操作系統教程

操作系統是現代計算機系統中必不可少的基本系統軟體。本書講述了計算機操作系統的基本概念、基本原理和基本演演算法，並以Linux操作系統為實例進行介紹。

全書共分9章，第1章介紹操作系統的概念、功能、類型及其發展；第2章至第7章介紹操作系統對處理機管理、存儲管理、設備管理和文件管理；第8章介紹操作系統中網路與通信管理；第9章介紹操作系統的安全。最後給出了操作系統實驗。

本書可作為計算機專業和計算機相關專業的操作系統課程教材，也可作為從事計算機工作的科技人員學習操作系統的參考書，對報考研究生的學生也有一定的參考價值。

第1章 操作系統概論

1.1 操作系統概念

1.1.1 操作系統的地位和作用

1.1.2 操作系統的定義

1.1.3 操作系統的功能

1.1.4 操作系統的特性

1.1.5 操作系統的性能

1.2 操作系統的形成和發展

1.2.1 硬體軟體的發展軌跡

1.2.2 手工操作階段

1.2.3 早期批處理階段

1.2.4 執行系統階段

1.2.5 多道程序系統階段

1.2.6 操作系統的形成

1.3 操作系統的分類

1.3.1 批處理操作系統

1.3.2 分時操作系統

1.3.3 實時操作系統

1.3.4 微型計算機操作系統

1.3.5 網路操作系統

1.3.6 分散式操作系統

1.3.7 嵌入式操作系統

1.4 操作系統的結構設計

1.4.1 整體式結構的操作系統

1.4.2 層次式結構的操作系統

1.4.3 虛擬機結構的操作系統

1.4.4 客戶/伺服器結構的操作系統

1.4.5 微內核結構的操作系統

1.5 Linux操作系統簡介

1.5.1 Linux系統的特點

1.5.2 Linux和其他系統的區別

小結

習題

第2章 用戶界面

2.1 用戶工作環境

2.1.1 用戶環境

2.1.2 系統生成和系統啟動

2.1.3 運行一個用戶程序的過程

2.2 操作系統用戶界面

2.2.1 操作系統的用戶界面

2.2.2 操作介面

2.2.3 圖形用戶介面

2.3 系統調用

2.3.1 系統調用的基本概念

2.3.2 系統調用的基本類型

2.3.3 系統調用的實現

2.4 Linux的用戶界面

2.4.1 Linux的命令行介面

2.4.2 Linux的圖形方式

2.4.3 Linux的系統調用

2.4.4 與系統調用有關的數據結構

小結

習題

第3章 進程管理與調度

3.1 中央處理器

3.1.1 CPU的構成與基本工作方式

3.1.2 特權指令和非特權指令

3.1.3 處理器狀態

3.1.4 程序狀態字

3.2 中斷

3.2.1 中斷的概念

3.2.2 中斷的分類

3.3 進程及其實現

3.3.1 進程定義

3.3.2 進程的類型和特性

3.3.3 進程的狀態和轉換

3.3.4 進程式控制制塊

3.3.5 進程要素

3.4 進程的控制

3.4.1 進程的創建

3.4.2 進程的阻塞和喚醒

3.4.3 進程的撤銷

3.4.4 進程的掛起和激活

3.5 進程切換與模式切換

3.5.1 執行模式

3.5.2 模式切換

3.5.3 進程切換

3.6 處理器調度

3.6.1 調度策略

3.6.2 調度模式

3.7 作業的管理與調度

3.7.1 作業及其調度

3.7.2 作業與進程

3.7.3 調度原則

3.7.4 作業調度演演算法

3.7.5 單道程序環境下的作業調度演演算法

3.7.6 多道程序環境下的作業調度演演算法

3.8 低級調度

3.8.1 低級調度功能

3.8.2 低級調度的方式

3.8.3 低級調度演演算法

3.9 線程及其基本概念

3.9.1 線程及其基本概念

3.9.2 線程的結構

3.9.3 進程與線程

3.9.4 線程的實現

3.10 Linux進程管理

3.10.1 Linux進程結構

3.10.2 進程調度

3.10.3 創建進程

3.10.4 Linux的線程

小結

習題

第4章 併發進程

4.1 併發進程

4.1.1 順序程序與併發進程

4.1.2 與時間有關的錯誤

4.1.3 進程間的聯繫

4.2 臨界區管理

4.2.1 臨界區及其使用原則

4.2.2 實現臨界區管理的軟體方法

4.2.3 實現臨界區管理的硬體方法

4.3 信號量與P、V操作

4.3.1 信號量定義

4.3.2 P、V操作定義

4.3.3 信號量的使用

4.3.4 信號量及P、V操作討論

4.3.5 信號量與P、V操作經典問題

4.3.6 POSIX信號量

4.3.7 Linux中的信號量機制

4.4 進程間通信

4.4.1 進程間通信概念

4.4.2 進程間通信方式

4.4.3 Linux中的進程間通信機制

4.5 死鎖

4.5.1 死鎖的基本概念

4.5.2 死鎖的預防——解決死鎖的靜態方法

4.5.3 死鎖的避免——解決死鎖的動態方法

4.5.4 死鎖的檢測及解除

4.6 管程

4.6.1 管程的基本概念

4.6.2 管程的特性

小結

習題

第5章 存儲管理

5.1 存儲管理中的概念

5.1.1 存儲管理的目的和功能

5.1.2 存儲分配的方式

5.1.3 重定位

5.2 分區存儲管理

5.2.1 固定分區

