操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用教程

前言

“如今，在我們周圍充斥著各種各樣的智能化電子設(shè)備，我們的生活、工作、學(xué)習(xí)和娛樂無時(shí)無刻地需要與這些帶有“計(jì)算機(jī)”的智能化設(shè)備打交道，掌握計(jì)算機(jī)的基本知識和基本操作技能已成為融入現(xiàn)代生活的基本要求。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最具特色的一類軟件，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)面對用戶時(shí)的第一張面孔，承擔(dān)著與用戶交互及系統(tǒng)資源管理的雙重任務(wù)，更像一個(gè)配有各種操作按鈕的平臺(tái)，在平臺(tái)下安裝著保障操作能夠得以順利運(yùn)轉(zhuǎn)的各種裝置。因此，人們常常將操作系統(tǒng)作為平臺(tái)技術(shù)來研究。研究中不但包括各種軟、硬件調(diào)度策略和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，還包括屏幕上更為友好的用戶交互方式以及為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展而研發(fā)的各種可擴(kuò)展部件的功能與設(shè)計(jì)。近年來，國內(nèi)外有大量的操作系統(tǒng)教材和書籍面世，它們或是以講述操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)為主，或是以典型操作系統(tǒng)為背景介紹使用方法和操作過程，但很少有既兼顧講述操作系統(tǒng)原理又能以鍛煉學(xué)生實(shí)際使用操作系統(tǒng)的教材。為了適應(yīng)偏重應(yīng)用類學(xué)生和讀者的需要，我們新編了這本《操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用教程》教材，試圖在原理和應(yīng)用兩個(gè)方面有所兼顧和交融。為使讀者能夠有效地掌握基本的操作系統(tǒng)知識，并能夠在實(shí)際中加以應(yīng)用，我們適量地減少了原操作系統(tǒng)教學(xué)和教材中那些比較抽象的原理和論證公式的推理過程，將重點(diǎn)放在基本概念和常用實(shí)現(xiàn)技術(shù)的描述上。為了加強(qiáng)學(xué)生和讀者對這些基本概念和常用技術(shù)的理解，還專門針對目前流行的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用方法作了應(yīng)用實(shí)踐、編程練習(xí)內(nèi)容的加強(qiáng)和擴(kuò)充。在第3章中給出了較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)方法、系統(tǒng)配置步驟以及Linux環(huán)境使用入門說明，使大家有可能通過具體的實(shí)驗(yàn)練習(xí)掌握和領(lǐng)會(huì)各章節(jié)中的知識要點(diǎn)，從而克服操作系統(tǒng)教學(xué)中過于抽象、過于理論化、過于枯燥、過于空泛的現(xiàn)象。我們設(shè)計(jì)在每個(gè)知識點(diǎn)介紹之后都用一定數(shù)量的編程練習(xí)或操作實(shí)踐來補(bǔ)充對知識的理解和對實(shí)現(xiàn)技術(shù)的掌握。希望這樣的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容可以使讀者更加容易地接近和熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核知識，克服對操作系統(tǒng)內(nèi)核知識的神秘感和畏難情緒。我們衷心地希望大家能夠喜歡本書的設(shè)計(jì)風(fēng)格。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代操作系統(tǒng)無論從內(nèi)涵還是外部界面上與早期操作系統(tǒng)相比都發(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)軟件公司為代表設(shè)計(jì)的通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的用戶界面更加友好，系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大。但同時(shí)也使操作系統(tǒng)更加繁復(fù)和龐大，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，加上專業(yè)化大公司的壟斷行為，人們已經(jīng)很難對它的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)技術(shù)有比較全面的了解。而另一個(gè)方向是隨著手機(jī)等便攜嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，操作系統(tǒng)向著可剪裁、濃縮化和小型化發(fā)展。尤其是開源操作系統(tǒng)技術(shù)的出現(xiàn)，給沉悶的操作系統(tǒng)技術(shù)研究和開發(fā)注入了新的活力，使更多的人有機(jī)會(huì)、有環(huán)境、有能力來學(xué)習(xí)、研究操作系統(tǒng)的核心技術(shù)和精湛的內(nèi)部管理方法。

內(nèi)容概要

本書基本涵蓋了操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理中的大部分知識點(diǎn)，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識、操作系統(tǒng)基本理論、并行處理技術(shù)、存儲(chǔ)管理技術(shù)、I/O管理技術(shù)、操作系統(tǒng)安全知識等內(nèi)容的介紹。全書共分11章，每章開始部分都給出本章重點(diǎn)提示，在每章內(nèi)容結(jié)束后都有小結(jié)以指出本章的學(xué)習(xí)要點(diǎn)和對知識掌握的要求。在大部分的章節(jié)中都包含一定的實(shí)踐內(nèi)容，指導(dǎo)讀者掌握一定的實(shí)用技術(shù)，而在每章的最后還附有適量的練習(xí)題供讀者練習(xí)。    為了使讀者更好地了解操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的有關(guān)知識，本書第1章闡述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識。而第2章則是對操作系統(tǒng)知識的一個(gè)總體概述。希望同學(xué)們在學(xué)習(xí)中將這兩章作為知識入門來學(xué)習(xí)，這樣可以對操作系統(tǒng)知識有一個(gè)比較全面的入門級理解和認(rèn)識。第3章介紹了一些進(jìn)行課程設(shè)計(jì)需要的知識，以幫助讀者建立必要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為完成后續(xù)各章中的實(shí)驗(yàn)例子作準(zhǔn)備。后面的8章內(nèi)容都是針對操作系統(tǒng)原理的各個(gè)分題由淺至深地進(jìn)行介紹的，其中的進(jìn)程概念及進(jìn)程通信、存儲(chǔ)管理、I/O技術(shù)、文件管理等是本書介紹的核心內(nèi)容，應(yīng)作為重點(diǎn)內(nèi)容來學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)。另外，關(guān)于線程技術(shù)、操作系統(tǒng)安全知識這些在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中比較重要的內(nèi)容，可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求情況，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行教學(xué)安排。本書的授課可安排40-60學(xué)時(shí)，另外還應(yīng)安排20-30學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，這樣既有助于完成課程中的實(shí)驗(yàn)，又能使學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解。    本書適合作為各高等院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的本科教材或參考教材，也可以作為從事操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)內(nèi)核開發(fā)人員的參考書籍。閱讀本書的讀者，最好已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)原理和C語言編程的基礎(chǔ)知識。另外，由于在本書中大部分的例子都是以Linux和Windows環(huán)境為例說明的，所以讀者應(yīng)對Windows 2000/XP及Linux環(huán)境的使用有所了解。

