內容簡介
本書全面介紹了計算機系統中的一個重要軟體——作業系統(OS)，本書是第三版，對2001年出版的修訂版的各章內容均作了較多的修改，基本上能反映當前作業系統發展的現狀，但章節名稱基本保持不變。全書仍分為10章，第一章介紹了OS的發展、特徵、功能以及OS結構；第二、三章深入地闡述了進程和執行緒的基本概念、同步與通信、調度與死鎖；第四章對連續和離散存儲器管理方式及虛擬存儲器進行了介紹；第五章為設備管理，對I/O軟體的層次結構作了較深入的闡述；第六、七章分別是檔案管理和用戶接口；第八章介紹了計算機網路、網路體系結構、網路提供的功能和服務以及Internet；第九章對保障系統安全的各種技術和計算機病毒都作了較詳細的介紹；第十章是一個典型的OS實例——UNIX系統核心結構。
本書可作為計算機硬體和軟體以及計算機通信專業的本科生教材，也可作為從事計算機及通信工作的相關科技人員的參考書。
目錄
第一章 作業系統引論
1.1 作業系統的目標和作用 1
1.1.1 作業系統的目標 1
1.1.2 作業系統的作用 2
1.1.3 推動作業系統發展的主要動力 4
1.2 作業系統的發展過程 5
1.2.1 無作業系統的計算機系統 5
1.2.2 單道批處理系統 6
1.2.3 多道批處理系統 7
1.2.4 分時系統 9
1.2.5 實時系統 11
1.2.6 微機作業系統的發展 12
1.3 作業系統的基本特性 14
1.3.1 並發性 14
1.3.2 共享性 15
1.3.3 虛擬技術 16
1.3.4 異步性 17
1.4 作業系統的主要功能 18
1.4.1 處理機管理功能 18
1.4.2 存儲器管理功能 19
1.4.3 設備管理功能 21
1.4.4 檔案管理功能 21
1.4.5 作業系統與用戶之間的接口 22
1.5 OS結構設計 24
1.5.1 傳統的作業系統結構 24
1.5.2 客戶/伺服器模式 26
1.5.3 面向對象的程式設計 27
1.5.4 微核心OS結構 29
習題 33
第二章 進 程 管 理
2.1 進程的基本概念 34
2.1.1 程式的順序執行及其特徵 34
2.1.2 前趨圖 35
2.1.3 程式的並發執行及其特徵 36
2.1.4 進程的特徵與狀態 37
2.1.5 進程控制塊 41
2.2 進程控制 43
2.2.1 進程的創建 43
2.2.2 進程的終止 45
2.2.3 進程的阻塞與喚醒 46
2.2.4 進程的掛起與激活 47
2.3 進程同步 47
2.3.1 進程同步的基本概念 47
2.3.2 信號量機制 50
2.3.3 信號量的套用 53
2.3.4 管程機制 55
2.4 經典進程的同步問題 58
2.4.1 生產者—消費者問題 58
2.4.2 哲學家進餐問題 61
2.4.3 讀者—寫者問題 63
2.5 進程通信 65
2.5.1 進程通信的類型 65
2.5.2 訊息傳遞通信的實現方法 66
2.5.3 訊息傳遞系統實現中的若干問題 68
2.5.4 訊息緩衝佇列通信機制 69
2.6 執行緒 71
2.6.1 執行緒的基本概念 72
2.6.2 執行緒間的同步和通信 75
2.6.3 執行緒的實現方式 77
2.6.4 執行緒的實現 78
習題 81
第三章 處理機調度與死鎖
3.1 處理機調度的層次 84
3.1.1 高級調度 84
3.1.2 低級調度 86
3.1.3 中級調度 87
3.2 調度佇列模型和調度準則 88
3.2.1 調度佇列模型 88
3.2.2 選擇調度方式和調度算法的若干準則 90
3.3 調度算法 91
3.3.1 先來先服務和短作業(進程)優先調度算法 91
3.3.2 高優先權優先調度算法 93
3.3.3 基於時間片的輪轉調度算法 95
3.4 實時調度 97
3.4.1 實現實時調度的基本條件 97
3.4.2 實時調度算法的分類 99
3.4.3 常用的幾種實時調度算法 100
3.5 產生死鎖的原因和必要條件 103
3.5.1 產生死鎖的原因 103
3.5.2 產生死鎖的必要條件 105
3.5.3 處理死鎖的基本方法 105
3.6 預防死鎖的方法 106
3.6.1 預防死鎖 106
3.6.2 系統安全狀態 107
3.6.3 利用銀行家算法避免死鎖 108
3.7 死鎖的檢測與解除 111
3.7.1 死鎖的檢測 111
3.7.2 死鎖的解除 113
習題 114
第四章 存 儲 器 管 理
4.1 存儲器的層次結構 116
4.1.1 多級存儲器結構 116
4.1.2 主存儲器與暫存器 117
4.1.3 高速快取和磁碟快取 117
4.2 程式的裝入和連結 118
4.2.1 程式的裝入 118
