操作系统教程

第1章操作系统概述1

1.1计算机系统1

1.1.1硬件与软件1

1.1.2操作系统的形成2

1.2操作系统的定义与功能3

1.2.1操作系统的定义3

1.2.2操作系统的功能4

1.3操作系统的种类6

1.3.1批处理操作系统6

1.3.2分时操作系统7

1.3.3实时操作系统8

1.3.4网络操作系统9

习题10

第2章处理机管理11

2.1进程11

2.1.1多道程序设计11

2.1.2进程的定义13

2.1.3进程的特征14

2.1.4进程的基本状态15

2.2进程控制块16

2.2.1进程的三个组成部分16

2.2.2进程控制块的内容16

2.2.3进程控制块队列18

2.3进程的调度与管理19

2.3.1进程调度算法19

2.3.2进程管理的基本原语24

2.4线程25

2.4.1线程的概念25

2.4.2进程与线程的关系27

2.5作业调度29

2.5.1用户与操作系统的两种接口29

2.5.2作业与作业管理32

2.5.3作业的调度算法33

习题38

第3章存储管理41

3.1固定分区存储管理41

3.1.1地址重定位41

3.1.2地址的静态重定位42

3.1.3单一连续分区存储管理43

3.1.4固定分区存储管理45

3.2可变分区存储管理47

3.2.1可变分区存储管理的基本思想47

3.2.2地址的动态重定位50

3.2.3空闲区的合并51

3.2.4分区的管理与组织方式52

3.2.5空闲分区的分配算法56

3.3分页式存储管理57

3.3.1分页式存储管理的基本思想57

3.3.2分页式存储管理的地址转换59

3.3.3内存块的分配与回收64

3.4分段式及段页式存储管理65

3.4.1分段式存储管理的基本思想65

3.4.2分段式存储管理的地址转换过程67

3.4.3存储保护与共享68

3.4.4段页式存储管理的基本思想70

3.4.5段页式存储管理的地址转换过程70

3.5虚拟存储与请求页式存储管理71

3.5.1虚拟存储器的概念71

3.5.2请求分页式存储管理的基本思想72

3.5.3缺页中断的处理73

3.5.4页面淘汰算法77

习题83

第4章设备管理86

4.1概述86

4.1.1计算机设备的分类86

4.1.2设备管理的目标与功能89

4.2输入/输出的处理步骤90

4.2.1I/O请求的提出90

4.2.2对I/O请求的管理91

4.2.3I/O请求的具体实现91

4.3设备的分配与调度算法92

4.3.1管理设备时的数据结构92

4.3.2独享设备的分配94

4.3.3共享磁盘的调度96

4.4数据传输的方式100

4.4.1设备控制器100

4.4.2程序循环测试方式101

4.4.3中断方式102

4.4.4直接存储器存取方式103

4.4.5通道方式104

4.5设备管理中的若干技术105

4.5.1I/O缓冲技术105

4.5.2虚拟设备与SPOOLing技术106

4.5.3磁盘数据的组织技术108

习题111

第5章文件管理113

5.1文件的结构113

5.1.1文件与文件系统113

5.1.2文件的逻辑结构115

5.1.3文件的物理结构116

5.1.4文件的存取120

5.2磁盘存储空间的管理120

5.2.1位示图121

5.2.2空闲区表122

5.2.3空闲块链123

5.3文件管理与目录结构124

5.3.1文件控制块与目录124

5.3.2目录的层次结构125

5.3.3“按名存取”的实现127

5.4文件的使用129

5.4.1文件的共享129

5.4.2文件的保护130

5.4.3文件的操作132

习题132

第6章进程间的制约关系135

6.1进程间的制约关系135

6.1.1与时间有关的错误135

6.1.2竞争资源互斥138

6.1.3协同工作同步140

6.2信号量与P、V操作141

6.2.1信号量与P、V操作的定义141

6.2.2用P、V操作实现互斥142

6.2.3用P、V操作实现同步143

6.2.4用P、V操作实现资源分配145

6.2.5互斥/同步的样例分析147

6.3死锁、高级进程通信155

6.3.1死锁与产生死锁的必要条件155

6.3.2死锁的预防158

6.3.3死锁的避免159

6.3.4死锁的检测并恢复162

6.3.5高级进程通信164

习题166

第7章实例分析：Windows2000操作系统169

7.1Windows2000的处理机管理169

7.1.1Windows2000的结构169

