計算機(jī)操作系統(tǒng)

前言

　　FOREWORD操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的系統(tǒng)軟件，計算機(jī)系統(tǒng)愈復(fù)雜，操作系統(tǒng)的作用和地位就愈重要。　　本書結(jié)合現(xiàn)在操作系統(tǒng)的設(shè)計并考慮操作系統(tǒng)的發(fā)展方向，著重討論操作系統(tǒng)設(shè)計的基本概念、基本原理和典型技術(shù)。全書共分12章，下面介紹各章內(nèi)容組成。　　第1章簡要介紹操作系統(tǒng)的基本概念、功能、發(fā)展歷史以及主要成就等?！　〉?章介紹了進(jìn)程的概念，以及操作系統(tǒng)對進(jìn)程進(jìn)行控制和管理時采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還討論了與進(jìn)程相關(guān)的線程等內(nèi)容。　　第3章介紹了在單一系統(tǒng)中并行處理的關(guān)鍵技術(shù)--互斥和同步機(jī)制?！　〉?章描述了死鎖的性質(zhì)，并討論了解決死鎖問題的一些方法?！　〉?章討論了多種內(nèi)存管理方法，并討論了用于支撐虛擬內(nèi)存所需的硬件結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)用來管理虛擬內(nèi)存的軟件方法?！　〉?章分析了各種不同的進(jìn)程調(diào)度方法，包括實時調(diào)度策略等方面的內(nèi)容?！　〉?章論述了操作系統(tǒng)對輸入/輸出設(shè)備的控制和管理，尤其是對系統(tǒng)性能影響較大的磁盤I/O的調(diào)度和控制?！　〉?章對文件的組織、存儲、使用和保護(hù)等方面的內(nèi)容進(jìn)行了講解?！　〉?章和第10章描述了分布式操作系統(tǒng)的一些關(guān)鍵設(shè)計領(lǐng)域，包括Client/Server結(jié)構(gòu)，用于消息傳遞和遠(yuǎn)程過程調(diào)用的分布式通信機(jī)制、分布式進(jìn)程遷移、中間件以及解決分布式互斥和死鎖問題的原理與技術(shù)?！　〉?1章簡要討論了保證操作系統(tǒng)安全性的相關(guān)理論和方法?！　〉?2章以小型操作系統(tǒng)MINIX為例，用解釋性的方式介紹了MINIX設(shè)計和實現(xiàn)的具體過程，以期達(dá)到理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用，突出實踐性的目的?！　”緯珊窝紫?、李飛、李寧共同編寫，何炎祥統(tǒng)編了全書。在編寫過程中得到了武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和同事們的熱情幫助，清華大學(xué)出版社為本書的出版給予了大力支持，文中還參考、引用了國內(nèi)外一些專家學(xué)者的論著和研究工作，以及一些公司的產(chǎn)品介紹，在此一并表示誠摯的感謝。　　隨著操作系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，本書在前一版的基礎(chǔ)上，對部分內(nèi)容進(jìn)行了修訂和改編，以適應(yīng)教學(xué)需要。　　限于水平，書中錯誤難免，敬請讀者不吝賜教。　　編者　　2011年2月

內(nèi)容概要

　　本書著重討論操作系統(tǒng)設(shè)計的基本概念、基本原理和典型技術(shù)，講述構(gòu)造操作系統(tǒng)過程中可能面臨的種種問題及其解決辦法；介紹操作系統(tǒng)設(shè)計中的一些非常重要的進(jìn)展，包括線程、實時系統(tǒng)、多處理器調(diào)度、進(jìn)程遷移、分布式計算模式、分布式進(jìn)程管理、中間件技術(shù)、微核技術(shù)、操作系統(tǒng)的安全性等。為了幫助讀者更好地理解操作系統(tǒng)的概念、原理和方法，更好地將理論與實際設(shè)計相結(jié)合，筆者選擇了目前具有代表性、典型性的操作系統(tǒng)Windows
NT、UNIX、Linux作為實例貫穿全書，并專門介紹了一個小型操作系統(tǒng)--MINIX的設(shè)計與實現(xiàn)。目的是盡可能清晰、全面地向讀者展現(xiàn)較新的操作系統(tǒng)的設(shè)計原理與基本實現(xiàn)技術(shù)，以便讀者深入了解現(xiàn)在操作系統(tǒng)的全貌，為今后進(jìn)行大型軟件研制與系統(tǒng)開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。
　　本書可供大專院校計算機(jī)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的師生作為教材，也可供在計算機(jī)軟件企業(yè)和IT行業(yè)工作的科技工作者與管理者學(xué)習(xí)和參考。

