操作系統(tǒng)原理與應用教程

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、學習和娛樂無時無刻地需要與這些帶有“計算機”的智能化設(shè)備打交道，掌握計算機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)是計算機中最具特色的一類軟件，它是計算機系統(tǒng)面對用戶時的第一張面孔，承擔著與用戶交互及系統(tǒng)資源管理的雙重任務(wù)，更像一個配有各種操作按鈕的平臺，在平臺下安裝著保障操作能夠得以順利運轉(zhuǎn)的各種裝置。因此，人們常常將操作系統(tǒng)作為平臺技術(shù)來研究。研究中不但包括各種軟、硬件調(diào)度策略和實現(xiàn)機制，還包括屏幕上更為友好的用戶交互方式以及為系統(tǒng)功能的擴展而研發(fā)的各種可擴展部件的功能與設(shè)計。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)計原理和實現(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)原理又能以鍛煉學生實際使用操作系統(tǒng)的教材。為了適應偏重應用類學生和讀者的需要，我們新編了這本《操作系統(tǒng)原理與應用教程》教材，試圖在原理和應用兩個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，并能夠在實際中加以應用，我們適量地減少了原操作系統(tǒng)教學和教材中那些比較抽象的原理和論證公式的推理過程，將重點放在基本概念和常用實現(xiàn)技術(shù)的描述上。為了加強學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)計技術(shù)和應用方法作了應用實踐、編程練習內(nèi)容的加強和擴充。在第3章中給出了較為詳細的實驗環(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驗練習掌握和領(lǐng)會各章節(jié)中的知識要點，從而克服操作系統(tǒng)教學中過于抽象、過于理論化、過于枯燥、過于空泛的現(xiàn)象。我們設(shè)計在每個知識點介紹之后都用一定數(shù)量的編程練習或操作實踐來補充對知識的理解和對實現(xiàn)技術(shù)的掌握。希望這樣的教學方法和教學內(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)計風格。隨著計算機技術(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不同的方向發(fā)展，一個是以微軟等大型系統(tǒng)軟件公司為代表設(shè)計的通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的用戶界面更加友好，系統(tǒng)的功能更加強大。但同時也使操作系統(tǒng)更加繁復和龐大，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復雜，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)核實現(xiàn)技術(shù)有比較全面的了解。而另一個方向是隨著手機等便攜嵌入式系統(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，使更多的人有機會、有環(huán)境、有能力來學習、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)計原理中的大部分知識點，主要包括計算機系統(tǒng)知識、操作系統(tǒng)基本理論、并行處理技術(shù)、存儲管理技術(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提示，在每章內(nèi)容結(jié)束后都有小結(jié)以指出本章的學習要點和對知識掌握的要求。在大部分的章節(jié)中都包含一定的實踐內(nèi)容，指導讀者掌握一定的實用技術(shù)，而在每章的最后還附有適量的練習題供讀者練習。    為了使讀者更好地了解操作系統(tǒng)與計算機的有關(guān)知識，本書第1章闡述了計算機系統(tǒng)知識。而第2章則是對操作系統(tǒng)知識的一個總體概述。希望同學們在學習中將這兩章作為知識入門來學習，這樣可以對操作系統(tǒng)知識有一個比較全面的入門級理解和認識。第3章介紹了一些進行課程設(shè)計需要的知識，以幫助讀者建立必要的實驗環(huán)境，為完成后續(xù)各章中的實驗例子作準備。后面的8章內(nèi)容都是針對操作系統(tǒng)原理的各個分題由淺至深地進行介紹的，其中的進程概念及進程通信、存儲管理、I/O技術(shù)、文件管理等是本書介紹的核心內(nèi)容，應作為重點內(nèi)容來學習和領(lǐng)會。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)學生的學習需求情況，適當?shù)剡M行教學安排。本書的授課可安排40-60學時，另外還應安排20-30學時的實驗課時，這樣既有助于完成課程中的實驗，又能使學生加深對所學知識的理解。    本書適合作為各高等院校的計算機專業(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)具備了一定的計算機原理和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，所以讀者應對Windows 2000/XP及Linux環(huán)境的使用有所了解。

書籍目錄

第1章  計算機組成概述第2章  操作系統(tǒng)引論第3章  課程設(shè)計基礎(chǔ)第4章  并行管理單元——進程第5章  并行管理單元——線程第6章  并發(fā)控制與進程通信第7章  處理器調(diào)度第8章  存儲管理第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

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。這些算法應用在不同的功能模塊中，有著較強的對應性，比如進程調(diào)度算法會與操作系統(tǒng)的并發(fā)機制有關(guān)，頁面交換算法會與系統(tǒng)的存儲策略和進程調(diào)度機制有關(guān)等等。每種操作系統(tǒng)都會根據(jù)自己的特色提出一系列算法，有些算法是在實踐中總結(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，應該注意到，即便是最好的算法也會有其局限性，這一點對于初學者來說需要加深認識，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)的學習可發(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指標的最高。因為在追求某項指標的同時會損失系統(tǒng)的其他性能，一個系統(tǒng)的單項指標高并不能說明它是一個好系統(tǒng)，而往往需要的是在多項指標間找到一種平衡，這樣才能構(gòu)建一套適合大多數(shù)應用需要的操作系統(tǒng)平臺。正是由于以上原因，人們才會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，但卻可以評價它們對某種需求的適應性如何。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。計算機中存儲的信息將會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、特定項目的商業(yè)計劃或是系統(tǒng)的重要配置信息等等。各種信息會有不同程度的安全保密要求，而計算機中信息的安全性大多依賴于操作系統(tǒng)中的信息安全機制。為了適應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制。比如在用戶登錄過程中增加密碼或身份認證管理，在文件訪問中增加權(quán)限控制管理，在一個軟件系統(tǒng)或子系統(tǒng)創(chuàng)建、刪除時設(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制，它們的數(shù)據(jù)安全機制也基本代表著當今流行的數(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)原理與應用教程》特色：突出實踐性。叢書編寫以能力培養(yǎng)為導向，突出專業(yè)實踐教學內(nèi)容，為有關(guān)專業(yè)實習、課程設(shè)計、專業(yè)實踐、畢業(yè)實踐和畢業(yè)設(shè)計教學提供具體、翔實的實驗設(shè)計，提供可操作性強的實驗指導，完全適合“從實踐到理論再到應用”、“任務(wù)驅(qū)動”的教學模式。教材立體化。叢書提供配套的紙質(zhì)教材、電子教案、習題、實驗指導和案例，并且在清華大學出版社網(wǎng)站提供及時更新的數(shù)字化教學資源，供師生學習與參考。課程系列化。實驗類課程均由“教程+實驗指導+課程設(shè)計”三本教材構(gòu)成一門課程的“課程包”，為教師教學、指導實驗以及學生完成課程設(shè)計提供翔實、具體的指導和技術(shù)支持。

圖書封面

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