計算機操作系統（第4版·微課視頻版）

本書全面系統地介紹了現代操作系統的基本理論和**技術，並具體分析了Windows 和Linux中的實現技術和方法。 全書分為12章，為了便於沒有先修“電腦原理”“電腦組織結構”課程的讀者閱讀，本書增設了第0章，簡單介紹了電腦系統，尤其是電腦硬件組成。第1章概述了操作系統的定義、發展、功能、特徵和類型； 第2~8章分別介紹進程與線程、進程同步與通信、調度與死鎖、存儲管理、虛擬存儲管理、設備管理和文件管理； 第9章和第10章分別講述Windows和Linux兩個常用操作系統的實現技術； 第11章介紹操作系統安全。每章後附有思考與練習題，與本書配套的《電腦操作系統實驗指導》（清華大學出版社）中有對應思考與練習題的詳細解答。 本書可作為普通高等院校“操作系統”課程的教材，也可作為相關專業技術人員學習電腦操作系統的參考書。

 

目錄

 

 

 

 

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第0章電腦系統概述

 

0.1電腦系統及其結構

 

0.2電腦硬件

 

0.2.1中央處理器

 

0.2.2存儲器

 

0.2.3I/O系統

 

0.2.4總線

 

0.2.5啟動電腦

 

0.3指令的執行

 

0.3.1取指令與執行指令

 

0.3.2I/O函數

 

0.4中斷

 

0.4.1中斷與指令周期

 

0.4.2中斷處理

 

0.4.3多個中斷

 

思考與練習題

 

第1章操作系統引論

 

1.1操作系統的定義

 

1.1.1資源管理的觀點

 

1.1.2用戶的觀點（擴展機器的觀點）

 

1.2操作系統的產生和發展

 

1.2.1第一代電腦沒有操作系統

 

1.2.2第二代電腦有了監控系統

 

1.2.3第三代電腦操作系統得到極大的發展

 

1.2.4第四代電腦操作系統向多元化方向發展

 

1.3操作系統的特徵

 

1.4操作系統的功能

 

1.4.1進程管理

 

1.4.2存儲管理

 

1.4.3設備管理

 

1.4.4文件管理

 

1.4.5操作系統接口

 

1.5操作系統的類型

 

1.5.1批處理操作系統

 

1.5.2分時操作系統

 

1.5.3實時操作系統

 

1.5.4微機操作系統

 

1.5.5多處理機操作系統

 

1.5.6網絡操作系統

 

1.5.7分佈式操作系統

 

1.5.8嵌入式操作系統

 

1.6操作系統的體系結構

 

1.6.1單核系統

 

1.6.2多核系統

 

1.6.3集群系統

 

思考與練習題

 

 

 

 

 

 

第2章進程與線程

 

2.1進程的引入

 

2.1.1單道程序的順序執行

 

2.1.2多道程序的並發執行

 

2.1.3程序並發執行的條件

 

2.1.4進程的概念

 

2.2進程的狀態及組成

 

2.2.1進程的基本狀態

 

2.2.2進程的掛起狀態

 

2.2.3進程控制塊

 

2.3進程控制

 

2.3.1操作系統內核

 

2.3.2進程的創建與撤銷

 

2.3.3進程的阻塞與喚醒

 

2.3.4進程的掛起與激活

 

2.4線程

 

2.4.1線程的概念

 

2.4.2線程與進程的比較

 

2.4.3線程的實現

 

2.4.4多線程問題

 

思考與練習題

 

 

 

第3章進程同步與通信

 

3.1進程同步與互斥

 

3.1.1並發原理

 

3.1.2臨界資源與臨界區

 

3.1.3互斥實現的硬件方法

 

3.1.4互斥實現的軟件方法

 

3.1.5信號量和P、V操作

 

3.2經典進程同步與互斥問題

 

3.2.1生產者—消費者問題

 

3.2.2讀者—寫者問題

 

3.2.3哲學家進餐問題

 

3.2.4打瞌睡的理發師問題

 

3.3AND信號量

 

3.3.1AND信號量的引入

 

3.3.2用AND信號量解決實際應用

 

3.4管程

 

3.4.1管程的思想

 

3.4.2管程的結構

 

3.4.3用管程解決實際應用

 

3.5同步與互斥實例

 

3.5.1Solaris的同步與互斥

 

3.5.2Windows的同步與互斥

 

3.5.3Linux的同步與互斥

 

