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本书是普通高等教育"十一五”国家级规划教材，北京高等教育精品教材，全面系统地介绍现代操作系统的基本理论和最新技术。全书共分11章：第1章概述操作系统的定义、功能、特征、发展历程和结构；第2章至第8章分别讲述进程和线程管理、死锁、调度、存储管理、文件系统、输入/输出管理和用户接口服务；第9章介绍嵌入式操作系统；第10章讲述分布式操作系统；第11章讲述系统的安全性与保护机制。二个附录分别给出实验指导和部分习题参考答案，并为教师免费提供电子教案。

第1章  操作系统引论	1
1.1  计算机硬件结构	1
1.1.1  处理器	2
1.1.2  存储器	2
1.1.3  I/O设备	3
1.1.4  总线	3
1.2  什么是操作系统	4
1.2.1  操作系统概念	4
1.2.2  操作系统的主要功能	5
1.2.3  操作系统的地位	8
1.3  操作系统的发展历程	9
1.3.1  操作系统的形成	9
1.3.2  操作系统的发展	12
1.3.3  推动操作系统发展的动力	12
1.4  操作系统的类型	12
1.4.1  批处理系统	13
1.4.2  分时系统	14
1.4.3  实时系统	15
1.4.4  网络操作系统	16
1.4.5  分布式操作系统	18
1.4.6  其他操作系统	18
1.5  操作系统的特征	20
1.6  操作系统结构设计	20
1.6.1  整体结构	21
1.6.2  层次结构	21
1.6.3  虚拟机结构	23
1.6.4  客户-服务器结构	24
1.7  操作系统初启过程	25
1.8  本章小结	26
习题1	26
第2章  进程和线程	28
2.1  进程概念	28
2.1.1  多道程序设计	28
2.1.2  进程概念	29
2.2  进程的状态和组成	31
2.2.1  进程的状态及其转换	31
2.2.2  进程描述	34
2.2.3  进程队列	36
2.3  进程管理	37
2.3.1  进程图	37
2.3.2  进程创建	38
2.3.3  进程终止	40
2.3.4  进程阻塞	40
2.3.5  进程唤醒	41
2.4  线程	41
2.4.1  线程概念	41
2.4.2  线程的实现	44
2.5  进程的同步和互斥	45
2.5.1  进程同步与互斥的概念	45
2.5.2  临界资源和临界区	47
2.5.3  互斥实现方式	48
2.5.4  信号量	50
2.5.5  信号量的一般应用	53
2.6  经典进程同步问题	54
2.7  管程	59
2.8  进程通信	61
2.8.1  消息传递系统	62
2.8.2  客户-服务器系统中的通信	64
2.9  本章小结	65
习题2	66
第3章  死锁	69
3.1  资源	69
3.1.1  资源使用模式	69
3.1.2  可抢占资源与不可抢占资源	70
3.2  死锁概念	70
3.2.1  什么是死锁	71
3.2.2  死锁的条件	73
3.2.3  资源分配图	73
3.2.4  处理死锁的方法	75
3.3  死锁的预防	75
3.3.1  破坏互斥条件	75
3.3.2  破坏占有且等待条件	75
3.3.3  破坏非抢占条件	76
3.3.4  破坏循环等待条件	76
3.4  死锁的避免	77
3.4.1  安全状态	77
3.4.2  资源分配图算法	79
3.4.3  银行家算法	79
3.5  死锁的检测和恢复	81
3.5.1  对单体资源类的死锁检测	82
3.5.2  对多体资源类的死锁检测	82
3.5.3  从死锁中恢复	83
3.5.4  “饥饿”和活锁的概念	85
3.6  处理死锁的综合方式	86
3.7  本章小结	87
习题3	88
第4章  调度	90
4.1  调度类型	90
4.2  作业调度	92
4.2.1  作业状态	92
4.2.2  作业控制块和作业调度的
      功能	92
4.3  进程调度	94
4.3.1  进程调度的功能	94
4.3.2  进程调度的时机	94
4.3.3  进程调度的基本方式	94
4.3.4  交互式系统中常用的调度
      算法	95
4.3.5  两级调度模型	95
4.4  调度准则	96
4.4.1  影响调度算法选择的主要
      因素	96
4.4.2  调度性能评价准则	96
4.5  调度算法	97
4.5.1  先来先服务法	97
4.5.2  短作业优先法	98
4.5.3  最短剩余时间优先法	99
4.5.4  优先级法	100
4.5.5  轮转法	101
4.5.6  多级队列法	103
4.5.7  多级反馈队列法	103
4.5.8  高响应比优先法	104
4.5.9  公平共享法	105
4.5.10  几种常用调度算法的比较	105
4.6  线程调度	106
4.7  多处理器调度	107
4.7.1  多处理器系统的类型	107
4.7.2  多处理器调度方法	107
4.8  实时调度	108
4.8.1  实时任务类型	108
4.8.2  实时调度算法	108
4.9  UNIX/Linux进程调度	109
4.9.1  UNIX进程调度	109
4.9.2  Linux进程调度	110
4.10  中断处理	112
4.10.1  中断概述	112
4.10.2  中断的处理过程	113
4.10.3  中断优先级和多重中断	116
4.11  信号机制	119
4.11.1  信号机制概念	119
4.11.2  信号的分类、产生和传送	120
4.11.3  信号的处理方式	121
4.11.4  信号的检测和处理	121
4.12  本章小结	122
习题4	123
第5章  存储管理	125
5.1  引言	125
5.1.1  用户程序的地址空间	125
5.1.2  重定位	126
5.1.3  对换技术	128
5.2  分区法	130
5.2.1  固定分区法	130
5.2.2  动态分区法	131
5.2.3  可重定位分区分配	134
5.3  分页技术	135
5.3.1  分页存储管理的基本概念	135