4.2.2 程式的連結 120
4.3 連續分配方式 121
4.3.1 單一連續分配 121
4.3.2 固定分區分配 122
4.3.3 動態分區分配 123
4.3.4 夥伴系統 126
4.3.5 哈希算法 126
4.3.6 可重定位分區分配 127
4.3.7 對換 129
4.4 基本分頁存儲管理方式 130
4.4.1 頁面與頁表 130
4.4.2 地址變換機構 131
4.4.3 兩級和多級頁表 133
4.5 基本分段存儲管理方式 135
4.5.1 分段存儲管理方式的引入 135
4.5.2 分段系統的基本原理 136
4.5.3 信息共享 138
4.5.4 段頁式存儲管理方式 140
4.6 虛擬存儲器的基本概念 141
4.6.1 虛擬存儲器的引入 142
4.6.2 虛擬存儲器的實現方法 143
4.6.3 虛擬存儲器的特徵 144
4.7 請求分頁存儲管理方式 144
4.7.1 請求分頁中的硬體支持 144
4.7.2 記憶體分配策略和分配算法 147
4.7.3 調頁策略 148
4.8 頁面置換算法 149
4.8.1 最佳置換算法和先進先出置換算法 150
4.8.2 最近最久未使用(LRU)置換算法 151
4.8.3 Clock置換算法 153
4.8.4 其它置換算法 154
4.9 請求分段存儲管理方式 155
4.9.1 請求分段中的硬體支持 155
4.9.2 分段的共享與保護 157
習題 159
第五章 設 備 管 理
5.1 I/O系統 160
5.1.1 I/O設備 160
5.1.2 設備控制器 162
5.1.3 I/O通道 164
5.1.4 匯流排系統 166
5.2 I/O控制方式 167
5.2.1 程式I/O方式 167
5.2.2 中斷驅動I/O控制方式 168
5.2.3 直接存儲器訪問(DMA)I/O控制方式 169
5.2.4 I/O通道控制方式 170
5.3 緩衝管理 171
5.3.1 緩衝的引入 171
5.3.2 單緩衝和雙緩衝 172
5.3.3 循環緩衝 174
5.3.4 緩衝池 175
5.4 I/O軟體 177
5.4.1 I/O 軟體的設計目標和原則 177
5.4.2 中斷處理程式 179
5.4.3 設備驅動程式 181
5.4.4 設備獨立性軟體 184
5.4.5 用戶層的I/O軟體 186
5.5 設備分配 186
5.5.1 設備分配中的數據結構 186
5.5.2 設備分配時應考慮的因素 187
5.5.3 獨占設備的分配程式 188
5.5.4 SPOOLing技術 189
5.6 磁碟存儲器的管理 191
5.6.1 磁碟性能簡述 191
5.6.2 磁碟調度 194
5.6.3 磁碟高速快取 197
5.6.4 提高磁碟I/O速度的其它方法 199
5.6.5 廉價磁碟冗餘陣列 200
習題 202
第六章 文 件 管 理
6.1 檔案和檔案系統 203
6.1.1 檔案、記錄和數據項 203
6.1.2 檔案類型和檔案系統模型 205
6.1.3 檔案操作 206
6.2 檔案的邏輯結構 208
6.2.1 檔案邏輯結構的類型 208
6.2.2 順序檔案 209
6.2.3 索引檔案 210
6.2.4 索引順序檔案 211
6.2.5 直接檔案和哈希檔案 212
6.3 外存分配方式 213
6.3.1 連續分配 213
6.3.2 連結分配 215
6.3.3 FAT和NTFS技術 216
6.3.4 索引分配 221
6.4 目錄管理 223
6.4.1 檔案控制塊和索引結點 224
6.4.2 目錄結構 226
6.4.3 目錄查詢技術 229
6.5 檔案存儲空間的管理 231
6.5.1 空閒表法和空閒鍊表法 231
6.5.2 位示圖法 232
6.5.3 成組連結法 233
6.6 檔案共享與檔案保護 234
6.6.1 基於索引結點的共享方式 234
6.6.2 利用符號鏈實現檔案共享 236
6.6.3 磁碟容錯技術 237
6.7 數據一致性控制 240
6.7.1 事務 241
6.7.2 檢查點 242
6.7.3 並發控制 243
6.7.4 重複數據的數據一致性問題 243
習題 246
第七章 作業系統接口
7.1 在線上用戶接口 248
7.1.1 在線上用戶接口 248
7.1.2 在線上命令的類型 250
7.1.3 鍵盤終端處理程式 252
7.1.4 命令解釋程式 254
7.2 Shell命令語言 255
7.2.1 簡單命令 255
7.2.2 重定向與管道命令 258
7.2.3 通信命令 259
7.2.4 後台命令 260
