计算机操作系统(第4版·微课视频版)

"本书将理论与实践相结合，全面而又系统地介绍了现代操作系统的基本理论和近期新技术，并具体分析了Windows和Linux中的实现技术和方法。本教材有以下几个特点。 （1） 内容全面，讲解系统。在内容讲解上注意由浅入深、由表及里，先引出问题，再给出概念、实现技术和相关算法。 （2） 理论配有实例。本书以Windows和Linux为实例，分别介绍了操作系统理论在这两个实际操作系统中的具体应用，以充实的内容在抽象概念与实际应用之间架设起桥梁，便于读者理解。 （3） 理论与实践相结合。操作系统课程的特点之一是实验的难度大。本书配套有《计算机操作系统实验指导》，实验指导中设计了不同类型的实验题，对每个实验题都进行了较为详细的实验指导，并配有经过测试的源程序代码供学生参考。"

本书全面系统地介绍了现代操作系统的基本理论和近期新技术，并具体分析了Windows和Linux中的实现技术和方法。 全书分为12章，为了便于没有先修“计算机原理”“计算机组织结构”课程的读者阅读，本书增设了第0章，简单介绍了计算机系统，尤其是计算机硬件组成。第1章概述了操作系统的定义、发展、功能、特征和类型；第2～8章分别介绍进程与线程、进程同步与通信、调度与死锁、存储管理、虚拟存储管理、设备管理和文件管理；第9章和第10章分别讲述Windows和Linux两个常用操作系统的实现技术；第11章介绍操作系统安全。每章后附有思考与练习题，与本书配套的《计算机操作系统实验指导》（清华大学出版社）中有对应思考与练习题的详细解答。本书可作为普通高等院校“操作系统”课程的教材，也可作为相关专业技术人员学习计算机操作系统的参考书。

郁红英，女，北京信息科技大学信息管理学院教授，长期从事计算机类课程教学工作，主讲“计算机操作系统”“C语言程序设计”“信息管理系统”等课程，有丰富的教学经验。本人主编的《计算机操作系统》获北京市精品教材奖，目前已被几百所院校选为了教材，收到师生的好评。

第0章 计算机系统概述
0.1 计算机系统及其结构
0.2 计算机硬件
0.2.1 中央处理器
0.2.2 存储器
0.2.3 I/O系统
0.2.4 总线
0.2.5 启动计算机
0.3 指令的执行
0.3.1 取指令与执行指令
0.3.2 I/O函数
0.4 中断
0.4.1 中断与指令周期
0.4.2 中断处理
0.4.3 多个中断
思考与练习题
第1章 操作系统引论
1.1 操作系统的定义
1.1.1 资源管理的观点
1.1.2 用户的观点（扩展机器的观点）
1.2 操作系统的产生和发展
1.2.1 第一代计算机没有操作系统
1.2.2 第二代计算机有了监控系统
1.2.3 第三代计算机操作系统得到极大的发展
1.2.4 第四代计算机操作系统向多元化方向发展
1.3 操作系统的特征
1.4 操作系统的功能
1.4.1 进程管理
1.4.2 存储管理
1.4.3 设备管理
1.4.4 文件管理
1.4.5 操作系统接口
1.5 操作系统的类型
1.5.1 批处理操作系统
1.5.2 分时操作系统
1.5.3 实时操作系统
1.5.4 微机操作系统
1.5.5 多处理机操作系统
1.5.6 网络操作系统
1.5.7 分布式操作系统
1.5.8 嵌入式操作系统
1.6 操作系统的体系结构
1.6.1 单核系统
1.6.2 多核系统
1.6.3 集群系统
思考与练习题
第2章 进程与线程
2.1 进程的引入
2.1.1 单道程序的顺序执行
2.1.2 多道程序的并发执行
2.1.3 程序并发执行的条件
2.1.4 进程的概念
2.2 进程的状态及组成
2.2.1 进程的基本状态
2.2.2 进程的挂起状态
2.2.3 进程控制块
2.3 进程控制
2.3.1 操作系统内核
2.3.2 进程的创建与撤销
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
2.3.4 进程的挂起与激活
2.4 线程
2.4.1 线程的概念
……
第3章 进程同步与通信
第4章 调度与死锁
第5章 存储管理
第6章 虚拟存储管理
第7章 设备管理
第8章 文件管理
第9章 Windows操作系统
第10章 Linux操作系统
第11章 操作系统安全
参考文献

