操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

前言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，操作系統(tǒng)無(wú)論從內(nèi)涵還是外部界面都發(fā)生了巨大的變化。這些變化正朝著兩個(gè)不同的方向發(fā)展，一個(gè)是以微軟等大型系統(tǒng)軟件公司為代表的通用操作系統(tǒng)平臺(tái)，其系統(tǒng)的用戶界面更加友好，功能更加強(qiáng)大。這樣帶來(lái)的結(jié)果是操作系統(tǒng)更加繁復(fù)和龐大，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，人們對(duì)它的實(shí)現(xiàn)技術(shù)很難探索清楚。而另一個(gè)方面是隨著手機(jī)等便攜嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，操作系統(tǒng)技術(shù)又朝著可剪裁、濃縮化和小型化發(fā)展。特別是開(kāi)放式操作系統(tǒng)Unux技術(shù)的出現(xiàn)，給沉悶的操作系統(tǒng)技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)注入了新的活力，使更多的人有機(jī)會(huì)、有環(huán)境、有能力來(lái)學(xué)習(xí)、研究操作系統(tǒng)的核心與管理技術(shù)的精髓。對(duì)操作系統(tǒng)這門課程的學(xué)習(xí)與研究大至可分為兩個(gè)層面：面向一般用戶的應(yīng)用層面和面向系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的核心層面。由于不同層面關(guān)注問(wèn)題的角度不同，所涉及的知識(shí)深度也不同。應(yīng)用層面需要了解的是操作系統(tǒng)的各種執(zhí)行特點(diǎn)以及應(yīng)用知識(shí)，學(xué)習(xí)并掌握將操作系統(tǒng)提供的基本功能和特性融匯到實(shí)際應(yīng)用的編程技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。而核心層面是針對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核構(gòu)造、并行調(diào)度管理機(jī)制、資源管理及I／O管理方法的原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的描述。因此，對(duì)于操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究，讀者可以根據(jù)自己的實(shí)際情況有重點(diǎn)地學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)和設(shè)計(jì)技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于操作系統(tǒng)方面的國(guó)內(nèi)外教材和資料有很多，它們從不同的角度講述了操作系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及應(yīng)用方面的知識(shí)和技術(shù)。但是由于這門技術(shù)近些年來(lái)發(fā)展速度較快，人們?cè)诳偨Y(jié)和消化新技術(shù)、新方法時(shí)總會(huì)有一定的延遲，使得操作系統(tǒng)中許多新的實(shí)用技術(shù)和設(shè)計(jì)思想在現(xiàn)在的本科教學(xué)中體現(xiàn)不足。這就促使我們思索和籌劃將自己最新的研究成果和教學(xué)心得進(jìn)行系統(tǒng)地總結(jié)，寫(xiě)一本易教易學(xué)、適合大學(xué)本科操作系統(tǒng)課程的教科書(shū)。經(jīng)過(guò)努力，今天這個(gè)愿望終于得以實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)容概要

　　《操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》以計(jì)算機(jī)專業(yè)21世紀(jì)教學(xué)改革為導(dǎo)向，以操作系統(tǒng)理論為依據(jù)，以當(dāng)今主流操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)為內(nèi)容，全面介紹操作系統(tǒng)的基本理論和內(nèi)核實(shí)現(xiàn)技術(shù)。全書(shū)共10章，主要介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識(shí)、操作系統(tǒng)基本理論、并行處理技術(shù)、存儲(chǔ)管理技術(shù)、管理技術(shù)、操作系統(tǒng)安全知識(shí)等內(nèi)容。每章后面都有本章小結(jié)及難度適宜的習(xí)題，便于讀者自學(xué)或鞏固所學(xué)知識(shí)。《操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》適合作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)或相關(guān)專業(yè)操作系統(tǒng)課程的教材，也可以作為從事操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)內(nèi)核開(kāi)發(fā)的技術(shù)人員的參考書(shū)籍。