7.3 系統調用 260
7.3.1 系統調用的基本概念 261
7.3.2 系統調用的類型 263
7.3.3 POSIX標準 265
7.3.4 系統調用的實現 266
7.4 UNIX系統調用 268
7.4.1 UNIX系統調用的類型 269
7.4.2 被中斷進程的環境保護 271
7.4.3 系統調用陷入後需處理的公共問題 272
7.5 圖形用戶接口 273
7.5.1 圖形化用戶界面 273
7.5.2 桌面、圖示和系統列 274
7.5.3 視窗 276
7.5.4 對話框 277
習題 279
第八章 網路作業系統
8.1 計算機網路概述 281
8.1.1 計算機網路的拓撲結構 281
8.1.2 計算機廣域網路 284
8.1.3 計算機區域網路 287
8.1.4 網路互連 288
8.2 網路體系結構 290
8.2.1 網路體系結構的基本概念 290
8.2.2 OSI/RM中的低三層 292
8.2.3 OSI/RM中的高四層 294
8.2.4 TCP/IP 網路體系結構 295
8.2.5 LAN網路體系結構 297
8.3 Internet與Intranet 299
8.3.1 Internet簡介 300
8.3.2 Internet提供的傳統信息服務 301
8.3.3 Web服務 303
8.4 客戶/伺服器模式 304
8.4.1 兩層結構客戶/伺服器模式的局限性 304
8.4.2 三層結構的客戶/伺服器模式 305
8.4.3 兩層客戶/伺服器與三層客戶/伺服器的比較 306
8.4.4 瀏覽器/伺服器(Browser/Server)模式 307
8.5 網路作業系統的功能 308
8.5.1 數據通信功能 308
8.5.2 網路資源共享功能 309
8.5.3 套用互操作功能 312
8.5.4 網路管理功能 314
8.6 網路作業系統提供的服務 315
8.6.1 域名系統(DNS) 315
8.6.2 目錄服務 317
8.6.3 支持Internet提供的服務 319
習題 320
第九章 系統安全性
9.1 系統安全的基本概念 322
9.1.1 系統安全性的內容和性質 322
9.1.2 系統安全威脅的類型 323
9.1.3 信息技術安全評價公共準則 324
9.2 數據加密技術 325
9.2.1 數據加密的基本概念 325
9.2.2 對稱加密算法與非對稱加密算法 328
9.2.3 數字簽名和數字證明書 329
9.2.4 網路加密技術 331
9.3 認證技術 332
9.3.1 基於口令的身份認證 333
9.3.2 基於物理標誌的認證技術 335
9.3.3 基於生物標誌的認證技術 337
9.3.4 基於公開密鑰的認證技術 339
9.4 訪問控制技術 340
9.4.1 訪問矩陣 340
9.4.2 訪問矩陣的修改 342
9.4.3 訪問控制矩陣的實現 343
9.5 計算機病毒 345
9.5.1 計算機病毒的基本概念 345
9.5.2 計算機病毒的類型 346
9.5.3 病毒的隱藏方式 348
9.5.4 病毒的預防和檢測 350
習題 351
第十章 UNIX系統核心結構
10.1 UNIX系統概述 353
10.1.1 UNIX系統的發展史 353
10.1.2 UNIX系統的特徵 355
10.1.3 UNIX系統的核心結構 356
10.2 進程的描述和控制 357
10.2.1 進程控制塊 357
10.2.2 進程狀態與進程映像 359
10.2.3 進程控制 361
10.2.4 進程調度與切換 363
10.3 進程的同步與通信 364
10.3.1 sleep與wakeup同步機制 364
10.3.2 信號機制 365
10.3.3 管道機制 365
10.3.4 訊息機制 367
10.3.5 共享存儲區機制 368
10.3.6 信號量集機制 369
10.4 存儲器管理 370
10.4.1 請求調頁管理的數據結構 370
10.4.2 換頁進程 372
10.4.3 請求調頁 373
10.5 設備管理 374
10.5.1 字元設備緩衝區管理 374
10.5.2 塊設備緩衝區管理 375
10.5.3 核心與驅動程式接口 377
10.5.4 磁碟驅動程式 379
10.5.5 磁碟讀/寫程式 380
10.6 檔案管理 381
10.6.1 UNIX檔案系統概述 381
10.6.2 檔案的物理結構 383
10.6.3 索引結點的管理 385
10.6.4 空閒磁碟空間的管理 386
10.6.5 檔案表的管理 388
10.6.6 目錄管理 389
習題 390
參考文獻 392
