工作原理、直接存儲(chǔ)器存取、磁盤調(diào)度、RAID技術(shù)、事件排序、遠(yuǎn)程過程調(diào)用的實(shí)現(xiàn)、分布式死鎖檢測、計(jì)算機(jī)病毒、可信系統(tǒng)、UNIX緩沖與緩存等。為提高學(xué)生分析和解決問題的能力以及考研究生的應(yīng)試能力，書中新增加了一些計(jì)算型例題，同時(shí)在各章末尾增加了一些主觀性習(xí)題，豐富了題庫。考慮近年來多核芯片和多核系統(tǒng)的普及，新版教材增加了第十章（多核操作系統(tǒng)與多處理器操作系統(tǒng)），力圖反映操作系統(tǒng)的最新發(fā)展?fàn)顩r。主要內(nèi)容包括多核處理器架構(gòu)、多核存儲(chǔ)訪問、多核調(diào)度算法、多核并發(fā)控制、高速緩存的一致性、多核啟動(dòng)過程等。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第3版）》主要講述操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在經(jīng)典內(nèi)容的基礎(chǔ)上，突出介紹操作系統(tǒng)的最新進(jìn)展，如多線程、并行與多核、實(shí)時(shí)調(diào)度、多級頁表與倒置頁表、 RAID技術(shù)、快速文件系統(tǒng)、分布式協(xié)同、微內(nèi)核與嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)安全等。在主要的章后面附有流行系統(tǒng)案例，并對UNIX系統(tǒng)進(jìn)行較為全面的分析。最后，給出一個(gè)基于自動(dòng)機(jī)的形式化的操作系統(tǒng)理論模型?！　　镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第3版）》在選材和組織上進(jìn)行了認(rèn)真推敲，力求做到概念準(zhǔn)確、知識完整、層次清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)、理論聯(lián)系實(shí)際、富有啟發(fā)性?！镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第3版）》第1 版曾獲國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、國家教委優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，第2版曾獲吉林省普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第3版）》主要用作高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的“操作系統(tǒng)”課程教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員閱讀，對準(zhǔn)備考研究生的學(xué)生具有一定的參考價(jià)值。

作者簡介

左萬歷，吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、工學(xué)博士。曾在美國路易斯安那州立大學(xué)作高級訪問學(xué)者。主要研究領(lǐng)域包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、web智能。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，省部級項(xiàng)目多項(xiàng)。在國內(nèi)外知名刊物和會(huì)議上發(fā)表論文100余篇，其中SCI、EI、ISTP檢索50余篇次，撰寫教材和論著5部。曾獲國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、國家教委優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