書(shū)籍目錄

前言教學(xué)建議第1章 計(jì)算機(jī)概述1.1 計(jì)算機(jī)硬件1.1.1 處理器1.1.2 存儲(chǔ)器1.1.3 I/O設(shè)備1.1.4 時(shí)鐘部件1.1.5 計(jì)算機(jī)總線1.1.6 各功能部件組織結(jié)構(gòu)1.2 計(jì)算機(jī)軟件1.2.1 固化軟件1.2.2 系統(tǒng)軟件1.2.3 工具軟件1.2.4 應(yīng)用軟件1.3 機(jī)器指令與程序執(zhí)行1.3.1 指令集1.3.2 指令執(zhí)行與指令周期1.4 中斷機(jī)制1.4.1 中斷的作用1.4.2 中斷查詢機(jī)制1.4.3 中斷管理程序1.4.4 中斷類型及中斷處理1.4.5 多中斷處理技術(shù)1.5 高速緩存技術(shù)1.5.1 高速緩存在系統(tǒng)中的作用1.5.2 具有高速緩存的主存儲(chǔ)器訪問(wèn)機(jī)制1.6 I/O訪問(wèn)方式1.7 本章小結(jié)習(xí)題第2章 操作系統(tǒng)概述2.1 操作系統(tǒng)的作用與功能2.1.1 用戶對(duì)操作系統(tǒng)的需求2.1.2 操作系統(tǒng)的作用2.1.3 操作系統(tǒng)的功能2.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程2.3 操作系統(tǒng)分類2.3.1 批處理操作系統(tǒng)2.3.2 分時(shí)操作系統(tǒng)2.3.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2.3.4 多處理器的操作系統(tǒng)2.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)2.3.6 分布式操作系統(tǒng)2.3.7 個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)2.3.8 嵌入式操作系統(tǒng)2.4 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4.1 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)2.4.2 軟件工程思想的應(yīng)用2.5 操作系統(tǒng)中的核心技術(shù)2.5.1 并行管理技術(shù)2.5.2 存儲(chǔ)管理技術(shù)2.5.3 文件與I/O管理技術(shù)2.5.4 調(diào)度算法與信息安全控制2.6 操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2.6.1 無(wú)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2.6.2 層次結(jié)構(gòu)2.6.3 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)2.6.4 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)2.7 典型操作系統(tǒng)2.7.1 MS-DOS2.7.2 MicrosoftWindows2.7.3 UNIX操作系統(tǒng)2.8 本章小結(jié)習(xí)題第3章 進(jìn)程與進(jìn)程管理3.1 什么是進(jìn)程3.1.1 多道環(huán)境中的程序執(zhí)行3.1.2 進(jìn)程的定義3.1.3 進(jìn)程的特性3.1.4 進(jìn)程與程序的區(qū)別3.2 進(jìn)程的派生機(jī)制3.3 進(jìn)程的狀態(tài)3.3.1 進(jìn)程執(zhí)行3.3.2 兩狀態(tài)進(jìn)程3.3.3 5狀態(tài)進(jìn)程3.3.4 掛起進(jìn)程模型3.4 進(jìn)程描述3.4.1 進(jìn)程描述內(nèi)容3.4.2 進(jìn)程控制塊3.4.3 進(jìn)程映像3.5 進(jìn)程控制3.5.1 進(jìn)程管理3.5.2 進(jìn)程控制操作3.6 本章小結(jié)習(xí)題第4章 進(jìn)程通信及處理器調(diào)度4.1 程序順序執(zhí)行與進(jìn)程并發(fā)4.1.1 程序順序執(zhí)行4.1.2 進(jìn)程并發(fā)條件4.1.3 構(gòu)造進(jìn)程并發(fā)環(huán)境4.2 進(jìn)程的同步與互斥4.2.1 進(jìn)程交互方式4.2.2 進(jìn)程互斥的實(shí)現(xiàn)4.2.3 進(jìn)程同步問(wèn)題4.2.4 用信號(hào)量管理進(jìn)程的同步與互斥4.2.5 管程4.3 進(jìn)程通信機(jī)制4.3.1 消息傳遞通信4.3.2 消息通信應(yīng)用4.3.3 經(jīng)典IPC問(wèn)題：讀者-寫(xiě)者問(wèn)題4.3.4 經(jīng)典IPC問(wèn)題：哲學(xué)家就餐問(wèn)題4.4 處理器調(diào)度4.4.1 調(diào)度中應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題4.4.2 