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本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，也是国防科技大学国家精品课程教材和国家优秀教学团队教学成果。操作系统作为计算机系统的核心系统软件，负责控制和管理整个计算机系统的资源并组织用户以进程为单位高效协调地使用这些资源。本书以多道程序技术为基础，以通用操作系统主要功能部件为主线，介绍操作系统的概念、组成、功能、处理流程、设计等内容，包括：绪论，操作系统运行机制与用户界面，进程与处理机管理，进程同步与通信、进程死锁，存储管理，设备管理，文件系统，并行与分布式操作系统，保护与安全，系统虚拟机，Linux操作系统实例。附录提供与课程配套的实验与课程设计参考资料。配套有实验教材《Linux 操作系统实验教程》，为任课教师免费提供电子课件。

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ISBN：9787121365805

开本：16开

页数：324

字数：571.0

本书目录

第1章　绪论	1
1.1　什么是操作系统	1
1.1.1　计算机系统的软件构成	1
1.1.2　操作系统作为特殊子程序	2
1.1.3　操作系统作为资源管理者	3
1.1.4　操作系统提供程序并发运行机制	4
1.2　操作系统的发展历史	4
1.2.1　监督程序	5
1.2.2　专用操作系统	8
1.2.3　多种方式操作系统	12
1.2.4　个人计算机操作系统、并行与分布式操作系统及其发展	12
1.3　主要操作系统介绍	14
1.3.1　Windows系列及MS DOS	14
1.3.2　UNIX大家族	16
1.3.3　自由软件Linux和freeBSD等	19
习题1	23
第2章　操作系统运行机制与用户界面	25
2.1　中断和异常	25
2.1.1　中断和异常的区别	25
2.1.2　中断分级	26
2.2　中断/异常响应和处理	28
2.2.1　中断/异常响应	28
2.2.2　中断/异常处理	29
2.3　操作系统运行模式	33
2.4　系统调用	35
2.5　人机界面	38
2.5.1　命令语言	39
2.5.2　图形化的用户界面	40
2.6　小结	42
习题2	42
第3章　进程与处理机管理	44
3.1　进程描述	44
3.1.1　进程定义	45
3.1.2　进程控制块	46
3.2　进程状态	48
3.2.1　进程的创建与结束	49
3.2.2　进程状态变化模型	50
3.2.3　进程挂起	52
3.3　进程控制与调度	53
3.3.1　进程运行	53
3.3.2　进程调度	55
3.3.3　进程调度算法	58
3.4　作业与进程的关系	62
3.5　线程的引入	64
3.6　小结	66
习题3	66
第4章　进程同步与通信、进程死锁	68
4.1　并行编程	68
4.1.1　并行编程方法	68
4.1.2　操作系统的支持	69
4.2　进程的同步与互斥	70
4.2.1　同步与临界段问题	71
4.2.2　解决临界段问题的硬件实现方法	72
4.2.3　信号量	74
4.2.4　管程	77
4.2.5　进程同步与互斥举例	77
4.3　消息传递	81
4.3.1　消息传递原理	82
4.3.2　消息传递示例	83
4.3.3　管道通信简介	84
4.4　死锁	85
4.4.1　死锁示例	85
4.4.2　死锁定义	86
4.4.3　死锁防止	88
4.4.4　死锁避免	90
4.4.5　死锁检测	92
4.4.6　死锁的恢复	93
4.4.7　死锁综合处理	94
4.5　小结	94
习题4	95
第5章　存储管理	99
5.1　连续空间分配	99
5.1.1　单道连续分配法	99
5.1.2　多道连续固定分区法	101
5.1.3　多道连续可变分区法	103
5.2　不连续空间分配	105
5.2.1　页式管理	106
5.2.2　段式管理	109
5.2.3　段页式管理	112
5.2.4　改进的页式管理	113
5.3　虚拟存储管理	114
5.3.1　页式虚存的基本思想	114
5.3.2　页式虚存管理实现	115
5.3.3　多级页表	117
5.3.4　页替换策略	119
5.4　小结	125
习题5	126
第6章　设备管理	129
6.1　I/O硬件概念	129
6.1.1　常见外部设备分类	129
6.1.2　设备控制器（I/O部件）	130
6.1.3　I/O控制方式	131
6.1.4　I/O控制方式的发展过程	134
6.2　设备I/O子系统	134
6.2.1　设备的使用方法	134
6.2.2　I/O层次结构	136
6.2.3　设备驱动程序	139
6.2.4　缓冲技术	141
6.3　存储设备	144
6.3.1　常见存储外部设备	144
6.3.2　磁盘调度	147
6.3.3　磁盘阵列	150
6.4　小结	154
习题6	154
第7章　文件系统	156
7.1　文件结构	156
7.1.1　文件概念	156
7.1.2　文件的逻辑结构	156
7.1.3　文件的物理存储	158
7.1.4　文件控制块	160
