操作系統(tǒng)引論

前言

　　自20世紀(jì)50年代以來，操作系統(tǒng)一直伴隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展而不斷地發(fā)展著。進(jìn)入2l世紀(jì)，社會(huì)信息化的步伐進(jìn)一步加快，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用深入到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，從琳瑯滿目的家用電器，到顯示國(guó)家實(shí)力的設(shè)備和武器；從個(gè)人使用的微機(jī)和PDA，到超級(jí)計(jì)算機(jī)，到處都有著與計(jì)算機(jī)共存的各類操作系統(tǒng)?！　”M管操作系統(tǒng)本身及其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地?cái)U(kuò)大，但是操作系統(tǒng)的許多基本概念和技術(shù)仍然被普遍采用，并構(gòu)成了所有操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。另一方面，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的許多概念與技術(shù)是這些基本技術(shù)的擴(kuò)展和延伸。因此，本書立足于介紹操作系統(tǒng)基本的概念和技術(shù)，并簡(jiǎn)要地介紹現(xiàn)代操作系統(tǒng)涉及的重要內(nèi)容。為使讀者對(duì)現(xiàn)代操作系統(tǒng)有更加直接的認(rèn)識(shí)，本書的各個(gè)部分用Linux的相關(guān)內(nèi)容作為所介紹的各種概念和技術(shù)的實(shí)例。每一章后均附習(xí)題，便于讀者加深對(duì)書中內(nèi)容的理解?！　”緯牡谝徊糠纸榻B了操作系統(tǒng)產(chǎn)生的背景和它的定義、各種背景下的操作系統(tǒng)的目標(biāo)、操作系統(tǒng)的主要組成部分，以及操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)；還簡(jiǎn)要地介紹了使用操作系統(tǒng)的方式和方法，以便于讀者理解后續(xù)章節(jié)中涉及的概念和技術(shù)?！　”緯牡诙糠忠M(jìn)了進(jìn)程的概念，介紹了對(duì)進(jìn)程的描述和控制的方法。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并行性，引入了線程的概念，并簡(jiǎn)單介紹了更適合線程運(yùn)行的SMP平臺(tái)?；コ?、同步和通信機(jī)制的實(shí)現(xiàn)是協(xié)調(diào)并行運(yùn)行的進(jìn)程時(shí)必須解決的問題，因此，詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)和使用這些機(jī)制的技術(shù)。多進(jìn)程并行時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)死鎖或饑餓，這里介紹了它們的成因和解決它們引起的問題的各種方案。最后介紹了進(jìn)程調(diào)度的目標(biāo)和策略?！　”緯牡谌糠衷诮榻B了內(nèi)存管理的需求之后，介紹了各種實(shí)內(nèi)存和虛擬內(nèi)存管理的技術(shù)，而以后者為主。對(duì)于虛擬內(nèi)存管理，介紹了虛擬內(nèi)存的概念，以及頁式、段式和段頁式三種虛擬管理方案的原理、硬件支持和管理策略?！　”緯牡谒牟糠质紫冉榻B了操作系統(tǒng)中I／O管理的目標(biāo)和相應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)，單獨(dú)分析了VO管理中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即緩存技術(shù)和磁盤調(diào)度技術(shù)。然后，對(duì)文件管理做了一個(gè)概述，并介紹了文件的組織、目錄的實(shí)現(xiàn)、文件的共享和輔存的管理。最后概述操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的安全性問題。為此，首先闡述安全威脅的總體情況，然后陳述計(jì)算機(jī)安全保護(hù)機(jī)制。在此之后考察對(duì)抗入侵者（包括非授權(quán)用戶和試圖執(zhí)行非授權(quán)操作的授權(quán)用戶）威脅的方法，接著是分析病毒，還講述了一種復(fù)雜的計(jì)算機(jī)安全設(shè)計(jì)的方法，即可信任系統(tǒng)。最后介紹網(wǎng)絡(luò)安全。

內(nèi)容概要

本書立足于介紹操作系統(tǒng)基本的要領(lǐng)和技術(shù)，并簡(jiǎn)要地介紹現(xiàn)代操作系統(tǒng)涉及的重要內(nèi)容。    全書分四個(gè)部分。第一部分介紹操作系統(tǒng)的定義、目標(biāo)和主要的組成部分，以及操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)和使用操作系統(tǒng)的方式。第二部分介紹進(jìn)程、線程和SMP的概念，進(jìn)程的描述與控制、進(jìn)程的互斥與同步及死鎖與饑餓、進(jìn)程調(diào)度。第三部分介紹內(nèi)存管理技術(shù)，重點(diǎn)是虛擬內(nèi)存的管理。第四部分介紹I/O設(shè)備管理、文件管理，以及安全和保護(hù)問題。本書的各個(gè)部分用Linux的相關(guān)內(nèi)容作為所介紹的各種要領(lǐng)和技術(shù)的實(shí)例。每章后均附習(xí)題，便于讀者加深對(duì)書中內(nèi)容的理解。本書內(nèi)容豐富，通俗易懂，便于自學(xué)，可作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生或研究生的教科書和參考書，也可以作為大學(xué)程度的繼續(xù)教育的教材。