調(diào)度方式與操作系統(tǒng)分類4.4.3 處理器分級(jí)調(diào)度4.4.4 調(diào)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)4.4.5 處理器調(diào)度算法4.4.6 調(diào)度算法的性能分析4.5 UNIX進(jìn)程調(diào)度分析4.5.1 調(diào)度時(shí)機(jī)安排4.5.2 調(diào)度標(biāo)志設(shè)置4.5.3 進(jìn)程調(diào)度策略及優(yōu)先數(shù)的計(jì)算4.5.4 進(jìn)程調(diào)度實(shí)現(xiàn)4.6 本章小結(jié)習(xí)題第5章 存儲(chǔ)管理5.1 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)5.1.1 存儲(chǔ)器配置方式5.1.2 常見(jiàn)PC機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)5.2 地址重定位及內(nèi)存訪問(wèn)保護(hù)5.2.1 地址空間5.2.2 地址重定位5.2.3 地址重定位及存儲(chǔ)信息保護(hù)5.3 存儲(chǔ)管理中的分配技術(shù)5.3.1 進(jìn)程交換的意義5.3.2 用位示圖法控制存儲(chǔ)分配5.3.3 用鏈表法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配管理5.4 分區(qū)存儲(chǔ)管理技術(shù)5.4.1 單一分區(qū)內(nèi)存管理5.4.2 固定大小的多分區(qū)管理5.4.3 動(dòng)態(tài)分區(qū)管理5.5 分區(qū)分配算法5.5.1 分區(qū)分配算法描述5.5.2 分配算法使用特性5.6 頁(yè)式管理5.6.1 分頁(yè)的基本思想5.6.2 靜態(tài)頁(yè)式管理5.6.3 動(dòng)態(tài)頁(yè)式管理5.7 段式管理5.7.1 段式管理基本原理5.7.2 段式管理的地址變換機(jī)制5.8 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理5.8.1 分頁(yè)與分段管理的特點(diǎn)5.8.2 段頁(yè)式管理方式5.9 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)5.9.1 局部性原理5.9.2 虛擬存儲(chǔ)的基礎(chǔ)5.9.3 用分頁(yè)管理實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)5.9.4 虛擬存儲(chǔ)頁(yè)面置換算法5.1 0本章小結(jié)習(xí)題第6章 線程管理6.1 線程基本概念6.1.1 線程定義6.1.2 進(jìn)程與線程的分工6.2 基于線程并發(fā)的優(yōu)勢(shì)6.2.1 線程切換優(yōu)勢(shì)6.2.2 操作系統(tǒng)對(duì)線程支持的綜合優(yōu)勢(shì)6.3 包含線程的進(jìn)程描述模型6.4 線程管理實(shí)現(xiàn)機(jī)制6.4.1 線程執(zhí)行狀態(tài)6.4.2 用戶級(jí)線程管理模式6.4.3 核心級(jí)線程管理模式6.4.4 混合型線程管理模式6.5 適合多線程的應(yīng)用6.5.1 用多線程解決實(shí)際問(wèn)題6.5.2 線程控制語(yǔ)句6.5.3 關(guān)于多線程標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)6.5.4 多線程編程規(guī)則6.6 多線程程序設(shè)計(jì)實(shí)例6.6.1 用多線程提高程序執(zhí)行效率6.6.2 用線程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢6.6.3 用多線程完成文件復(fù)制6.7 本章小結(jié)習(xí)題第7章 I/O技術(shù)與設(shè)備管理7.1 I/O設(shè)備的硬件7.1.1 I/O設(shè)備分類7.1.2 設(shè)備控制器7.1.3 I/O端口的描述與訪問(wèn)7.1.4 DMA訪問(wèn)機(jī)制7.1.5 I/O中斷7.2 I/O軟件設(shè)計(jì)7.2.1 I/O軟件功能7.2.2 程序控制I/O方式7.2.3 中斷驅(qū)動(dòng)I/O方式7.2.4 直接存儲(chǔ)器I/O訪問(wèn)方式7.2.5 I/O軟件變遷過(guò)程7.3 I/O管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3.1 I/O管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)7.3.2 I/O管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.3.3 中斷處理程序設(shè)計(jì)7.3.