書籍目錄

第一章 操作系統(tǒng)概述1.1 操作系統(tǒng)的概念1.1.1 操作系統(tǒng)的地位1.1.2 操作系統(tǒng)的作用1.1.3 操作系統(tǒng)的定義1.2 操作系統(tǒng)的歷史1.2.1 操作系統(tǒng)的產(chǎn)生1.2.2 操作系統(tǒng)的完善1.2.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展1.3 操作系統(tǒng)的特性1.3.1 并發(fā)性1.3.2 共享性1.3.3 異步性1.3.4 虛擬性1.4 操作系統(tǒng)的分類1.4.1 多道批處理操作系統(tǒng)1.4.2 分時(shí)操作系統(tǒng)1.4.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1.4.4 通用操作系統(tǒng)1.4.5 單用戶操作系統(tǒng)1.4.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.4.7 分布式操作系統(tǒng)1.4.8 多處理器操作系統(tǒng)1.4.9 嵌入式操作系統(tǒng)1.4.10 多媒體操作系統(tǒng)1.4.11 智能卡操作系統(tǒng)1.5 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境1.5.1 定時(shí)裝置1.5.2 系統(tǒng)棧1.5.3 特權(quán)指令與非特權(quán)指令1..5.4.處理器狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換1.5.5 地址映射機(jī)構(gòu)1.5.6 存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)施1.5.7 中斷裝置1.5.8 通道與DMA控制器1.6 操作系統(tǒng)的界面形式1.6.1 交互終端命令1.6.2 圖形用戶界面1.6.3 作業(yè)控制語言1.6.4 系統(tǒng)調(diào)用命令1.7 操作系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理1.8 研究操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn)1.8.1 進(jìn)程觀點(diǎn)1.8.2 資源管理觀點(diǎn)1.8.3 虛擬機(jī)觀點(diǎn)1.9 系統(tǒng)舉例1.9.1 L,inux系統(tǒng)1.9.2 Windows 2000／XP系統(tǒng)習(xí)題第二章 進(jìn)程、線程與作業(yè)2.1 多道程序設(shè)計(jì)2.1.1 單道程序設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)2.1.2 多道程序設(shè)計(jì)的提出2.1.3 多道程序設(shè)計(jì)的問題2.2 進(jìn)程的引入2.2.1 進(jìn)程的概念2.2.2 進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換2.2.3 進(jìn)程控制塊2.2.4 進(jìn)程的組成與上下文2.2.5 進(jìn)程的隊(duì)列2.2.6 進(jìn)程的類型和特性2.2.7 進(jìn)程間的相互聯(lián)系與相互作用2.2.8 進(jìn)程的創(chuàng)建與撤銷2.2.9 進(jìn)程與程序的聯(lián)系和差別2.3 線程與輕進(jìn)程2.3.1 線程的引入2.3.2 線程的概念2.3.3 線程的結(jié)構(gòu)2.3.4 線程控制塊2.3.5 線程的實(shí)現(xiàn)2.3.6 線程的應(yīng)用2.4 作業(yè)2.4.1 批處理作業(yè)2.4.2 交互式作業(yè)2,5系統(tǒng)舉例2.5.1 Java線程2.5.2 I.inux進(jìn)程與線程2.5.3 Windows2000／XP進(jìn)程、線程與纖程習(xí)題二第三章 中斷與處理器調(diào)度3.1 中斷與中斷系統(tǒng)3.1.1 中斷概念3.1.2 中斷裝置3.1.3 中斷處理程序3.2 處理器調(diào)度3.2.1 處理器調(diào)度算法3.2.2 處理器調(diào)度時(shí)機(jī)3.2.3 處理器調(diào)度過程3.3 調(diào)度級別與多級調(diào)度3.3.1 交換與中級調(diào)度3.3.2 作業(yè)與高級調(diào)度3.4 實(shí)時(shí)調(diào)度3.4.1 最早截止期優(yōu)先調(diào)度3.4.2 速率單調(diào)調(diào)度3.5 系統(tǒng)舉例3.5.1 Linux進(jìn)程調(diào)度3.5.2 Windows 2000／XP線程調(diào)度習(xí)題三第四章 互斥、同步與通信4.1 并發(fā)進(jìn)程4.1.1 前驅(qū)圖的定義4.1.2 順序程序及其特性4.1.3 并發(fā)程序及其特性4.1.4 程序并發(fā)執(zhí)行的條件4.1.5 并發(fā)程序的表示4.1.6 與時(shí)間有關(guān)的鋪吳4.2 進(jìn)程互斥4.2.1 共享變量與臨界區(qū)4.2.2 臨界區(qū)與進(jìn)程互斥4.2 _3進(jìn)程互斥的實(shí)現(xiàn)4.3 進(jìn)程同步4.3.1 進(jìn)程同步的概念4.3.2 進(jìn)程同步機(jī)制4.3.3 信號量與PV操作4.3.4 條件臨界區(qū)4.3.5 管程4.3.6 會(huì)使4.4 進(jìn)程高級通信4.4.1 進(jìn)程通信的概念4.4..2 進(jìn)程通信的模式4.4.3 直接方式4.4.4 間接方式4.5 