     第3章进程同步与通信 操作系统中的并发进程有些是独立的，有些需要相互协作。独立的进程在系统中执行时不影响其他进程，也不被其他进程影响； 而另一些进程需要与其他进程共享数据，以完成一项共同的任务，这些进程之间具有协作关系。如果对协作进程的活动不加约束，就会使系统混乱。如，当多个进程争用一台打印机时，有可能多个进程的输出结果交织在一起，难以区分。所以，为了保证系统的正常活动，使程序的执行具有可再现性，操作系统必须提供某种机制。 进程之间的协作关系包括互斥、同步和通信。 互斥是指多个进程不能同时使用同一个资源，当某个进程使用某种资源时，其他进程必须等待。 同步是指多个进程中发生的事件存在着某种时序关系，某些进程的执行必须先于另一些进程。 进程通信是指多个进程之间要传递一定量的信息。 视频讲解 视频讲解 3.1进程同步与互斥 3.1.1并发原理 1. 并发带来的问题 在单处理机多道程序环境系统中，进程被交替执行，表现出一种并发执行的特征，即使不能实现真正的并行处理，而且进程间来回切换需要一定的开销，但这种交替执行在处理效率上还是带来了很大的好处。但是，由于并发执行的进程之间相对执行速度是不可预测的，它取决于其他进程的活动、操作系统的调度策略等。这就带来了以下困难。 （1） 全局变量的共享充满了危险。如果两个进程都使用同一个全局变量，并且都对该变量进行读写操作，那么不同的读写执行顺序是非常关键的。 （2） 操作系统很难很好地管理资源的分配。如果某个进程请求使用某个特定的I/O设备，并得到了这个设备，但该进程在使用该设备前被挂起了，操作系统仍然把这个设备锁定给该进程，而不能分配给其他进程，因为操作系统不知道被挂起的进程何时又将执行。此外，资源分配还会导致死锁的危险。 （3） 定位程序的错误是很困难的。这是因为并发程序存在不确定性和不可再现性。 因此并发给操作系统的设计和管理带来了很多问题，操作系统为此要关注的事情有以下几方面。 （1） 操作系统必须记录每个进程的情况，并通过进程控制块实现。 （2） 操作系统必须为每个进程分配和释放各种资源，这些资源包括处理机、存储器、文件和I/O设备。 （3） 操作系统必须保护每个进程的数据和资源，避免遭到其他进程的干涉和破坏。 （4） 保证进程执行结果的正确性，进程的执行结果与速度无关。 以上四个问题中，问题（1）已经在第2章中解决，问题（2）、（3）涉及存储管理、文件管理和设备管理相关的技术，本节要重点解决的是问题（4）。 2. 进程的交互 按进程之间是否知道对方的存在以及进程的交互方式划分，进程的交互可以分为以下三种情况。 （1） 进程间不知道对方。这是一些独立的进程，它们不会一起工作，只是无意地同时存在着。尽管这些进程不一起工作，但是操作系统需要知道它们对资源的竞争情况。例如，两个无关的进程都要使用同一磁盘文件或打印机，操作系统必须控制和管理对它们的访问。 （2） 进程间接知道对方。进程并不需要知道对方的进程标识符，但它们共享某些数据，它们在共享数据时要进行合作。 （3） 进程直接得知对方。进程通过进程标识符互相通信，用于合作完成某些任务。 表31列出了三种可能的认知程度和结果，但实际情况有时并不像表中给出的那么清晰，几个进程可能既要竞争，又要合作，操作系统需要检查进程之间的确切关系，并为它们服务。 表31进程的交互 知 道 程 度关系对其他进程的影响潜在的控制问题 进程间不知道对方竞争进程的执行结果与其他进程无关互斥 死锁 饿死 进程间接知道对方共享合作进程的执行结果可能依赖于从其他进程中得到的消息互斥 死锁 饿死 数据一致性 进程直接得知对方通信合作进程的执行结果可能依赖于从其他进程中得到的消息死锁 饿死 进程的并发执行使进程之间存在着交互，进程间的交互关系包括互斥、同步和通信。 进程互斥是指由于共享资源所要求的排他性，进程之间要相互竞争，某个进程使用这种资源时，其他进程必须等待。换句话说，互斥是指多个进程不能同时使用同一个资源。这种情况下，进程之间知道对方的程度大力度优惠。 进程同步是指多个进程中发生的事件存在着某种时序关系，必须协同动作，相互配合，以共同完成一个任务。进程同步的主要任务是使并发执行的诸进程有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。这种情况比进程之间的互斥知道对方的程度要高，因为进程之间要合作。 进程通信是指多进程之间要传递一定的信息。这种情况下，进程之间知道对方的程度优选，需要传递的信息量也优选。 COUNT=R1； V（mutex）； } P2： { P（mutex）； R2=COUNT； R2=R2+1； COUNT