作者簡介

何炎祥，博士、教授、博十牛導(dǎo)師，同家教學(xué)名師，享受國務(wù)院政府特殊津貼。武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院院長。美國0regorl大學(xué)計算機(jī)及信息科學(xué)系碩士，武漢大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系博士。主要研究方向為分布并行處理、可信軟件、軟件工程等。主持和主要承擔(dān)包括863高技術(shù)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、省市科技攻關(guān)項目等40余項，發(fā)表論文200多篇，出版學(xué)術(shù)著作和教材15種。獲包括湖北省科技進(jìn)步一等獎在內(nèi)的省部級科技成果和教學(xué)成果獎多項。主持“編譯原理”國家精品課程。國家自然科學(xué)基金委、國家科學(xué)技術(shù)獎、教育部科學(xué)技術(shù)獎評審專家，兼任教育部科技委信息學(xué)部委員，全國高校計算機(jī)教育研究會副理事長，中國計算機(jī)學(xué)會教育專委會副主任，清華大學(xué)出版社“高等學(xué)校計算機(jī)教育規(guī)劃教材”編委會主任，湖北省計算機(jī)學(xué)會副理事長，湖北省軟件行業(yè)協(xié)會副理事長，《計算機(jī)研究與發(fā)展》、《計算機(jī)科學(xué)與探索》、《Intelligeilt Control and Automation》等雜志編委，《中國科學(xué)》、《軟件學(xué)報》、《計算機(jī)學(xué)報》等審稿人，中山大學(xué)、華中師范大學(xué)、廣東外語外貿(mào)大學(xué)等高校兼職教授，國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項目“下一代互聯(lián)網(wǎng)信息存儲的組織模式與核心技術(shù)研究”和“面向復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究”項目專家組專家。多個國際學(xué)術(shù)會議的大會合作主席、程序委員會合作主席、委員等。