5.2.2 可變分區

5.2.3 分配和釋放演演算法

5.2.4 分區移動技術

5.2.5 覆蓋與交換技術

5.2.6 分區的存儲保護

5.2.7 分區存儲管理的主要優缺點

5.3 頁式存儲管理

5.3.1 頁式基本原理

5.3.2 頁式管理表

5.3.3 頁式地址轉換

5.3.4 快表

5.3.5 頁面分配策略

5.3.6 頁面的共享與保護

5.3.7 多級頁表

5.3.8 反置頁表

5.4 段式存儲管理

5.4.1 段式基本原理

5.4.2 段式地址轉換

5.4.3 內存分配與釋放

5.4.4 段的共享與保護

5.4.5 段式和頁式的比較

5.5 段頁式存儲管理

5.5.1 段頁式基本原理

5.5.2 段頁式地址轉換

5.6 虛擬存儲管理

5.6.1 相關基本概念

5.6.2 請求頁式存儲管理

5.6.3 頁面置換演演算法

5.6.4 請求頁式管理性能分析

5.6.5 請求段式存儲管理

5.6.6 請求段頁式存儲管理

5.7 Linux系統存儲管理

5.7.1 Linux中的頁表

5.7.2 頁面的分配與回收

5.7.3 頁交換進程與頁面的換入換出

5.7.4 Linux虛擬存儲器的保護

小結

習題

第6章 設備管理

6.1 設備管理的概念

6.1.1 設備的分類

6.1.2 設備管理的功能和任務

6.2 I/O控制方式

6.2.1 程序直接查詢控制方式

6.2.2 中斷方式

6.2.3 DMA方式

6.2.4 通道方式

6.3 緩衝技術

6.3.1 單緩衝

6.3.2 雙緩衝

6.3.3 循環緩衝

6.3.4 緩衝池

6.4 驅動調度技術

6.4.1 磁碟的物理結構

6.4.2 磁碟調度

6.4.3 提高磁碟I/O速度的一些方法

6.5 設備分配

6.5.1 設備分配中的數據結構

6.5.2 設備分配過程

6.5.3 設備分配應考慮的因素

6.5.4 設備獨立性

6.6 虛擬設備

6.6.1 SPOOLing系統的組成

6.6.2 SPOOLing系統的工作原理

6.6.3 SPOOLing系統的應用

6.6.4 SPOOLing技術的特點

6.7 Linux設備管理

6.7.1 Linux設備管理概述

6.7.2 設備驅動程序概述

6.7.3 設備驅動程序框架

小結

習題

第7章 文件系統

7.1 文件系統的基本概念

7.1.1 文件、記錄和數據項

7.1.2 文件類型

7.1.3 文件系統模型

7.2 文件的邏輯結構與存取方法

7.2.1 文件的邏輯結構

7.2.2 文件的存取方法

7.3 文件的物理結構與存儲設備

7.3.1 常見的物理結構

7.3.2 文件的存儲設備

7.4 文件存儲空間的管理

7.4.1 空閑區表法

7.4.2 空閑鏈表法

7.4.3 位示圖法

7.5 文件目錄

7.5.1 文件目錄管理的基本要求

7.5.2 文件控制塊和索引結點

7.5.3 文件目錄結構

7.5.4 文件的共享

7.6 文件安全

7.6.1 存取控制矩陣

7.6.2 存取控制表

7.6.3 口令

7.6.4 密碼

7.7 Linux文件系統

7.7.1 虛擬文件系統

7.7.2 Linux系統主要文件操作

小結

習題

第8章 網路與通信管理

8.1 網路的體系結構

8.2 網路操作系統的工作模式及網路通信功能

8.2.1 網路操作系統的工作模式

8.2.2 操作系統的網路組件

8.3 網路管理

8.3.1 網路管理概述

8.3.2 網路管理功能

8.3.3 集中式網路管理技術

8.3.4 分散式網路管理技術

8.4 遠程過程調用

8.4.1 遠程過程調用概述

8.4.2 遠程過程調用的操作

8.4.3 遠程過程調用的實現

8.5 網路服務

8.6 網路通信的安全性問題

8.6.1 網路安全概述

8.6.2 網路安全措施

8.6.3 網路安全服務

小結

習題

第9章 操作系統安全

9.1 操作系統安全概述

9.1.1 操作系統安全的重要性

9.1.2 操作系統面臨的安全威脅

9.1.3 操作系統安全的目標

9.2 安全策略

9.2.1 訪問支持策略

9.2.2 訪問支持策略

9.3 硬體安全機制

9.3.1 存儲保護

9.3.2 運行保護

9.3.3 I/O保護

9.4 軟體安全機制

9.4.1 註冊與登錄

9.4.2 存取控制

9.4.3 最小特權管理

9.4.4 可信通道

9.4.5 隱蔽通道

9.4.6 安全審計

9.4.7 病毒防護

9.5 操作系統安全評測

9.5.1 操作系統安全評測方法

9.5.2 美國國防部可信計算機系統評測準則

9.6 Linux操作系統安全機制

9.6.1 標識與口令安全

9.6.2 存取控制

9.6.3 鑒別

9.6.4 審計

9.6.5 網路安全性

9.6.6 加密

9.6.7 網路監視和入侵檢測

9.6.8 備份/恢復

小結

習題

操作系統實驗

實驗1 Linux系統用戶介面和使用環境

實驗2 Linux進程的創建

實驗3 Linux進程信號通信

實驗4 Linux進程消息通信

實驗5 進程調度模擬

實驗6 頁面置換演演算法模擬

實驗7 文件系統模擬設計

參考文獻