操作系統(tǒng)實(shí)用教程

前言

　　本套教材經(jīng)過全國幾十所高等學(xué)校老師一年多的努力，終于與廣大讀者見面了。我相信，它一定會(huì)受到全國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)界老師和同學(xué)們的熱烈歡迎?！　‰S著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，單一培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才多樣化的需求。應(yīng)對(duì)這一變化的最佳辦法，就是采用多種模式的培養(yǎng)方式。當(dāng)前，高等學(xué)校的計(jì)算機(jī)教育正處于從過去的單一培養(yǎng)模式向多種培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變過程中，多種模式的培養(yǎng)方式將是必然的發(fā)展方向?！　《喾N模式的培養(yǎng)方式包括：培養(yǎng)人才的類型不同（研究型，應(yīng)用型）：專業(yè)方向不同（計(jì)算機(jī)軟件，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，信息安全，信息系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等）；課程設(shè)置的多樣性等。　　同時(shí)，高等教育對(duì)科技人才培養(yǎng)的要求是：不但要培養(yǎng)研究型科技人才，還要為國家培養(yǎng)更多的應(yīng)用型科技人才（或稱工程型科技人才）。也就是說，培養(yǎng)應(yīng)用型科技人才是百分之九十以上的普通高等學(xué)校的主要任務(wù)。　　本套教材正是為適應(yīng)多種模式培養(yǎng)方式的要求，并且著重于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域高級(jí)應(yīng)用型科技人才的需求，而組識(shí)編寫的。　　本套教材具有如下特點(diǎn)。　　1.基礎(chǔ)理論夠用　　計(jì)算機(jī)專業(yè)所需的基礎(chǔ)理論知識(shí)以夠用為準(zhǔn)，不是盲目擴(kuò)張。如數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，計(jì)算機(jī)的基本組成原理和體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，離散數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的基礎(chǔ)知識(shí)，操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)等，都進(jìn)行了必要的講解介紹?！　?.強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用　　每本教材的編寫都將“理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用”的原則貫徹始終。例如，　《計(jì)算機(jī)組成原理和體系結(jié)構(gòu)》結(jié)合現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)講解，使學(xué)生學(xué)完之后，確切掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理；又如，　《程序設(shè)計(jì)》結(jié)合實(shí)例講解，使學(xué)生學(xué)完之后，真正能夠動(dòng)手編寫程序?！　?.強(qiáng)調(diào)教材的配套性　　根據(jù)多年組織教材的經(jīng)驗(yàn)，只有配套性好的教材才最受教師和學(xué)生們的歡迎。我們這套教材，盡量做到了課堂教材、實(shí)訓(xùn)教材和教學(xué)課件完全配套，以方便教學(xué)使用?！　×硗?，本套教材提供的是一套應(yīng)用創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)教育系列教材，可供不同類型學(xué)校依照自己的教學(xué)計(jì)劃，根據(jù)自身的需要進(jìn)行選用?！　‖F(xiàn)在把這套教材奉獻(xiàn)給全國計(jì)算機(jī)界的朋友們，真誠希望大家能夠喜歡。本套教材難免會(huì)有諸多缺點(diǎn)或不到之處，還希望得到大家的批評(píng)和指正?！　∪珖叩葘W(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)課程與教材建設(shè)委員會(huì)主任　　李大友　　2009年3月

內(nèi)容概要

操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的基本軟件，也是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的必修課，更是從事計(jì)算機(jī)相關(guān)職業(yè)人員應(yīng)該具備的基礎(chǔ)知識(shí)。    本書的主要內(nèi)容包括：操作系統(tǒng)概述、Linux操作系統(tǒng)簡介、進(jìn)程管理、進(jìn)程控制、處理器調(diào)度、死鎖、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、外存管理和文件系統(tǒng)。    本書深入淺出地對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行了描述，而且引入各種應(yīng)用實(shí)例對(duì)基本原理進(jìn)行講解，同時(shí)對(duì)Linux操作系統(tǒng)的部分實(shí)現(xiàn)方法給予介紹。    本書可作為計(jì)算機(jī)專業(yè)或相關(guān)專業(yè)操作系統(tǒng)課程的教材，也可供有關(guān)科技人員自學(xué)或參考使用。