書籍目錄

第1章  計(jì)算機(jī)組成概述第2章  操作系統(tǒng)引論第3章  課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第4章  并行管理單元——進(jìn)程第5章  并行管理單元——線程第6章  并發(fā)控制與進(jìn)程通信第7章  處理器調(diào)度第8章  存儲(chǔ)管理第9章  文件管理系統(tǒng)第10章  I/O技術(shù)與設(shè)備管理第11章  操作系統(tǒng)安全性參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2.4.4調(diào)度算法與信息安全控制在操作系統(tǒng)管理中，為了管理各種軟、硬件資源，配合各種管理策略產(chǎn)生了各種調(diào)度與管理算法。這些算法應(yīng)用在不同的功能模塊中，有著較強(qiáng)的對應(yīng)性，比如進(jìn)程調(diào)度算法會(huì)與操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制有關(guān)，頁面交換算法會(huì)與系統(tǒng)的存儲(chǔ)策略和進(jìn)程調(diào)度機(jī)制有關(guān)等等。每種操作系統(tǒng)都會(huì)根據(jù)自己的特色提出一系列算法，有些算法是在實(shí)踐中總結(jié)出來的經(jīng)典，在解決某類問題中有特殊的效果，從而被多種操作系統(tǒng)所采用，例如，UNIX中的許多算法都可以在其他操作系統(tǒng)中見到。但是，應(yīng)該注意到，即便是最好的算法也會(huì)有其局限性，這一點(diǎn)對于初學(xué)者來說需要加深認(rèn)識，在操作系統(tǒng)的管理與調(diào)度中常常是在尋求一種和諧，而不是在追求一種完美。通過操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)可發(fā)現(xiàn)，在算法選擇中，往往采用的是一種折中法，而不是片面地追求某項(xiàng)指標(biāo)的最高。因?yàn)樵谧非竽稠?xiàng)指標(biāo)的同時(shí)會(huì)損失系統(tǒng)的其他性能，一個(gè)系統(tǒng)的單項(xiàng)指標(biāo)高并不能說明它是一個(gè)好系統(tǒng)，而往往需要的是在多項(xiàng)指標(biāo)間找到一種平衡，這樣才能構(gòu)建一套適合大多數(shù)應(yīng)用需要的操作系統(tǒng)平臺(tái)。正是由于以上原因，人們才會(huì)看到在不同的操作系統(tǒng)中（甚至是在不同的操作系統(tǒng)版本中）有著各種各樣的調(diào)度算法，它們各具特長，也存在各自的不足，很難斷言它們誰優(yōu)誰劣，但卻可以評價(jià)它們對某種需求的適應(yīng)性如何。關(guān)于處理器的調(diào)度管理問題將在本書的第7章中加以介紹。計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的信息將會(huì)被使用在不同的場合中，這些數(shù)據(jù)的用途也各不相同，例如多用戶系統(tǒng)中不同用戶的文檔信息、用戶自己的私人信件、特定項(xiàng)目的商業(yè)計(jì)劃或是系統(tǒng)的重要配置信息等等。各種信息會(huì)有不同程度的安全保密要求，而計(jì)算機(jī)中信息的安全性大多依賴于操作系統(tǒng)中的信息安全機(jī)制。為了適應(yīng)信息安全的多種需要，每種操作系統(tǒng)都有自己的信息管理安全防范機(jī)制。比如在用戶登錄過程中增加密碼或身份認(rèn)證管理，在文件訪問中增加權(quán)限控制管理，在一個(gè)軟件系統(tǒng)或子系統(tǒng)創(chuàng)建、刪除時(shí)設(shè)定的權(quán)限限制等等，都屬于這一范疇的技術(shù)問題。人們比較熟悉的windows或Linux系統(tǒng)，都設(shè)置了各種信息安全防范機(jī)制，它們的數(shù)據(jù)安全機(jī)制也基本代表著當(dāng)今流行的數(shù)據(jù)安全管理技術(shù)的水平。有關(guān)這方面的內(nèi)容將在本書的第11章中加以介紹。

編輯推薦

《操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用教程》特色：突出實(shí)踐性。叢書編寫以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，突出專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，為有關(guān)專業(yè)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)踐、畢業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)提供具體、翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提供可操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，完全適合“從實(shí)踐到理論再到應(yīng)用”、“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式。教材立體化。叢書提供配套的紙質(zhì)教材、電子教案、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和案例，并且在清華大學(xué)出版社網(wǎng)站提供及時(shí)更新的數(shù)字化教學(xué)資源，供師生學(xué)習(xí)與參考。課程系列化。實(shí)驗(yàn)類課程均由“教程+實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)+課程設(shè)計(jì)”三本教材構(gòu)成一門課程的“課程包”，為教師教學(xué)、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)提供翔實(shí)、具體的指導(dǎo)和技術(shù)支持。

圖書封面

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