5.3.2  分页系统中的地址映射	137
5.3.3  页面尺寸	138
5.3.4  硬件支持	138
5.3.5  保护方式	140
5.3.6  页表的构造	140
5.3.7  页面共享	143
5.4  分段技术	144
5.4.1  分段存储管理的基本概念	145
5.4.2  地址转换	146
5.4.3  段的共享和保护	147
5.5  段页式技术	148
5.5.1  段页式存储管理的基本
      原理	148
5.5.2  地址转换过程	149
5.6  虚拟存储器	150
5.6.1  虚拟存储器的概念	150
5.6.2  虚拟存储器的特征	151
5.7  请求分页技术	151
5.7.1  请求分页存储管理的基本
      思想	151
5.7.2  硬件支持及缺页处理	152
5.7.3  请求分页技术的性能	153
5.8  页面置换算法	155
5.8.1  页面置换	155
5.8.2  先进先出法	156
5.8.3  最佳置换法	157
5.8.4  最近最久未使用置换法	157
5.8.5  最近未使用置换法	158
5.8.6  第二次机会置换法	159
5.8.7  时钟置换法	160
5.8.8  最少使用置换法	160
5.8.9  页面缓冲算法	160
5.9  内存块的分配和抖动问题	161
5.9.1  内存块的分配	161
5.9.2  抖动问题	163
5.10  请求分段技术	166
5.11  Linux系统的存储管理	167
5.11.1  Linux的多级页表结构	167
5.11.2  内存页的分配与释放	168
5.11.3  内存交换	169
5.12  本章小结	169
习题5	171
第6章  文件系统	173
6.1  概述	173
6.1.1  文件及其分类	173
6.1.2  文件命名	175
6.1.3  文件属性	176
6.1.4  文件存取方法	177
6.1.5  文件结构	178
6.2  文件系统的功能和结构	180
6.2.1  文件系统的功能	180
6.2.2  文件系统的结构	180
6.3  目录结构和目录查询	181
6.3.1  文件控制块和文件目录	181
6.3.2  单级目录结构	183
6.3.3  二级目录结构	184
6.3.4  树形目录结构	185
6.3.5  非循环图目录结构	186
6.3.6  目录查询方法	187
6.4  文件和目录操作	188
6.4.1  文件操作	188
6.4.2  目录操作	190
6.4.3  UNIX系统中文件操作示例	191
6.5  文件系统的实现	193
6.5.1  文件系统的格式	193
6.5.2  文件存储分配	195
6.5.3  空闲存储空间的管理	200
6.6  管道文件	203
6.7  文件系统的可靠性	204
6.7.1  磁盘坏块管理	204
6.7.2  后备	205
6.7.3  文件系统和一致性	206
6.8  本章小结	207
习题6	208
第7章  输入/输出管理	210
7.1  I/O管理概述	210
7.1.1  I/O设备分类和标识	210
7.1.2  I/O系统结构	211
7.1.3  设备控制器	212
7.1.4  I/O系统的控制方式	213
7.1.5  I/O管理的功能	217
7.2  设备分配	218
7.2.1  与设备分配相关的因素	218
7.2.2  设备分配技术	219
7.2.3  设备分配算法	220
7.2.4  SPOOLing系统	220
7.3  I/O软件层次	221
7.3.1  中断处理程序	222
7.3.2  设备驱动程序	222
7.3.3  与设备无关的操作系统I/O
      软件	225
7.3.4  用户级I/O软件	228
7.4  磁盘调度和管理	228
7.4.1  磁盘调度	229
7.4.2  磁盘管理	232
7.5  本章小结	234
习题7	235
第8章  用户接口服务	237
8.1  用户接口的发展	237
8.2  系统调用	238
8.2.1  系统调用和库函数	238
8.2.2  系统调用使用方式	239
8.2.3  系统调用的处理方式	241
8.3  命令行接口	244
8.3.1  命令的一般使用方式	244
8.3.2  命令解释程序	245
8.3.3  shell程序设计	246
8.4  图形用户界面	247
8.4.1  图形界面简介	247
8.4.2  X Window系统	249
8.5  本章小结	252
习题8	253
第9章  嵌入式操作系统	254
9.1  嵌入式系统概述	254
9.2  嵌入式操作系统概述	255
9.2.1  嵌入式软件系统的体系
      结构	255
9.2.2  嵌入式操作系统	256
9.3  实时内核及其实现	257
9.3.1  任务管理与调度	257
9.3.2  中断和时间管理	259
9.3.3  任务的同步和通信	259
9.3.4  内存管理	262
9.3.5  I/O管理	264
9.4  实例简介——?CLinux	264
9.5  本章小结	267
习题9	267
第10章  分布式操作系统	268
10.1  分布式系统概述	268
10.1.1  分布式系统特征	268
10.1.2  分布式系统的优点	269
10.2  分布式操作系统概述	269
10.2.1  分布式操作系统简介	269
10.2.2  分布式系统的设计目标	270
10.3  分布式系统的实现	272
10.3.1  通信问题	272
10.3.2  进程管理	272
10.3.3  死锁问题	275
10.3.4  文件系统	275
10.3.5  中间件	277
10.4  4种多机系统的比较	278
10.5  云计算系统	279
10.5.1  云计算简述	279
10.5.2  云操作系统简述	282
10.6  本章小结	282
习题10	283
第11章  安全性与保护机制	284
11.1  安全性概述	284
11.1.1  信息安全问题	284
11.1.2  安全环境	284

