操作系統

本書共有8 章內容，第1 章是對操作系統的概述；第2 章至第5 章是對計算機中的各種資源（硬體資源：處理機、存儲器、外部設備；軟體資源：文件）管理的策略和技術做全面、深入、準確的講述；第6章介紹正確實現操作系統時必須要面對和解決的問題，它是使計算機充分發揮工作效率的關鍵所在。這6章涉及的是操作系統的基礎。第7 章和第8 章，是對兩個操作系統（Windows XP 和Linux）的分析，以便使讀者對操作系統能夠有一個較為完整和實際的了解。這兩章是對操作系統學習的一種提高。

第 1 章 操作系統概述 1

1.1 計算機系統 1

1.1.1 硬體與軟體 1

1.1.2 操作系統的形成 2

1.1.3 操作系統發展的動力 3

1.2 操作系統的定義與功能 4

1.2.1 操作系統的定義 4

1.2.2 操作系統的功能 4

1.3 操作系統的種類 6

1.3.1 批處理操作系統 6

1.3.2 分時操作系統 7

1.3.3 實時操作系統 8

1.3.4 網路操作系統 9

1.3.5 分散式操作系統 10

1.3.6 嵌入式操作系統 11

習題 12

第 2 章 處理機管理 14

2.1 進程 14

2.1.1 多道程序設計 14

2.1.2 進程的定義 17

2.1.3 進程的特徵 18

2.1.4 進程的狀態及狀態變遷 19

2.2 進程式控制制塊 22

2.2.1 進程的3 個組成部分 22

2.2.2 進程式控制制塊 23

2.2.3 進程式控制制塊隊列 25

2.3 進程的調度與管理 26

2.3.1 進程調度演演算法 26

2.3.2 進程管理的基本原語 32

2.4 作業調度 34

2.4.1 用戶與操作系統的兩種介面 34

2.4.2 作業與作業管理 37

2.4.3 作業的調度演演算法 39

習題 45

第3章 存儲管理 49

徠3.1 存儲管理綜述 49

3.1.1 存儲器的層次結構 49

3.1.2 高速緩衝存儲器的工作原理 50

3.1.3 存儲管理的功能 51

3.2 固定分區存儲管理 52

3.2.1 地址重定位 52

3.2.2 地址的定位方式和靜態重定位 53

3.2.3 單一連續分區存儲管理 54

3.2.4 固定分區存儲管理 57

3.3 可變分區存儲管理 59

3.3.1 可變分區存儲管理的基本思想 59

3.3.2 地址動態重定位的過程 62

3.3.3 空閑區的合併 63

3.3.4 分區的管理與組織方式 64

3.3.5 空閑分區的分配演演算法 68

3.3.6 夥伴系統 69

3.4 分頁式存儲管理 70

3.4.1 分頁式存儲管理的基本思想 70

3.4.2 分頁式存儲管理的地址轉換 73

3.4.3 內存塊的分配與回收 78

3.5 分段式存儲管理 79

3.5.1 分段及二維邏輯地址空間 79

3.5.2 段表及地址變換過程 81

3.5.3 存儲保護與共享 82

3.5.4 分段與分頁的區別 83

3.6 虛擬存儲與請求分頁式存儲管理 84

3.6.1 虛擬存儲器的概念 84

3.6.2 請求分頁式存儲管理的基本思想 85

3.6.3 缺頁中斷的處理 86

3.6.4 頁面淘汰演演算法 91

習題 97

2

目錄

第4 章 設備管理 101

4.1 設備管理概述 101

4.1.1 I/O 系統的組織結構 101

4.1.2 計算機設備的分類 105

4.1.3 設備管理的目標與功能 107

4.2 輸入/輸出的處理步驟 108

4.2.1 I/O 請求的提出 109

4.2.2 對I/O 請求的管理 109

4.2.3 I/O 請求的具體實現 109

4.3 設備的分配與調度演演算法 110

4.3.1 管理設備時的數據結構 110

4.3.2 獨享設備的分配 113

4.3.3 共享磁碟的調度 115

4.4 數據傳輸的方式 119

4.4.1 程序循環測試方式 119

4.4.2 中斷方式 120

4.4.3 直接存儲器存取方式 121

4.4.4 通道方式 122

4.5 設備管理中的若干技術 123