系統(tǒng)舉例4.5.1 Java沖的管程4.5.2 Linux進(jìn)程通信4.5.3 Windows 2000／XP的并發(fā)控制習(xí)題四第五章 死鎖與饑餓5.1 死鎖的概念5.2 死鎖的類型5.2.1 競爭資源引起的死鎖5.2.2 進(jìn)程通信引起的死鎖5.2.3 其他原因引起的死鎖5.3 死鎖的條件5.4 死鎖的處理5.5 資源分配圖5.5.1 資源分配圖的定義5.5.2 資源分配圖的約簡5.6 死鎖的預(yù)防5.6.1 預(yù)先分配策略5.6.2 有序分配策略5.7 死鎖的避免5.7.1 安全狀態(tài)與安全進(jìn)程序列5.7.2 銀行家算法5.8 死鎖的發(fā)現(xiàn)5.8.1 死鎖檢測算法5.8.2 鎖檢測時(shí)刻5.9 死鎖的恢復(fù)5.10 鴕鳥算法5.11 有關(guān)問題的討論5.11.1 關(guān)于充要性算法5.11.2 關(guān)于消耗型資源問題5.11.3 關(guān)于可剝奪資源問題5.11.4 關(guān)于兩階段鎖5.12 饑餓與活鎖5.13 可復(fù)用資源死鎖的靜態(tài)分析5.14 同種組合資源死鎖的必要條件5.15 死鎖與饑餓的例子5.16 系統(tǒng)舉例習(xí)題五第六章 存儲(chǔ)管理6.1 存儲(chǔ)管理的功能6.1.1 存儲(chǔ)分配6.1.2 存儲(chǔ)共享6.1.3 存儲(chǔ)保護(hù)6.1.4 存儲(chǔ)擴(kuò)充6.1.5 地址映射6.2 內(nèi)存資源管理6.2.1 內(nèi)存分區(qū)6.2.2 內(nèi)存分配6.2.3 碎片與緊湊6.3 存儲(chǔ)管理方式6.3.1 單一連續(xù)區(qū)存儲(chǔ)管理6.3.2 頁式存儲(chǔ)管理6.3.3 段式存儲(chǔ)管理6.3.4 段頁式存儲(chǔ)管理6.4 外存儲(chǔ)器管理技術(shù)6.4.1 外存空間劃分6.4.2 外存空間分配6.5 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)6.5.1 虛擬頁式存儲(chǔ)管理6.5.2 虛擬段式存儲(chǔ)管理6.5.3 虛擬段頁式存儲(chǔ)管理6.6 系統(tǒng)舉例6.6.1 Linux存儲(chǔ)管理6.6.2 Windows Vista存儲(chǔ)管理習(xí)題六第七章 文件系統(tǒng)7.1 文件與文件系統(tǒng)7.1.1 文件7.1.2 文件系統(tǒng)7.2 文件的訪問方式7.2.1 順序訪問7.2.2 隨機(jī)訪問7.3 文件的組織7.3.1 文件的邏輯組織7.3.2 文件的物理組織7.4 文件目錄7.4.1 文件控制塊與目錄項(xiàng)7.4.2 文件目錄與目錄文件7.4.3 單級目錄與多級目錄7.4.4 文件目錄的改進(jìn)7.4.5 根目錄與當(dāng)前目錄7.4.6 文件目錄的查找7.5 文件的共享7.5.1 文件共享的目的7.5.2 文件共享的模式7.5.3 文件共享的實(shí)現(xiàn)7.6 文件的保護(hù)、保密與安全7.6.1 文件的保護(hù)7.6.2 文件的保密7.6.3 文件的安全7.7 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)7.7.1 內(nèi)存所需的表目7.7.2 外存空間的管理7.8 文件系統(tǒng)的界面7.9 日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)7.10 內(nèi)存映射文件7.11 系統(tǒng)舉例7.11.1 Linux文件系統(tǒng)7.11.2 Windows Vista 'NTFS習(xí)題七第八章 設(shè)備與輸入輸出管理8.1 設(shè)備的分類8.1.1 輸入輸出型設(shè)備與存儲(chǔ)型設(shè)備8.1.2 塊型設(shè)備與字符型設(shè)備8.1.3 獨(dú)占型設(shè)備與共享型設(shè)備8.2 設(shè)備的物理特性8.2.1 輸入輸出型設(shè)備的物理特性8.2.2 存儲(chǔ)型設(shè)備的物理特性8.3 數(shù)據(jù)傳輸方式8.3.1 程序控制查詢方式8.3.2 中斷驅(qū)動(dòng)方式8.3.3 DMA方式8.3.4 通道方式8.4.設(shè)備分配與去配8.4.1 獨(dú)占型設(shè)備的分配與去配8.4.2 共享型設(shè)備的分配與去配8.5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)8.5.1 通道程序8.5.2 設(shè)備啟動(dòng)8.5.3 中斷處理8.6 設(shè)備調(diào)度8.6.1 磁盤輸入輸出參數(shù)8.6.2 磁盤引臂調(diào)度算法8.6.3 磁盤訪問舉例8.7 緩沖技術(shù)8.7.1 緩沖技術(shù)的引入8.7.2 硬緩沖與軟緩沖8.7.3 私用緩沖與公共緩沖8.7.4.單緩沖、雙緩沖與循環(huán)緩沖8.7.5 緩沖池及其管理8.7.6 緩沖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)8.8 輸入輸出進(jìn)程8.9 RAID技術(shù)8.9.1 RAID級別8.9.2 硬件RAID與軟件RAID8.10 虛擬設(shè)備8.10.1 虛擬設(shè)備的引入……第九章 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式第十章 多核操作系統(tǒng)與多處理器操作系統(tǒng)第十一章 操作系統(tǒng)管理第十二章 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)第十三章 UNIX 實(shí)例分析第十四章 操作系統(tǒng)理論

