操作系统原理与Linux实践教程

本书理论与实践并重，全面、系统地阐述了操作系统的重要概念和原理，深入、细致地剖析了操作系统的组成结构和运行机制，给出了相关概念、原理在Linux操作系统中的实现方法，提供了大量鲜活的应用实例，详细说明了Linux实验环境搭建方法，给出了完整可用的Linux C源程序及编译和运行方法，方便读者无障碍实验学习和再创造，为培养具有扎实的专业理论知识和较强实践能力的不错工程技术人才提供可理解、可实践的内容和素材。全书共分8章，内容包括：操作系统概论、处理器管理、并发进程的同步、互斥与死锁、存储管理、设备管理、文件管理、操作系统安全机制、多处理机与多计算机操作系统，涵盖操作系统经典、核心内容及扩展内容。本书配套有PPT、相关源代码、习题解答等。

第1章 操作系统概论1
1.1 操作系统的资源管理功能和目标1
1.1.1 操作系统的定义1
1.1.2 操作系统在计算机系统中的位置2
1.1.3 操作系统的资源管理技术2
1.1.4 操作系统运行程序的服务3
实验1 Linux操作系统实验环境搭建5
1.1.5 操作系统的目标10
1.2 操作系统的功能10
1.3 操作系统的主要特性11
1.3.1 并发性11
1.3.2 共享性12
1.3.3 异步性12
1.3.4 虚拟性13
1.4 操作系统的发展和分类13
1.4.1 操作系统的发展13
1.4.2 操作系统的分类15
1.5 操作系统的用户接口16
1.5.1 程序接口17
实验2 Linux程序接口实验19
1.5.2 操作接口20
实验3 Linux操作接口实验21
1.6 操作系统的结构设计25
1.6.1 操作系统的主要构件25
1.6.2 操作系统的结构26
1.6.3 操作系统运行模型27
习题128
第2章 处理器管理30
2.1 处理器30
2.1.1 寄存器30
2.1.2 指令系统、特权指令与非特权指令30
2.1.3 处理器状态及切换31
2.1.4 程序状态字寄存器32
2.2 中断32
2.2.1 中断概念32
2.2.2 中断源分类33
2.2.3 中断处理34
2.3 进程及其实现35
2.3.1 引入进程概念的必要性35
2.3.2 进程定义和属性35
2.3.3 进程状态与切换36
2.3.4 进程描述39
2.3.5 进程切换43
2.3.6 模式切换45
2.3.7 进程控制与管理45
实验4 Linux进程控制实验47
2.4 线程及其实现49
2.4.1 多线程的引入49
2.4.2 多线程环境中的进程与线程50
2.4.3 多线程实现方法52
实验5 结果不专享的多线程并发运行实例53
实验6 多线程共享资源并发访问控制54
2.5 处理器调度系统58
2.6 处理器调度算法63
2.6.1 低级调度的功能和类型63
2.6.2 作业调度和低级调度算法64
习题270
第3章 并发进程的同步、互斥与死锁73
3.1 并发进程73
3.1.1 程序执行的顺序性73
3.1.2 程序执行的并发性74
3.1.3 与时间有关的错误77
3.1.4 进程的交互79
3.2 临界区管理79
3.2.1 临界区调度原则79
3.2.2 实现临界区管理的几种错误算法80
3.2.3 实现临界区管理的Peterson算法81
3.2.4 实现临界区管理的硬件设施82
3.3 同步84
3.3.1 同步与同步机制84
3.3.2 信号量与PV操作85
3.3.3 利用信号量实现互斥87
3.3.4 利用信号量实现进程同步88
3.3.5 Linux系统中的同步互斥功能96
实验7 使用信号量解决生产者-消费者问题97
3.4 管程100
3.4.1 管程的概念100
3.4.2 管程的实现103
3.4.3 管程的应用106
3.5 进程通信109
3.5.1 管道通信机制109
实验8 Linux管道通信110
3.5.2 共享内存通信机制113
实验9 Linux共享内存通信114
3.5.3 消息传递通信机制118
实验10 Linux消息传递通信120
3.5.4 套接字通信机制122
实验11 Linux套接字通信123
3.5.5 信号通信机制125
3.6 死锁128
3.6.1 死锁的概念和产生的必要条件128
3.6.2 死锁防止130
3.6.3 死锁避免130
3.6.4 死锁检测与解除133
习题3135
第4章 存储管理138
4.1 存储器层次138
4.2 地址重定位、存储保护和存储共享139
4.3 连续存储管理141
4.3.1 固定分区存储管理141
4.3.2 可变分区存储管理143
4.3.3 伙伴系统145
4.3.4 主存不足的辅助存储管理技术146
4.4 分页存储管理146
4.4.1 分页存储管理方案146
4.4.2 快表148
4.4.3 分页存储空间的分配和释放149
4.4.4 分页存储空间页面共享与保护150
4.4.5 多级页表150
4.4.6 反置页表151
4.5 分段存储管理152
4.6 虚拟存储管理155
4.6.1 虚拟存储器原理155
4.6.2 请求分页虚拟存储管理156
习题4166
第5章 设备管理167
5.1 I/O硬件系统167
5.1.1 I/O设备167
5.1.2 I/O控制方式169
5.2 I/O软件系统172
5.2.1 I/O软件设计目标172
5.2.2 中断处理程序173
5.2.3 设备驱动程序173
5.2.4 设备无关I/O软件176
5.2.5 用户空间的I/O软件179
5.3 磁盘管理180
5.3.1 磁盘结构180
5.3.2 磁盘调度算法182
5.4 虚拟设备185
5.4.1 虚拟设备原理185
5.4.2 SPOOLing系统结构186
习题5188
第6章 文件管理189
6.1 文件189
6.1.1 文件概念189
6.1.2 文件类型和属性190
6.1.3 文件存取方法191
6.1.4 文件操作193
实验12 Linux文件操作194
6.2 目录196
6.2.1 目录项信息和结构196
6.2.2 目录层次198
6.2.3 目录操作199
6.3 文件结构200
6.3.1 文件逻辑结构200
6.3.2 文件物理结构200
6.4 文件系统功能及实现201
6.4.1 磁盘信息分区201
6.4.2 文件操作系统调用功能实现202
6.4.3 文件共享205
6.5 文件空间管理208
6.5.1 文件空间分配方法208
6.5.2 文件外存空间管理212
6.6 内存映射文件216
实验13 Linux内存映射文件217
6.7 虚拟文件系统220
习题6222
第7章 操作系统安全224
7.1 操作系统安全概念224
7.1.1 信息安全及威胁224
7.1.2 信息保护226
7.2 信息安全保护机制227
习题7230
第8章 多处理机与多计算机操作系统231
8.1 多处理机操作系统231
8.2 多计算机操作系统232
习题8235
参考文献236