3.6進程通信

 

3.6.1進程通信的類型

 

3.6.2進程通信中的問題

 

3.6.3消息傳遞系統的實現

 

3.6.4客戶端—服務器系統通信

 

思考與練習題

 

第4章調度與死鎖

 

4.1調度類型與準則

 

4.1.1調度類型

 

4.1.2進程調度方式

 

4.1.3進程調度時機

 

4.1.4調度的性能準則

 

4.2調度算法

 

4.2.1先來先服務調度算法

 

4.2.2短作業（進程）優先調度算法

 

4.2.3時間片輪轉調度算法

 

4.2.4優先權調度算法

 

4.2.5多級反饋隊列調度算法

 

4.2.6多種調度算法的比較

 

4.3死鎖的基本概念

 

4.3.1死鎖的定義

 

4.3.2死鎖產生的原因

 

4.3.3可重復使用資源和可消耗資源

 

4.3.4死鎖產生的必要條件

 

4.4死鎖的預防與避免

 

4.4.1死鎖的預防

 

4.4.2死鎖的避免

 

4.4.3銀行家算法

 

4.5死鎖的檢測與解除

 

4.5.1資源分配圖

 

4.5.2死鎖的解除

 

4.5.3鴕鳥算法

 

思考與練習題

 

第5章存儲管理

 

5.1程序的裝入和鏈接

 

5.1.1重定位

 

5.1.2鏈接

 

5.2連續分配存儲管理方式

 

5.2.1單一連續分區

 

5.2.2固定分區

 

5.2.3可變分區

 

5.2.4動態重定位分區

 

5.3頁式存儲管理

 

5.3.1頁式存儲管理的基本原理

 

5.3.2頁式存儲管理的地址變換

 

5.3.3頁表的硬件實現

 

5.3.4頁表的組織

 

5.4段式存儲管理

 

5.4.1段式存儲管理的基本原理

 

5.4.2段式存儲管理系統的地址變換

 

5.4.3分段和分頁的區別

 

5.4.4段的共享與保護

 

5.5段頁式存儲管理

 

5.5.1段頁式存儲管理的基本原理

 

5.5.2段頁式存儲管理的地址變換

 

5.5.3段頁式存儲管理系統舉例

 

思考與練習題

 

第6章虛擬存儲管理

 

6.1虛擬存儲器的引入

 

6.1.1局部性原理

 

6.1.2虛擬存儲器

 

6.1.3虛擬存儲器的特徵

 

6.2請求頁式存儲管理

 

6.2.1請求頁式存儲管理系統的實現

 

6.2.2請求頁式存儲管理駐留集管理

 

6.2.3請求頁式存儲管理的調入策略

 

6.2.4請求頁式存儲管理的頁面置換算法

 

6.2.5請求頁式存儲管理系統的性能

 

6.3請求段式存儲管理

 

6.3.1請求段式存儲管理的地址實現

 

6.3.2動態鏈接

 

思考與練習題

 

第7章設備管理

 

7.1I/O管理概述

 

7.1.1I/O管理的功能

 

7.1.2I/O硬件組成

 

7.1.3I/O設備

 

7.1.4設備控制器

 

7.1.5設備通道

 

7.2I/O控制方式

 

7.2.1程序直接控制方式

 

7.2.2中斷控制方式

 

7.2.3DMA控制方式

 

7.2.4通道控制方式

 

7.3I/O系統

 

7.3.1設備分配

 

7.3.2SPOOLing技術

 

7.3.3設備驅動程序

 

7.3.4中斷處理程序

 

7.4磁盤管理

 

7.4.1磁盤結構和管理

 

7.4.2磁盤調度

 

7.4.3獨立磁盤冗餘陣列

 

7.4.4非易失性存儲器

 

7.5緩沖管理

 

7.5.1緩沖

 

7.5.2磁盤高速緩存

 

7.5.3提高磁盤I/O速度的其他方法

 

思考與練習題

 

第8章文件管理

 

8.1文件概述

 

8.1.1文件類型

 

8.1.2文件屬性

 

8.1.3文件的操作

 

8.1.4文件訪問方式

 

8.2文件結構和文件系統

 

8.2.1文件結構

 

8.2.2有結構文件的組織

 

8.2.3文件系統

 

8.3目錄

 

8.3.1文件控制塊和索引節點

 

8.3.2單級目錄

 

8.3.3兩級目錄

 