4.5.1 I/O 緩衝技術 123

4.5.2 虛擬設備與SPOOLing 技術 124

習題 126

第5 章 文件管理 129

5.1 文件的結構 129

5.1.1 文件與文件系統 129

5.1.2 文件的邏輯結構 132

5.1.3 文件的物理結構 133

5.1.4 文件的存取 136

5.2 磁碟存儲空間的管理 137

5.2.1 位示圖 137

5.2.2 空閑區表 138

5.2.3 空閑塊鏈 139

5.3 文件管理與目錄結構 140

5.3.1 文件控制塊與目錄 140

5.3.2 目錄的層次結構 142

5.3.3 “按名存取”的實現 144

5.4 文件的使用 146

5.4.1 文件的共享 146

5.4.2 文件的保護 147

5.4.3 文件的備份 149

5.4.4 文件的操作 150

習題 151

第6 章 進程間的制約關係 155

6.1 進程間的制約關係 155

6.1.1 與時間有關的錯誤 155

6.1.2 競爭資源——互斥 158

6.1.3 協同工作——同步 160

6.2 信號量與P、V 操作 161

6.2.1 信號量與P、V 操作的定義 161

6.2.2 用P、V 操作實現互斥 162

6.2.3 用P、V 操作實現同步 165

6.2.4 用P、V 操作實現資源分配 167

6.2.5 互斥/同步的案例分析 169

6.3 死鎖、進程通信 172

6.3.1 死鎖與產生死鎖的必要條件 172

6.3.2 死鎖的預防 174

6.3.3 死鎖的避免 175

6.3.4 死鎖的檢測並恢復 179

6.3.5 進程通信 181

習題 183

第7章 實例分析：Windows XP 操作系統 188

7.1 Windows XP 的處理機管理 188

7.1.1 Windows XP 的結構 188

7.1.2 Windows XP 的進程和線程 192

7.1.3 Windows XP 的線程調度 198

7.1.4 Windows XP 的同步機制 202

7.2 Windows XP 的存儲管理 203

7.2.1 Windows XP 進程的空間布局 203

7.2.2 Windows XP 的地址變換機構 204

3

7.2.3 Windows XP 對內存的管理 207

7.2.4 Windows XP 的頁面調度 209

7.3 Windows XP 的設備管理 211

7.3.1 Windows XP 設備管理綜述 211

7.3.2 Windows XP 的I/O 處理 214

7.3.3 Windows XP 兩級中斷處理過程 216

7.4 Windows XP 的文件管理 218

7.4.1 Windows XP 文件系統綜述 218

7.4.2 Windows XP 的NTFS 文件系統 221

7.4.3 NTFS 的主文件表 223

7.4.4 NTFS 的文件和目錄結構 226

7.4.5 NTFS 對可恢復性的支持 227

習題 230

第8章 實例分析：Linux 操作系統 232

8.1 Linux 的處理機管理 232

8.1.1 Linux 的進程 232

8.1.2 Linux 的進程調度 235

8.1.3 Linux 進程間的通信——消息隊列 237

8.2 Linux 的存儲管理 239

8.2.1 Linux 的虛擬存儲空間 240

8.2.2 管理虛擬存儲空間的數據結構 242

8.2.3 管理內存空間的數據結構 242

8.2.4 內存區的分配和頁面淘汰策略 244

8.3 Linux 的文件管理 244

8.3.1 Linux 文件系統的構成 244

8.3.2 Ext2 對磁碟的組織 245

8.3.3 Ext2 文件的物理結構 248

8.3.4 虛擬文件系統VFS 的數據結構 249

8.4 Linux 的設備管理 251

8.4.1 Linux 設備管理概述 252

8.4.2 Linux 對字元設備的管理 253

8.4.3 Linux 對塊設備的管理 255

習題 256

參考文獻 258