書籍目錄

第1章 操作系統(tǒng)概述   1.1 操作系統(tǒng)簡介   1.2 操作系統(tǒng)的功能   1.3 操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展   1.4 操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)   本章小結(jié)   習(xí)題1 第2章 Linux操作系統(tǒng)簡介   2.1 Linux操作系統(tǒng)概述   2.2 Linux操作系統(tǒng)的使用   本章小結(jié)   習(xí)題2 第3章 進(jìn)程管理   3.1 并發(fā)控制   3.2 進(jìn)程的定義和特征   3.3 內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)   3.4 線程模型   3.5 Linux的進(jìn)程管理   本章小結(jié)   習(xí)題3 第4章 進(jìn)程控制   4.1 同步和互斥   4.2 經(jīng)典的進(jìn)程同步問題   4.3 管程機(jī)制   4.4 進(jìn)程通信   4.5 線程間的同步和通信   4.6 Linux進(jìn)程通信機(jī)制   本章小結(jié)   習(xí)題4 第5章 處理器調(diào)度   5.1 處理器調(diào)度的基本概念   5.2調(diào)度算法   本章小結(jié)   習(xí)題5 第6章 死鎖   6.1 死鎖的定義和死鎖產(chǎn)生的必要條件   6.2 死鎖的預(yù)防   6.3 死鎖的避免   6.4 死鎖的檢測和恢復(fù)   6.5 實(shí)例——銀行家算法的模擬   本章小結(jié)   習(xí)題6 第7章 存儲(chǔ)管理   7.1 存儲(chǔ)管理概述   7.2 連續(xù)模式   7.3 頁式管理   7.4 分段管理   7.5 實(shí)例——請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理中頁面置換算法的模擬   7.6 Linux內(nèi)存管理   本章小結(jié)   習(xí)題7 第8章 設(shè)備管理   8.1 I／O系統(tǒng)   8.2 I／O控制方式   8.3 緩沖管理   8.4 設(shè)備分配   8.5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序   8.6 磁盤存儲(chǔ)器管理   8.7 實(shí)例——獨(dú)占設(shè)備的分配和回收模擬   8.8 Linux設(shè)備管理   本章小結(jié)   習(xí)題8 第9章 外存管理和文件系統(tǒng)   9.1 文件的管理   9.2 虛擬文件系統(tǒng)   9.3 實(shí)例——文件系統(tǒng)模擬   附錄 實(shí)訓(xùn)練習(xí) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　（1）記錄系統(tǒng)中各作業(yè)的狀況。系統(tǒng)為了對(duì)作業(yè)實(shí)施有效的管理，每一個(gè)作業(yè)均有一個(gè)作業(yè)控制表（JCB），系統(tǒng)在作業(yè)進(jìn)入后備狀態(tài)時(shí)完成該作業(yè)的JCB建立。每一個(gè)作業(yè)在各階段所要求和分配的資源以及該作業(yè)的狀態(tài)都記錄在它的JCB中，根據(jù)JCB中的有關(guān)信息，作業(yè)調(diào)度程序?qū)ψ鳂I(yè)進(jìn)行調(diào)度和管理?！　。?）為作業(yè)做好執(zhí)行前的準(zhǔn)備工作。作業(yè)調(diào)度程序?yàn)樽鳂I(yè)建立相應(yīng)的進(jìn)程，并為這些進(jìn)程分配它們所需要的系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、外存、外設(shè)等?！　≡谂幚聿僮飨到y(tǒng)中，作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)后，是先駐留在外存上的，因此需要有作業(yè)調(diào)度，以將它們分批裝入內(nèi)存。然而，在分時(shí)操作系統(tǒng)中，為了能及時(shí)響應(yīng)，用戶通過鍵盤輸入的命令或數(shù)據(jù)等，都是直接送入內(nèi)存，因而無須配置作業(yè)調(diào)度。類似地，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，通常也不需要作業(yè)調(diào)度?！　。?）作業(yè)調(diào)度的依據(jù)。當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)的某一道作業(yè)被撤除或者是作業(yè)后備隊(duì)列中增加新的后備作業(yè)時(shí)，作業(yè)調(diào)度便會(huì)引發(fā)。