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)7.3.5 I/O管理中的設(shè)備無(wú)關(guān)性設(shè)計(jì)7.3.6 I/O緩沖技術(shù)7.4 用戶層I/O軟件設(shè)計(jì)7.4.1 建立I/O訪問(wèn)庫(kù)7.4.2 虛擬設(shè)備管理7.5 磁盤(pán)管理技術(shù)7.5.1 磁盤(pán)性能參數(shù)7.5.2 磁盤(pán)調(diào)度策略7.5.3 RAID技術(shù)7.5.4 磁盤(pán)格式化問(wèn)題7.6 時(shí)鐘管理7.6.1 時(shí)鐘硬件的組成7.6.2 時(shí)鐘軟件功能7.7 字符終端管理7.7.1 字符終端接口7.7.2 字符設(shè)備輸入軟件7.7.3 字符設(shè)備輸出軟件7.8 I/O子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例7.8.1 Windows2000/XP的I/O子系統(tǒng)7.8.2 Linux的I/O子系統(tǒng)7.9 本章小結(jié)習(xí)題第8章 文件管理8.1 文件管理概述8.1.1 信息描述單元8.1.2 文件系統(tǒng)的作用8.1.3 文件命名規(guī)則8.1.4 文件分類8.2 文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)8.3 目錄管理8.3.1 文件控制塊8.3.2 目錄文件8.3.3 文件目錄結(jié)構(gòu)8.4 磁盤(pán)文件系統(tǒng)8.4.1 磁盤(pán)分區(qū)與格式化8.4.2 文件存盤(pán)管理8.4.3 目錄存儲(chǔ)策略8.4.4 多級(jí)目錄中文件共享8.4.5 文件系統(tǒng)構(gòu)造8.5 用于文件管理的系統(tǒng)調(diào)用8.5.1 系統(tǒng)調(diào)用功能8.5.2 UNIX文件描述符8.5.3 文件創(chuàng)建和文件鏈接8.5.4 文件打開(kāi)及文件關(guān)閉8.5.5 對(duì)文件的讀/寫(xiě)操作8.5.6 改變文件訪問(wèn)指針位置8.5.7 捕獲文件當(dāng)前指針位置8.6 文件并發(fā)訪問(wèn)控制8.6.1 文件并發(fā)訪問(wèn)機(jī)制8.6.2 文件記錄加鎖技術(shù)8.6.3 UNIX文件記錄加鎖方法8.7 文件系統(tǒng)實(shí)例：UNIX文件系統(tǒng)8.7.1 UNIX的文件與目錄8.7.2 安裝與卸載文件系統(tǒng)8.7.3 UNIX文件系統(tǒng)組成8.7.4 UNIX文件存儲(chǔ)策略8.7.5 文件訪問(wèn)動(dòng)態(tài)管理機(jī)制8.7.6 UNIX虛擬文件系統(tǒng)8.8 文件系統(tǒng)實(shí)例：Windows文件系統(tǒng)8.8.1 磁盤(pán)訪問(wèn)特點(diǎn)8.8.2 建立磁盤(pán)主引導(dǎo)區(qū)8.8.3 磁盤(pán)分區(qū)8.8.4 NTFS文件系統(tǒng)8.9 本章小結(jié)習(xí)題第9章 網(wǎng)絡(luò)與分布式操作系統(tǒng)9.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)9.1.1 網(wǎng)絡(luò)分類9.1.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議9.1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)9.2 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)9.2.1 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)模型9.2.2 操作系統(tǒng)對(duì)Internet的支持9.3 分布式系統(tǒng)概念9.3.1 分布式基礎(chǔ)9.3.2 分布式操作系統(tǒng)9.3.3 分布式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言9.3.4 分布式文件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)9.4 分布式操作系統(tǒng)技術(shù)9.4.1 分布式進(jìn)程通信9.4.2 分布式資源管理9.4.3 分布式文件系統(tǒng)9.5 本章小結(jié)習(xí)題第10章 操作系統(tǒng)的安全性10.1 系統(tǒng)安全基本知識(shí)10.1.1 對(duì)系統(tǒng)造成威脅的人10.1.2 安全管理的目標(biāo)10.1.3 操作系統(tǒng)安全原則10.1.4 系統(tǒng)級(jí)安全措施功能10.2 數(shù)字加密技術(shù)10.2.1 數(shù)字加密10.2.2 數(shù)字簽名10.3 用戶身份驗(yàn)證10.3.1 用戶口令驗(yàn)證10.3.2 持有物信息驗(yàn)證10.3.3 人體生物識(shí)別10.4 計(jì)算機(jī)病毒攻擊與防范10.4.1 植入系統(tǒng)內(nèi)部的危害10.4.2 來(lái)自系統(tǒng)外部的危害10.4.3 病毒引發(fā)分析10.4.4 病毒傳播10.4.5 系統(tǒng)安全與反入侵技術(shù)10.5 本章小結(jié)習(xí)題附錄ASolaris內(nèi)存分頁(yè)管理技術(shù)分析附錄BLinux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　計(jì)算機(jī)概述操作系統(tǒng)知識(shí)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最重要的基礎(chǔ)知識(shí)之一，要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的理論與實(shí)現(xiàn)技術(shù)首先要了解計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)分類概括地將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為兩大部分，即計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件。