書籍目錄

第一部分  引論  1 操作系統(tǒng)概述    1.1 什么是操作系統(tǒng)    1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展    1.3 操作系統(tǒng)的主要組成部分    1.4 Linux操作系統(tǒng)概述    1.5 習(xí)題  2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述    2.1 基本成分    2.2 處理器的寄存器    2.3 指令的執(zhí)行    2.4 中斷    2.5 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)    2.6 高速緩沖存儲(chǔ)器    2.7 I/O通信技術(shù)    2.8 習(xí)題  3 用戶與操作系統(tǒng)的接口    3.1 概述    3.2 操作員接口    3.3 程序級(jí)接口    3.4 Linux的用戶界面Shell    3.5 習(xí)題第二部分  進(jìn)程  4 進(jìn)程描述與控制    4.1 進(jìn)程狀態(tài)    4.2 進(jìn)程描述    4.3 進(jìn)程控制    4.4 線程    4.5 對(duì)稱多處理    4.6 總結(jié)    4.7 習(xí)題  5 并發(fā)：互斥與同步  6 并發(fā)：死鎖和饑餓  7 單處理器調(diào)度第三部分  內(nèi)存  8 內(nèi)存管理  9 虛擬內(nèi)存第四部分  輸入/輸出和文件  10 輸入/輸出管理和磁盤調(diào)度  11 文件管理  12 系統(tǒng)安全參考資料

章節(jié)摘錄

　　圖4.5 列出了導(dǎo)致進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的各種事件類型，進(jìn)程轉(zhuǎn)換有以下幾種：　　1）空一初始：一個(gè)新進(jìn)程被創(chuàng)建以執(zhí)行一個(gè)程序。引發(fā)這個(gè)事件的原因見表4.1 ?！　?）初始一就緒：當(dāng)操作系統(tǒng)完成增加一個(gè)進(jìn)程的準(zhǔn)備工作之后，操作系統(tǒng)將會(huì)把該進(jìn)程從初始態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)。大多數(shù)操作系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)存在的進(jìn)程個(gè)數(shù)或分配給已經(jīng)存在的進(jìn)程虛擬內(nèi)存總量設(shè)置一定的限制。設(shè)置限制的目的是為了避免由于活躍進(jìn)程的個(gè)數(shù)太多而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。　　3）就緒一運(yùn)行：當(dāng)?shù)搅诉x擇一個(gè)新進(jìn)程運(yùn)行的時(shí)候，操作系統(tǒng)在就緒態(tài)的進(jìn)程中選擇一個(gè)。4）運(yùn)行一退出：當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程如果已經(jīng)結(jié)束或被取消，它會(huì)被操作系統(tǒng)終止。5）運(yùn)行一就緒：這種轉(zhuǎn)換最常見的原因是進(jìn)程的運(yùn)行已達(dá)到了所允許的不間斷執(zhí)行的最長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際上，所有采用多道程序方式的操作系統(tǒng)都有這種時(shí)間規(guī)則。此外，還有其他幾種原因會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)到就緒狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但是并不是在所有操作系統(tǒng)中都會(huì)實(shí)現(xiàn)因?yàn)槟切┰蛞鸬霓D(zhuǎn)換。例如，如果操作系統(tǒng)為不同的進(jìn)程設(shè)計(jì)不同的優(yōu)先級(jí)。這樣，有的進(jìn)程的運(yùn)行權(quán)有可能被其他進(jìn)程強(qiáng)占。假設(shè)，進(jìn)程B比進(jìn)程A優(yōu)先級(jí)高，A在運(yùn)行而B被阻塞。如果操作系統(tǒng)知道進(jìn)程B所等待的事件已經(jīng)發(fā)生，它將把進(jìn)程B轉(zhuǎn)為就緒態(tài)，并調(diào)度進(jìn)程B運(yùn)行。最后，進(jìn)程A也可能自行釋放對(duì)處理器的控制，轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)?！　?）運(yùn)行一阻塞：對(duì)于一個(gè)進(jìn)程，如果它必須等待某個(gè)事件的發(fā)生，它將被被置成阻塞狀態(tài)。對(duì)操作系統(tǒng)的請(qǐng)求通常以系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用（即運(yùn)行程序?qū)ψ鳛椴僮飨到y(tǒng)代碼的部分過程的調(diào)用）的方式出現(xiàn)。例如，一個(gè)進(jìn)程可能會(huì)請(qǐng)求操作系統(tǒng)去做操作系統(tǒng)尚未準(zhǔn)備好而不能夠立即執(zhí)行的操作，也就是說，進(jìn)程可能會(huì)請(qǐng)求像文件或虛擬內(nèi)存那樣的資源，而該資源尚未被調(diào)入內(nèi)存。又如，進(jìn)程要求啟動(dòng)某一操作，如I，0操作，且必須在這個(gè)操作完成之后，這個(gè)進(jìn)程才能夠繼續(xù)執(zhí)行。又比如，當(dāng)進(jìn)程間相互通信時(shí)，一個(gè)進(jìn)程可能會(huì)因?yàn)榈却渌M(jìn)程提供輸入或發(fā)送消息而被阻塞?！　?）阻塞一就緒：如果發(fā)生了一個(gè)進(jìn)程所等待的事件，進(jìn)程將從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)?！　?）就緒一退出：為了繪圖的清晰起見，這個(gè)轉(zhuǎn)換并沒有畫在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中。在一些系統(tǒng)中，一個(gè)父進(jìn)程可以在任何時(shí)刻結(jié)束它的子進(jìn)程。同樣，當(dāng)一個(gè)父進(jìn)程終止，所有子進(jìn)程也跟著終止。

圖書封面

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