書籍目錄

第1章　操作系統(tǒng)概論
　1.1　操作系統(tǒng)的作用
　　1.1.1　硬件系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的界面
　　1.1.2　資源管理者
　　1.1.3　推動操作系統(tǒng)發(fā)展的因素
　1.2　操作系統(tǒng)的演變
　　1.2.1　串行處理系統(tǒng)
　　1.2.2　簡單批處理系統(tǒng)
　　1.2.3　多道程序批處理系統(tǒng)
　　1.2.4　分時系統(tǒng)
　　1.2.5　實時系統(tǒng)
　　1.2.6　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
　　1.2.7　分布式操作系統(tǒng)
　　1.2.8　嵌入式操作系統(tǒng)
　1.3　操作系統(tǒng)的主要成就
　　1.3.1　進(jìn)程
　　1.3.2　存儲器管理
　　1.3.3　信息保護(hù)和安全性
　　1.3.4　調(diào)度和資源管理
　　1.3.5　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　1.4　操作系統(tǒng)舉例
　　1.4.1　Windows NT
　　1.4.2　UNIX System V
　1.5　操作系統(tǒng)的主要研究課題
　小結(jié)
　習(xí)題
第2章　進(jìn)程描述與控制
　2.1　進(jìn)程狀態(tài)
　　2.1.1　進(jìn)程產(chǎn)生和終止
　　2.1.2　進(jìn)程狀態(tài)模型
　　2.1.3　進(jìn)程掛起
　2.2　進(jìn)程描述
　　2.2.1　操作系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)
　　2.2.2　進(jìn)程控制結(jié)構(gòu)
　　2.2.3　進(jìn)程屬性
　2.3　進(jìn)程控制
　　2.3.1　執(zhí)行模式
　　2.3.2　進(jìn)程創(chuàng)建
　　2.3.3　進(jìn)程切換
　　2.3.4　上下文切換
　　2.3.5　操作系統(tǒng)的運行
　　2.3.6　微核
　2.4　線程和SMP
　　2.4.1　線程及其管理
　　2.4.2　多線程的實現(xiàn)
　　2.4.3　進(jìn)程與線程的關(guān)系
　　2.4.4　SMP
　2.5　系統(tǒng)舉例
　　2.5.1　UNIX System V
　　2.5.2　Windows NT
　　2.5.3　Linux
　小結(jié)
　習(xí)題
第3章　并發(fā)控制--互斥與同步
第4章　死鎖處理
第5章　內(nèi)存管理
第6章　處理機(jī)調(diào)度
第7章　I/O設(shè)備管理
第8章　文件管理
第9章　分布計算
第10章　分布式進(jìn)程管理
第11章　操作系統(tǒng)的安全性
第12章　一個小型操作系統(tǒng)的實現(xiàn)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：系統(tǒng)程序設(shè)計員用于開發(fā)早期的多道程序和多用戶系統(tǒng)的原則是中斷。任何作業(yè)在遇到規(guī)定的事件（如I／O）時就會被掛起，處理器保存某些內(nèi)容（例如，程序計數(shù)器和其他寄存器），然后轉(zhuǎn)到中斷處理程序，中斷處理程序?qū)⒋_定中斷、處理中斷，然后繼續(xù)執(zhí)行用戶被中斷的作業(yè)和其他一些作業(yè)。設(shè)計系統(tǒng)軟件以協(xié)調(diào)各種組件間的運作是很困難的。在同一時刻有許多任務(wù)，而每個任務(wù)又包括大量必須依次執(zhí)行的步驟，因此，對所有事件的可能的組合順序進(jìn)行分析是不可能的。由于系統(tǒng)缺乏協(xié)作的方法，常會產(chǎn)生一些錯誤。這些錯誤很難診斷，因為必須將它們與應(yīng)用程序的出錯及硬件出錯區(qū)分開。即使發(fā)現(xiàn)了錯誤，也很難確定原因，因為出現(xiàn)錯誤的精確環(huán)境是很難再現(xiàn)的。通常，有4種原因會導(dǎo)致這樣的錯誤：①不合適的同步。一個進(jìn)程常常因等待某事件發(fā)生而必須掛起。例如，一個程序執(zhí)行初始化I／O讀操作后，必須等待，直到緩沖區(qū)中有所需的數(shù)據(jù)。不合適的信號機(jī)制可能會導(dǎo)致信號丟失或收到多個信號。②失敗的互斥。有些情況下，不止一個用戶或程序企圖同時使用共享資源。例如，在一個航空訂票系統(tǒng)中，兩個用戶可能分別試圖讀取數(shù)據(jù)庫，如果有空余座位，就訂下座位并更新數(shù)據(jù)庫。如果訪問沒有得到控制，就可能出現(xiàn)錯誤。必須有一種互斥機(jī)制，即在同一時刻只允許一個進(jìn)程對數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行更新。這種互斥的實現(xiàn)很難在所有可能的事件順序下被證明是正確的。③非確定的程序操作。一個特定程序的運行結(jié)果通常是由該程序的輸人決定而不依賴于一個共享系統(tǒng)中其他程序的運行。但是，如果多個程序共享存儲器并都被處理器調(diào)入內(nèi)存，就有可能修改共享存儲器區(qū)，從而互相干擾。這樣，各程序的調(diào)度次序就會影響其他程序的輸出結(jié)果。④死鎖。在某些情況下，可能有兩個或多個程序都在互相等待彼此占用的資源。例如，兩個程序可能都需要兩個I／O設(shè)備，但每個程序都控制了其中一個設(shè)備而等待另一個程序釋放另一個設(shè)備。解決這些問題所必需的基本條件是，要有一個系統(tǒng)的方法去監(jiān)視和控制處理器中運行的程序。進(jìn)程的概念提供了這個基本條件。進(jìn)程由以下3部分組成：①一個可執(zhí)行的程序；②該程序所需的相關(guān)數(shù)據(jù)（變量、工作空間、緩沖區(qū)等）；③該程序的執(zhí)行上下文（context）。其中，最后一項是必不可少的。操作系統(tǒng)中所有用來管理進(jìn)程和處理器執(zhí)行進(jìn)程的信息都包括在執(zhí)行上下文中。這個上下文包括寄存器的內(nèi)容、進(jìn)程的優(yōu)先級以及進(jìn)程是否等待I／0事件的完成等信息。根據(jù)上述分析，結(jié)合各種觀點，我們可以把“進(jìn)程”定義為：可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程。圖1.10顯示了進(jìn)程可能實現(xiàn)的一種方法。兩個進(jìn)程A和B存在于內(nèi)存中。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    計算機(jī)操作系統(tǒng) PDF格式下載

---