章節(jié)摘錄

插圖：多核環(huán)境下的調(diào)度要考慮負(fù)載均衡，試想不考慮負(fù)載均衡，那么就極有可能發(fā)生部分?jǐn)?shù)量的內(nèi)核超負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，而其余內(nèi)核出現(xiàn)閑置狀態(tài)，甚至有可能只有一個(gè)核在運(yùn)轉(zhuǎn)，多核優(yōu)勢在這種情況下完全沒有發(fā)揮出來。所以，多核環(huán)境下的調(diào)度至關(guān)重要。對于多核環(huán)境下的調(diào)度，主要考慮以下幾點(diǎn)。①對任務(wù)分配要進(jìn)行優(yōu)化。對任務(wù)分配的優(yōu)化，不僅要考慮運(yùn)行時(shí)間上的優(yōu)化，還要考慮數(shù)據(jù)共享上的優(yōu)化，因此要將一個(gè)運(yùn)行程序盡量安排到一個(gè)核上執(zhí)行。這是因?yàn)楣蚕頂?shù)據(jù)的任務(wù)放到一個(gè)核上執(zhí)行可以降低高速緩存的缺失率，減少了處理器訪問內(nèi)存的次數(shù)和時(shí)間，從而大大提升系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，不同的任務(wù)共享數(shù)據(jù)量的差別很大，因此，對于沒有共享數(shù)據(jù)或者共享數(shù)據(jù)相對少的任務(wù)可以安排在不同核上運(yùn)行。對此類情況的界定是比較難的。②對任務(wù)的負(fù)載均衡進(jìn)行優(yōu)化，在任務(wù)調(diào)度的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)負(fù)載失衡，就要將任務(wù)繁忙的處理器核上的不相關(guān)任務(wù)遷移到閑置的核上去運(yùn)行。當(dāng)然這種任務(wù)的遷移也是需要耗費(fèi)CPU時(shí)間的，而且為了避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，這種遷移也比較復(fù)雜。③對任務(wù)調(diào)度的時(shí)間粒度的劃分要合理，也就是說粒度不能過大，否則任務(wù)數(shù)量過少，極有可能造成處理器核間發(fā)生負(fù)載失衡的情況。當(dāng)然，粒度也不能過細(xì)，否則任務(wù)的切換所增加的開銷也會(huì)降低系統(tǒng)的整體性能。應(yīng)當(dāng)指出，多核與多處理器操作系統(tǒng)要比單核與單處理器操作系統(tǒng)復(fù)雜得多，除調(diào)度之外，還有并發(fā)控制的問題。例如，不能使兩個(gè)處理器選擇相同的進(jìn)程，也不能在并發(fā)訪問調(diào)度隊(duì)列時(shí)丟失進(jìn)程。多核和多處理器調(diào)度應(yīng)在保證正確性的前提下，充分利用處理器資源，提高系統(tǒng)效率。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程(第3版)》第1版自1994年出版以來，被許多高校采用，得到了廣大讀者的好評，曾獲國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、國家教委優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)、國家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。本次再版在保持前兩版經(jīng)典風(fēng)格的同時(shí)，對教材內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的組織與更新。《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程(第3版)》既致力于講授經(jīng)典操作系統(tǒng)的基本概念、基本理論、設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，又注重與實(shí)際流行系統(tǒng)如UNIX、Linux、windows中的成熟算法密切結(jié)合，同時(shí)把操作系統(tǒng)最新成果融入教材之中，將學(xué)生帶到操作系統(tǒng)發(fā)展的前沿，使教材體現(xiàn)出完整性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用，性的特點(diǎn)。

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