8.3.4樹形目錄

 

8.3.5目錄的查詢

 

8.3.6文件的共享

 

8.4文件系統實現

 

8.4.1文件系統的格式

 

8.4.2文件的存儲結構

 

8.4.3空閑存儲空間的管理

 

8.5文件系統的可靠性

 

8.5.1壞塊管理

 

8.5.2備份

 

8.5.3文件系統一致性問題

 

8.5.4數據一致性控制

 

8.6保護機制

 

8.6.1保護域

 

8.6.2保護矩陣的實現

 

8.6.3分級安全管理

 

思考與練習題

 

第9章Windows操作系統

 

9.1Windows的特點和結構

 

9.1.1Windows的特點

 

9.1.2Windows的結構

 

9.2Windows 進程管理

 

9.2.1Windows的進程和線程

 

9.2.2Windows的互斥與同步

 

9.2.3Windows的進程通信

 

9.2.4Windows的線程調度

 

9.3Windows內存管理

 

9.3.1Windows的地址空間佈局

 

9.3.2Windows的地址變換機制

 

9.3.3Windows的內存分配

 

9.3.4Windows的頁面共享

 

9.3.5Windows的駐留集

 

9.3.6Windows的物理內存管理

 

9.4Windows設備管理

 

9.4.1Windows的I/O系統結構

 

9.4.2Windows的I/O系統的數據結構

 

9.4.3Windows的I/O系統的設備驅動程序

 

9.4.4Windows的I/O處理

 

9.4.5Windows的磁盤管理

 

9.4.6Windows的高速緩存管理

 

9.4.7Windows的高速緩存支持的操作

 

9.5Windows文件管理

 

9.5.1Windows文件系統概述

 

9.5.2NTFS捲及其結構

 

9.5.3NTFS的可恢復性、可靠性和安全性

 

思考與練習題

 

第10章Linux操作系統

 

10.1Linux內核設計

 

10.1.1內核設計目標

 

10.1.2微內核與單內核

 

10.1.3Linux內核結構

 

10.2Linux系統的啟動與初始化

 

10.2.1初始化系統

 

10.2.2操作系統的初始化

 

10.2.3init進程

 

10.3Linux進程管理

 

10.3.1Linux中的進程與線程

 

10.3.2進程與線程的創建和撤銷

 

10.3.3進程調度

 

10.3.4進程通信

 

10.4Linux內存管理

 

10.4.1虛擬內存管理

 

10.4.2物理內存管理

 

10.5Linux文件管理

 

10.5.1虛擬文件系統

 

10.5.2文件系統的安裝與卸載

 

10.5.3EXT2邏輯文件系統

 

10.6Linux設備管理

 

10.6.1Linux設備管理概述

 

10.6.2Linux設備的類型

 

10.6.3中斷

 

10.6.4緩存和刷新機制

 

10.6.5磁盤調度

 

思考與練習題

 

第11章操作系統安全

 

11.1操作系統安全概述

 

11.1.1操作系統的脆弱性

 

11.1.2安全操作系統的重要性

 

11.2操作系統的安全機制

 

11.2.1硬件安全機制

 

11.2.2軟件安全機制

 

11.3操作系統安全評測

 

11.3.1操作系統安全評測方法

 

11.3.2國內外電腦系統安全評測準則

 

11.3.3美國國防部可信電腦系統評測準則

 

11.3.4CC(ISO/IEC 154081999)

 

11.3.5中國電腦信息系統安全保護等級劃分準則

 

11.4分佈式操作系統安全

 

11.4.1加密和數據簽名

 

11.4.2身份認證

 

11.4.3防火牆

 

11.5Linux操作系統安全性

 

11.5.1標識與鑒別

 

11.5.2存取控制

 

11.5.3審計與加密

 

11.5.4網絡安全

 

11.5.5備份

 

11.6Windows 2000/XP操作系統安全

 

11.6.1Windows 2000/XP安全模型

 

11.6.2Windows的註冊表、文件系統及系統的激活和授權機制

 

11.7主流操作系統安全機制

 

11.7.1Windows Vista/Windows 7/Windows 10操作系統

 

11.7.2Android操作系統

 

11.7.3Mac OS & iOS操作系統

 

11.8雲操作系統

 

11.8.1Windows Azure

 

11.8.2Google Chrome OS

 

11.9要點及小結

 

思考與練習題

 

參考文獻