7.2　文件目录结构	161
7.2.1　一级目录结构	161
7.2.2　二级目录结构	162
7.2.3　树状目录结构	162
7.2.4　无环图目录结构	163
7.2.5　目录操作	164
7.3　文件存储器空间布局与管理	165
7.4　文件访问接口	166
7.4.1　传统文件系统调用的实现	167
7.4.2　存储映射文件访问	169
7.5　文件保护	169
7.5.1　文件访问保护	170
7.5.2　文件备份	171
7.6　文件系统的基本模型	172
7.7　FAT文件系统磁盘布局	175
7.8　小结	176
习题7	177
第8章　并行与分布式操作系统	178
8.1　并行操作系统	178
8.1.1　对称多处理机	178
8.1.2　线程概念	180
8.1.3　线程实现	186
8.1.4　线程调度	190
8.2　分布式系统	194
8.2.1　分布式系统特点	195
8.2.2　几种分布式系统应用模型	197
8.2.3　分布式系统实现模型	200
8.2.4　分布式操作系统主要研究内容	202
8.2.5　分布式系统基础——通信协议层次简介	203
8.3　小结	206
习题8	207
第9章　保护与安全	208
9.1　安全威胁	208
9.1.1　病毒	208
9.1.2　蠕虫	209
9.1.3　特洛伊木马	209
9.1.4　隐蔽通道	210
9.2　安全机制	210
9.2.1　硬件保护机制	210
9.2.2　标识与鉴别	211
9.2.3　存取控制	213
9.2.4　最小特权管理	214
9.2.5　安全审计	215
9.2.6　入侵检测	216
9.2.7　网络信息安全技术	217
9.2.8　软件漏洞防护技术	219
9.3　Linux的安全机制	221
9.4　安全评测标准	223
9.4.1　TCSEC	223
9.4.2　GB 17859－1999	224
9.5　小结	225
习题9	226
第10章　系统虚拟机	227
10.1　虚拟机概述	227
10.1.1　为什么需要虚拟机	227
10.1.2　虚拟机管理器的分类	228
10.1.3　系统虚拟化的优势及发展目标	228
10.1.4　虚拟机管理器的架构	229
10.2　CPU的虚拟化	230
10.2.1　软件完全虚拟化	230
10.2.2　硬件辅助虚拟化	230
10.3　内存的虚拟化	232
10.3.1　软件实现内存虚拟化	232
10.3.2　EPT页表辅助内存虚拟化	233
10.4　I/O设备的虚拟化	233
10.4.1　完全的软件I/O设备虚拟化	233
10.4.2　半虚拟化设备模拟	234
10.5　小结	235
习题10	235
第11章　Linux操作系统实例	236
11.1　进程管理	236
11.1.1　进程与进程描述符	236
11.1.2　进程状态及切换时机	237
11.1.3　进程的调度算法	239
11.1.4　进程的创建与消亡	239
11.2　存储管理	242
11.2.1　物理内存的管理	242
11.2.2　进程地址空间的管理	244
11.3　文件系统	248
11.3.1　VFS	248
11.3.2　EXT2	253
11.3.3　主要文件系统中系统调用的处理流程	256
11.4　设备管理	258
11.4.1　设备文件的概念	258
11.4.2　设备模型基础	259
11.4.3　相关数据结构	260
11.4.4　块设备文件的open()和read()操作	262
11.5　中断、异常及系统调用	263
11.5.1　中断/异常的基本知识	263
11.5.2　异常处理函数	264
11.5.3　系统调用	264
11.5.4　中断的处理	265
11.5.5　软中断	267
11.6　SysV进程间通信	268
11.6.1　共有的特性	268
11.6.2　信号量	270
11.6.3　消息队列	271
11.6.4　共享内存	273
习题11	275
附录A　bash脚本编程简介	276
A.1　注释和简单命令	276
A.2　环境变量	276
A.3　控制结构	277
A.3.1　if语句	277
A.3.2　case语句	278
A.3.3　for语句	278
A.3.4　while语句和until语句	279
A.4　函数	279
附录B　实现一个简单的Linux命令解释器	281
B.1　myshell的语法	281
B.2　程序框架	281
B.3　命令行的语法分析	282
B.4　简单命令的执行	284
B.5　Makefile	284
附录C　Linux常用命令	285
C.1　用户终端命令	285
C.2　vi编辑器的使用	292
附录D　Linux常用函数	295
D.1　进程管理函数	295
D.2　文件管理函数	296
D.3　进程间通信函数	298
D.4　多线程库函数	301
附录E　Linux内核综合实验指南	303
E1　实验目标与内容	303
E2　实验基础知识	303
E2.1　内核模块	303
E2.2　系统调用	307
E2.3　内存管理	309
E2.4　其他	311
E3　实验设计	313
E4　实验步骤	314
E5　常见问题	314
参考文献	316