操作系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)軟件部分中的系統(tǒng)軟件，它的主要任務(wù)之一是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有的硬件和軟件資源的管理和調(diào)度，為計(jì)算機(jī)用戶提供一整套便捷、易用的系統(tǒng)服務(wù)程序。由此可見(jiàn)，操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的硬件和軟件都有著不可分隔的聯(lián)系。在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)理論與知識(shí)之前，首先了解一些計(jì)算機(jī)組成原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)是非常必要和十分有益的。由于篇幅和側(cè)重點(diǎn)不同，本章不詳細(xì)闡述計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念，只對(duì)與操作系統(tǒng)有關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件知識(shí)和計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。如果需要詳細(xì)了解和深入學(xué)習(xí)完整的計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)，還需要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理的有關(guān)教程。1.1　計(jì)算機(jī)硬件在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包含著硬件、固化軟件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等項(xiàng)內(nèi)容，而計(jì)算機(jī)硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。概括地講，計(jì)算機(jī)硬件由五大部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入及輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)硬件部分搭建并保證了軟件運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的平臺(tái)。要了解計(jì)算機(jī)硬件的組成，首先需要學(xué)習(xí)一系列的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念和知識(shí)，這些概念包括：處理器、存儲(chǔ)器、地址空間、指令結(jié)構(gòu)、程序控制、指令周期，以及寄存器使用方法、I／O訪問(wèn)技術(shù)等。下面我們介紹一些主要的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)。

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《操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》特點(diǎn)：采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，將枯燥的系統(tǒng)理論與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)相融合，針對(duì)操作系統(tǒng)的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行闡述。融入了作者多年從事操作系統(tǒng)本科教學(xué)的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及大量教學(xué)資料和疑問(wèn)解答范例，同時(shí)還包含了與歷屆學(xué)生共同建立的實(shí)例程序。每章都附有難度適宜的習(xí)題、教學(xué)重點(diǎn)總結(jié)、學(xué)習(xí)及要點(diǎn)掌握要求，有利于讀者進(jìn)行自學(xué)或鞏固所學(xué)知識(shí)。電子教案請(qǐng)登錄華章網(wǎng)站(www hzb00k．com)下載。

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