作業(yè)調(diào)度依據(jù)的原則有兩條：　?、俳蛹{多少個(gè)作業(yè)。作業(yè)調(diào)度每次要接納多少個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，取決于多道程序度（Degree of Multiprogramming），即允許有多少個(gè)作業(yè)同時(shí)在內(nèi)存中運(yùn)行。當(dāng)內(nèi)存中可以同時(shí)運(yùn)行的作業(yè)太多時(shí)，可能會(huì)影響到系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，如使周轉(zhuǎn)時(shí)間太長，資源沖突嚴(yán)重。但是，如果內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行的作業(yè)太少時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量太低，因此，多道程序度的確定應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和運(yùn)行速度等參數(shù)適當(dāng)折中?！　、诮蛹{哪些作業(yè)。應(yīng)將哪些作業(yè)從外存調(diào)入內(nèi)存，將取決于所采用的調(diào)度算法。因?yàn)橄到y(tǒng)要求的差異，各個(gè)系統(tǒng)可能采取的調(diào)度算法也各有其特點(diǎn)。　?。?）作業(yè)調(diào)度算法的兩種類型。考慮作業(yè)調(diào)度算法時(shí)，必須綜合考慮用戶的方便性和資源的利用率兩個(gè)方面。在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，調(diào)度算法通?？梢苑譃閮深悾骸　、倩谧鳂I(yè)優(yōu)先級(jí)。為了盡可能合理地調(diào)度作業(yè)，通常根據(jù)作業(yè)的某些屬性為作業(yè)規(guī)定一個(gè)調(diào)度參數(shù)——優(yōu)先級(jí)（或稱作業(yè)運(yùn)行優(yōu)先級(jí)），作業(yè)調(diào)度程序則根據(jù)優(yōu)先級(jí)的高低決定它們的調(diào)度順序。決定優(yōu)先級(jí)的因素很多，如用戶任務(wù)的緊迫程度、上機(jī)所付費(fèi)用、作業(yè)在后備隊(duì)列中等待的時(shí)間、作業(yè)所需的運(yùn)行時(shí)間、作業(yè)所需的內(nèi)存量或者作業(yè)所需的I／O量等，都可以按一定的規(guī)則反映在優(yōu)先級(jí)這一參數(shù)上，以盡可能合理地滿足各種應(yīng)用的需求。　　優(yōu)先級(jí)的確定方法分靜態(tài)優(yōu)先數(shù)法和動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)法兩種。所謂靜態(tài)優(yōu)先數(shù)法是指作業(yè)在建立時(shí)即為它規(guī)定了一個(gè)優(yōu)先數(shù)，并在其作業(yè)的生存周期中保持不變。動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)法是指作業(yè)的優(yōu)先數(shù)動(dòng)態(tài)確定，并隨著作業(yè)活動(dòng)的過程不斷變化，其變化規(guī)律的不同體現(xiàn)著不同的調(diào)度目標(biāo)?！　、诨谧鳂I(yè)對(duì)資源需求量。作業(yè)優(yōu)先級(jí)法較好地滿足了用戶對(duì)系統(tǒng)的要求，但沒有顧及系統(tǒng)資源的使用狀況。有些系統(tǒng)采用資源需求量法，以有效利用資源為出發(fā)點(diǎn)，把對(duì)資源需求量有著互補(bǔ)性的作業(yè)搭配在一起進(jìn)行調(diào)度。例如：將短作業(yè)和長作業(yè)搭配，能減少作業(yè)之間的相互等待時(shí)間；將內(nèi)存需求少的作業(yè)和內(nèi)存需求大的作業(yè)搭配，能提高內(nèi)存的利用率，使內(nèi)存能夠盡可能經(jīng)常保持多道作業(yè)；將.I／0型作業(yè)與CP[J型作業(yè)搭配，可以提高CPU與I／O設(shè)備之間的并行性等?！　∮纱?，產(chǎn)生了3種常用的作業(yè)調(diào)度算法：先來先服務(wù)（FCFS）算法、最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）算法和響應(yīng)比高者優(yōu)先（HRN）調(diào)度算法。關(guān)于這3種算法的具體內(nèi)容，將在后面章節(jié)中做詳細(xì)講解。　　……

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