7.1.2Windows2000的进程和线程171

7.1.3Windows2000的线程调度173

7.2Windows2000的存储管理178

7.2.1Windows2000进程的空间布局178

7.2.2Windows2000的地址变换机构179

7.2.3Windows2000对内存的管理181

7.2.4Windows2000的页面调度183

7.3Windows2000的文件管理185

7.3.1Windows2000文件系统综述185

7.3.2NTFS的主控文件表(MFT)189

7.3.3NTFS文件和目录的结构191

7.3.4NTFS对可恢复性的支持192

7.4Windows2000的设备管理195

7.4.1Windows2000设备管理综述195

7.4.2Windows2000单层驱动程序的I/O处理197

7.4.3Windows2000两级中断处理过程199

习题201

第8章实例分析：Linux操作系统203

8.1Linux的处理机管理203

8.1.1Linux的进程203

8.1.2Linux的进程调度206

8.1.3Linux进程间的通信消息队列208

8.2Linux的存储管理210

8.2.1Linux的虚拟存储空间210

8.2.2管理虚拟存储空间的数据结构212

8.2.3管理内存空间的数据结构213

8.2.4内存区的分配和页面淘汰策略214

8.3Linux的文件管理216

8.3.1Linux文件系统的构成216

8.3.2Ext2对磁盘的组织217

8.3.3Ext2文件的物理结构220

8.3.4虚拟文件系统VFS的数据结构221

8.4Linux的设备管理224

8.4.1Linux设备管理概述224

8.4.2Linux对字符设备的管理225

8.4.3Linux对块设备的管理226

习题227

第9章实例分析：MS-DOS操作系统230

9.1MS-DOS的处理机管理230

9.1.1MS-DOS的基本组成230

9.1.2MS-DOS的进程232

9.1.3MS-DOS的作业管理234

9.2MS-DOS的存储管理236

9.2.1MS-DOS对常规内存的管理236

9.2.2PC机地址的构成“分段”表示法239

9.2.3MS-DOS的各种内存区域241

9.3MS-DOS的文件管理242

9.3.1MS-DOS文件管理综述242

9.3.2MS-DOS的文件分配表(FAT)245

9.3.3MS-DOS的树型目录结构247

9.3.4MS-DOS文件访问的实现248

9.4MS-DOS的设备管理250

9.4.1MS-DOS设备管理综述250

9.4.2MS-DOS设备驱动程序的构成251

9.4.3MS-DOS对块设备的管理252

9.4.4MS-DOS对字符设备的管理254

习题254

参考文献257

　　本书作者自上世纪70年代初开始接触计算机，随之长期从事有关操作系统的教学和科研工作，具有丰富的教学经验。本书主要对操作系统的基本概念、功能、实现原理，以及在操作系统发展过程中起重要作用的Windows、Linux、MSDOS的特点和实现技术进行讲述和夼绍。作者把本书编写成一本浅显易懂的、适合大学本科学生使用的操作系统基础教材。本书按照本科教学要求选取内容，以浅显流畅的文笔、精炼而准确地描述操作系统的基本概念、原理、管理策略。本书在每章后面配合教学内容给出大量习题，可供读者自测使用。　　操作系统是现代计算机系统中最重要和最基本的系统软件。本书共9章。第1章概述操作系统在计算机系统中的地位、基本功能以及分类；第2章到第5章从资源管理的角度出发，讲述操作系统对处理机、存储器等软硬件资源的各种管理策略；第6章集中介绍资源管理中的互斥、同步问题，以及解决办法；第7章到第9章对3个典型操作系统Windows、Linux、MS-DOS做简略的剖析，以求加深对操作系统原理的理解。　　本书不追求深奥的理论，而是突出实用性；不追求玄妙的抽象，而是注重简明性；不追求内容的全面，而是关注基本性。本书可作为高等院校理工科操作系统课程的教材。【作者简介】　　宗大华，毕业于南开大学数学系，从1978年开始一直从事与操作系统有关的教学工作，任北京工业大学计算机系，计算机学院教授，教学副系主任、副院长；多次获得国家科技进步二等奖，北京市科学技术成果三等奖；1988年受聘于第十一届亚运会计算机工程分指挥部TIS系统副主任设计师，该工程获1991年北京市自然科学与技术进步(集体)特等奖。出版过《操作系统》、《汇编语言程序设计》、《C语言程序设计教程》、《数据结构》等20余部图书。其中《操作系统》被评为普通高等院校“十五”和“十一五”国家级规划教材。