11.2  常见的安全性攻击	286
11.2.1  常见的攻击点	286
11.2.2  网络威胁	286
11.2.3  计算机病毒	287
11.3  一般性安全机制	290
11.3.1  安全措施	290
11.3.2  一般性安全机制	290
11.4  保护机制	291
11.4.1  保护域	292
11.4.2  存取控制表	294
11.4.3  权力	295
11.4.4  可信系统	296
11.4.5  安全性能评测标准	298
11.5  本章小结	298
习题11	299
附录A  实验指导	300
实验一  进程同步和互斥	300
实验二  进程及其资源管理	302
实验三  存储管理	306
实验四  页面置换算法	308
实验五  进程调度	308
实验六  银行家算法	309
实验七  磁盘调度算法	310
实验八  设备处理程序设计	311
实验九  文件系统	312
参考文献	314

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，北京高等教育精品教材。本次修订时，我 们遵循从精从简原则，突出理论基本点，讲清技术发展脉路，导入最新知识应用。在修改之前， 我们征询和归纳了使用本教材的各院校师生的反馈意见，结合实际教学中的体会，讨论了操作系 统理论、技术和应用的最新发展。
     与第 2 版相比，本次修订进行了一系列重大修改，主要是减、增部分内容。修改包括以下 几方面： （1）将第 2 版中第 12 章“实例研究 1：UNIX”、第 13 章“实例研究 2：Linux”、第 14 章“实 例研究 3：Windows 2000”和附录 B“Linux 常用系统调用”共 4 个章节删除。这主要考虑到学生 学时有限，教材篇幅不宜过长。实例中部分经典内容并入其他章节。 （2）在第 1 章中增加“操作系统初启过程”一节，使读者对开机引导过程有个大致了解。 （3）在第 2 章中改写了“哲学家进餐问题”的算法，增加了“使用信号量的几点提示”，以 答复实际授课中学生对使用信号量和 P、V 操作解决进程同步等问题时的疑惑，仅是粗浅体会， 希望起到“抛砖引玉”的效果。 （4）在第 3 章中加入“活锁”概念的介绍。 （5）删除原第 5 章中“请求分段技术”的有关“链接中断处理”的内容。 （6）在第 10 章“分布式操作系统”中增加“云计算系统”一节，以适应当前信息技术最热门 应用的潮流。 （7）对原书中不妥、不确切、不明了的表述做了修订。 全书共分 11 章：  第 1 章是操作系统引论； 第 2 章至第 8 章分别讲述进程和线程、死锁、调度、存储管理、文件系统、输入/输出管理和 用户接口服务； 第 9 章介绍嵌入式操作系统； 第 10 章讲述分布式操作系统； 第 11 章讲述安全性与保护机制； 书后附录给出了实验指导，包括 9 个实验，并为教师负责提供电子教案及习题参考答案。 
任课老师可登录华信教育资源网 http://www.hxedu.com.cn 注册下载。 由于各学校课程设置、学时安排及学生程度等方面存在差异，所以在应用本教材授课时，可 以对内容酌情进行取舍。
本书可作为大学本科及专科计算机相关专业学生的教科书或考研参考书，以及计算机工作者 的自学用书。 本次修订主要由孟庆昌、牛欣源、张志华和路旭强编写，参加编写、整理、录入工作的还有 刘振英、孟欣、肖林、袁薇、孟平等。 由于编者水平有限，时间又很紧，对广大读者的需求尚缺乏广泛深入的了解，书中难免存在 不妥甚至错误之处，恳请广大读者批评指正，并及时反馈用书信息。 
 
                                             作  者       于北京信息科技大学

计算机-操作系统

孟庆昌，北京信息科技大学计算机科学与工程系教授，先后编著、翻译、审校书籍（正式出版）三十多本，并在国内刊物上发表了多篇论文。多年来，一直从事UNIX和Linux的教学和培训工作，在国内颇具影响。

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操作系统（第3版）