操作系统原理及应用

第1章 操作系统概述

1.1 操作系统的地位、作用与目标

1.1.1 操作系统的地位

1.1.2 操作系统的作用

1.1.3 操作系统的目标

1.2 操作系统的形成与发展

1.2.1 操作系统的产生与形成

1.2.2 操作系统的定义

1.2.3 作业的概念

1.2.4 操作系统的发展

1.3 进程的引入

1.3.1 前趋图

1.3.2 程序的顺序执行

1.3.3 程序的并发执行

1.3.4 引入进程

1.4 操作系统的特征

1.5 操作系统的功能

1.5.1 处理机管理功能

1.5.2 存储器管理功能

1.5.3 设备管理功能

1.5.4 文件管理功能

1.5.5 用户接口

1.5.6 操作系统的安全性

1.6 流行操作系统简介

1.6.1 Windows系列操作系统

1.6.2 UNIX操作系统

1.6.3 Mac操作系统

1.6.4 Linux操作系统

习题

第2章 进程管理

2.1 进程的描述

2.1.1 进程的概念

2.1.2 进程控制块

2.1.3 进程的状态及其转换

2.1.4 Linux申进程描述

2.2 进程控制

2.2.1 进程的创建

2.2.2 进程的撤销

2.2.3 进程的阻塞与唤醒

2.2.4 进程的挂起与激活

2.2.5 程序的执行过程

2.3 线程

2.3.1 线程的引入

2.3.2 线程的概述

2.3.3 线程的分类

2.4 进程同步

2.4.1 资源与进程

2.4.2 进程同步机制

2.4.3 信号量机制

2.4.4 信号量机制的应用

2.5 经典的进程同步问题

2.5.1 生产者一消费者问题

2.5.2 哲学家进餐问题

2.5.3 读者一写者问题

2.5.4 管程机制

2.6 进程通信

2.6.1 高级通信概述

2.6.2 进程的直接通信与间接通信

2.6.3 基于消息缓冲通信方式

2.7 Linux进程管理

2.7.1 Linux进程控制

2.7.2 Linux系统中进程通信

习题

第3章 资源分配与死锁

3.1 资源管理与分配

3.1.1 资源管理的目的和任务

3.1.2 资源分配方式及策略

3.1.3 资源分配图

3.2 死锁概述

3.2.1 死锁的定义

3.2.2 死锁产生的原因

3.2.3 死锁产生的必要条件

3.2.4 处理死锁的方法

3.3 死锁处理方式——预防死锁

3.4 死锁处理方式——避免死锁

3.4.1 引入安全状态

3.4.2 银行家算法的数据结构

3.4.3 银行家算法的实现

3.4.4 安全性算法检查

3.4.5 银行家算法举例

3.5 死锁处理方式——检测与解除死锁

3.5.1 死锁的检测

3.5.2 死锁的解除

习题

第4章 任务调度管理

4.1 调度概述

4.1.1 作业处理概述

4.1.2 调度概述

4.1.3 调度算法的评价准則

4.2 批处理系统调度算法

4.2.1 先来先服务调度算法

4.2.2 短作业(进程)优先调度算法

4.2.3 高优先权优先调度算法

4.3 分时系统调度算法

4.4 实时系统调度算法和多处理机调度

4.4.1 实时系统调度

4.4.2 常用的实时调度算法

4.4.3 多处理机调度

4.5 Linux系统调度

习题

第5章 存储器管理

5.1 存储器概述

5.1.1 计算机的存储体系

5.1.2 内存管理的功能

5.2 连续分配存储管理方式

5.2.1 单一连续分配方式

5.2.2 固定分区分配方式

5.2.3 可变分区分配方式

5.2.4 可重定位分区分配方式

5.2.5 伙伴系统

5.3 离散分配存储管理方式——基本分页存储管理方式

5.3.1 基本思想

5.3.2 地址变换机构

5.3.3 多级页表和反置页表

5.3.4 页的共享和保护

5.3.5 基本分页存储管理方式特点

5.4 离散分配存储管理方式——基本分段式存储管理方式

5.4.1 分段系统的基本原理

5.4.2 段的共享和保护

5.4.3 分段存储管理方式和分页存储管理方式的区别

5.4.4 段页式存储管理方式

5.5 虚拟存储器

5.5.1 常规存储器特征

5.5.2 局部性原理

5.5.3 虚拟存储器的基本原理

5.5.4 虚拟存储器的容量

5.5.5 虚拟存储器的特征

5.6 请求分页存储管理方式

5.6.1 请求分页系统的基本原理

5.6.2 页表机制；