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前言

前言
操作系统是计算机中的核心系统软件，它负责控制和管理整个计算机系统的资源并支持用户高效协调使用这些资源，使计算机各部件在极大程度上并行运行。操作系统课程是计算机大类专业的核心课程。随着计算机技术的发展，各类嵌入式系统得到广泛应用，其他相关专业也相继把操作系统作为一门重要的必修或选修课程。
本书阐述了操作系统的基本工作原理及设计方法，以多道程序技术为基础，以通用操作系统主要功能部件为主线，介绍操作系统的概念、组成、功能、处理流程、设计等内容。最后一章给出了当前流行的Linux操作系统设计实例。
本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，也是国防科技大学国家精品课程教材和国家优秀教学团队教学成果。作者长期从事操作系统设计、开发和教学工作，根据自己30多年的科研和教学实践积累的经验，参考国内外近几年出版的教材和文献，结合科研开发工作对操作系统教学的要求，充分考虑当前我国计算机教育的现实情况，并参考了全国硕士研究生招生考试计算机科学与技术学科联考计算机学科专业基础综合考试大纲中的操作系统考查内容，编写了本书。作者剔除了传统操作系统教材已无实际使用价值的内容，增加了实用操作系统的典型处理方法，使本书的内容具有先进性及实用性；并且本着循序渐进的原则，采用通俗的语言和先进的实例，全面阐述操作系统的基本概念、原理、方法；既注重对操作系统经典内容的论述，又注意介绍操作系统的发展趋势及重要的研究开发成果，如第10章的系统虚拟机。修订后全书共11章，每章之后配有小结及习题，以加深理解。
第1章介绍什么是操作系统及操作系统的形成、发展与现状；
第2章介绍操作系统的运行机制与用户界面；
第3章介绍进程管理及线程的基本思想；
第4章介绍并发及死锁；
第5章介绍存储管理；
第6章介绍设备管理；
第7章介绍文件系统；
第8章介绍并行与分布式操作系统；
第9章介绍保护与安全；
第10章介绍系统虚拟机；
第11章介绍Linux操作系统实例。
另外，附录提供与课程配套的实验与课程设计参考资料。
其中，前7章是操作系统的核心内容，可根据教学目的及课时安排选择增加第8、9、10、11章内容。本书适于36～64学时的课堂教学。建议在讲前3章时布置多进程（或多线程）编程、内核综合实验，穿插讲解习题及课程实验内容，也可利用本书配套实验教材《Linux操作系统实验教程》安排实验。本书为任课教师免费提供电子课件，可通过华信教育资源网http://www.hxedu.com.cn注册下载。本课程更多资源（含录像、课件、大纲、习题、问答、试题等）可参考网址http://www.icourses.cn/ sCourse/course_6560.html。
本书第9章及附录A~D由文艳军编写，其他部分由罗宇编写。陈燕晖、李思阳、晏益慧、张辉、许祥、张晨、韩明峰、邹鹏、邓胜兰为本书编写提供了素材或建议，在此表示感谢。
本书可作为高等学校计算机大类专业的 教材，对于具有高级程序设计语言初步知识和对计算机有一定了解的专业人士，亦是较全面的参考书。书中疏漏谬误之处恳请专家、读者指正。另特别感谢编辑冉哲以读者角度对本书的修改建议。
作者         
于长沙?国防科技大学计算机学院

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