5.6.3 缺页中断机构

5.6.4 地址变换机构

5.6.5 内存分配策略

5.6.6 调页策略

5.6.7 页面置换算法

5.6.8 请求分页系统性能分析

5.7 请求分段存储管理方式

5.7.1 段表机制

5.7.2 缺段中断机构

5.7.3 段的共享与保护

5.8 Linux虚拟存储器管理

5.8.1 Linux内存管理概述

5.8.2 分段和分页机制

5.8.3 Buddy算法

5.8.4 虚存空间映射

5.8.5 交换机制

习题

第6章 设备管理

6.1 I/O设备管理概述

6.1.1 设备管理的功能

6.1.2 I/O系统结构

6.1.3 I/O设备分类

6.1.4 I/O设备应用原理

6.2 I/O控制方式

6.2.1 程序I/O控制方式

6.2.2 中断驱动控制方式

6.2.3 直接存储器访问I/O控制方式(DMA I/O控制方式)

6.2.4 I/O通道控制方式

6.3 缓冲管理

6.3.1 缓冲的引入

6.3.2 缓冲区分类

6.4 I/O软件

6.4.1 I/O软件的层次

6.4.2 中断处理程序

6.4.3 设备驱动程序

6.4.4 设备独立性

6.5 设备分配

6.5.1 设备分配的安全性

6.5.2 设备分配策略

6.5.3 设备分配

6.6 虚拟设备

6.6.1 虚拟设备的引入

6.6.2 SPOOLing系统的基本原理

6.6.3 共享打印机的实现

6.7 磁盘存储器管理

6.7.1 磁盘存储器结构

6.7.2 磁盘调度算法

6.7.3 磁盘高速缓存

6.8 Linux系统设备管理

习题

第7章 文件管理

7.1 文件概述

7.1.1 文件分类

7.1.2 文件系统结构

7.2 文件的结构

7.2.1 文件的逻辑结构

7.2.2 文件的物理结构

7.2.3 外存空间管理

7.3 文件目录管理

7.3.1 目录管理功能

7.3.2 文件控制块

7.3.3 目录管理

7.4 文件的共享与安全性

7.4.1 文件共享

7.4.2 文件的安全性

7.5 Linux文件系统

7.5.1 Linux系统文件的物理结构

7.5.2 Linux系统的文件系统

习题

第8章 操作系统的安全与保护

8.1 安全性概述

8.1.1 安全问题

8.1.2 安全威胁

8.1.3 安全操作系统的功能

8.2 操作系统的安全策略

8.2.1 隔离保护策略

8.2.2 分层保护策略

8.2.3 操作系统安全的评估和标准

8.3 安全保护机制

8.3.1 内存保护机制

8.3.2 访问控制技术

8.3.3 数据加密技术

8.3.4 认证机制

8.4 Linux系统的安全机制

习题

参考文献

随着计算机技术的发展，各类嵌入式系统得到广泛应用，其他相关专业也相继把操作系统课程作为一门重要的必修或者选修课程。而由于操作系统在计算机系统中地位的特殊性以及抽象性特点，使得这门课程学懂、学通的难度较大。很多初学者认为该门课程理论性强，原理概念较多，仅靠死记硬背很难掌握其中的重点和难点并对其融会贯通。在这种情况下，《操作系统原理及应用》作者杨晓文结合多年的操作系统课程教学经验，将一些生活示例引入难以理解的操作系统原理部分，并以Linux系统为例讲述其各部分的具体管理功能实现。《操作系统原理及应用》主要讲述操作系统的基本原理，并以Linux系统为例对其原理部分进行实例分析。 《操作系统原理及应用》全书共分8章。第1章介绍了操作系统的引入、概念、发展过程、特征及当前常用的操作系统；第2章阐述了进程的概念、控制管理、进程同步及经典进程同步问题、进程通信、线程的引入及分类和Linux系统进程管理；第3章阐述了计算机系统对资源的管理、死锁的发生及解决方式；第4章介绍了计算机系统中用户任务的执行管理的调度概念及评价准则、批处理系统的调度算法、分时系统的调度算法、实时系统调度算法和Linux系统调度算法；第5章介绍了内存管理的存储器分类、内存的连续分配、内存的离散分配、虚拟存储器的实现和Linux系统的内存管理；第6章介绍了设备管理的I/O控制管理方式、缓冲管理、I/O软件、设备分配、设备处理、虚拟设备、磁盘存储器I/O管理和Linux系统的设备管理；第7章阐述了文件的分类、逻辑结构和物理结构分类、外存空间管理、目录管理、文件共享与安全及Linux系统的文件管理；第8章介绍了操作系统的安全性、安全策略、安全保护机制和Linux系统的安全机制。全书内容由杨晓文统稿。