本书按照操作系统的功能分为10章，系统地讲述操作系统的基本原理。第1章为导论，介绍操作系统的概念、操作系统的形成与发展及操作系统的功能和操作系统提供服务的方式等；第2～6章介绍操作系统的进程管理（处理器管理），包括进程、线程、进程调度、进程同步和死锁；第7章为内存管理；第8章为外存管理；第9章为文件管理；第10章为I/O系统。为了满足双语教学的需要，本书在每章的最后增加了精选的操作系统技术英文资料，供有能力的读者进行扩展阅读。本书配有PPT、源代码等教学资源，读者可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。本书每章都配有教学视频，读者可以扫描书中二维码观看。此外，全书提供8个基于Linux系统的实验，帮助读者加深对操作系统原理的理解，部分实验也提供演示视频。本书适合作为本科院校、高职高专院校计算机操作系统和Linux相关课程的教材及参考书，也可供相关技术人员参考。
杨一涛，男，南京森林警察学院信息技术学院信息安全技术教研室主任，教授，江苏省区块链专委会委员。主要承担《操作系统原理 》、《?嵌入式系统 》、《公安信息技术基础》、《人工智能概论》、《应用密码学》等课程的教学。
目 录
第1章 导论 1
1.1 操作系统的概念 1
1.2 操作系统的形成与发展 3
1.2.1 手工操作阶段 3
1.2.2 单道批处理系统 3
1.2.3 多道批处理系统 4
1.2.4 分时操作系统 5
1.2.5 微机操作系统 5
1.2.6 分布式操作系统 7
1.2.7 嵌入式操作系统 7
1.3 操作系统的功能 7
1.3.1 接管计算机 7
1.3.2 进程管理 10
1.3.3 存储管理 11
1.3.4 文件管理 12
1.3.5 设备管理 13
1.4 操作系统的特点 13
1.4.1 并发性 13
1.4.2 共享性 14
1.4.3 虚拟性 15
1.4.4 异步性 15
1.5 操作系统提供服务的方式 15
1.5.1 接口 15
1.5.2 操作接口 16
1.5.3 程序接口 18
1.6 GNU/Linux历史 19
1.7 Reading Materials 20
1.7.1 Overview 20
1.7.2 Concurrency and Parallelism 22
1.7.3 Graphic User Interface 23
1.8 实验1 Linux安装及开发环境
搭建 25
第2章 进程 26
2.1 程序和进程 26
2.2 进程的状态及转换 27
2.3 进程的切换 28
2.3.1 概述 28
2.3.2 中断机制 29
2.3.3 模式切换 30
2.3.4 进程控制块 30
2.3.5 进程切换 31
2.4 Reading Materials 32
2.4.1 Overview 32
2.4.2 Inter Process Communication 33
2.4.3 Process Control Block 34
2.5 实验2 进程的创建 36
第3章 线程 39
3.1 动机和特点 39
3.2 线程定义 40
3.3 线程模型 41
3.4 线程库 42
3.5 Reading Materials 43
3.5.1 Overview 43
3.5.2 POSIX Thread (Pthread)
Libraries 44
3.6 实验3 Pthread多线程 45
第4章 进程调度 47
4.1 概述 47
4.2 调度标准 49
4.3 调度算法 50
4.3.1 先来先服务调度 50
4.3.2 最短作业优先调度 51
4.3.3 轮转调度 52
4.3.4 优先级调度 54
4.4 Reading Materials 54
4.4.1 Overview 54
4.4.2 CFS: Completely Fair Process
Scheduling in Linux 56
4.5 实验4 Linux调度策略 59
第5章 进程同步 60
5.1 背景 60
5.2 进程的交互 61
5.3 竞争关系 62
5.3.1 竞争 62
5.3.2 临界区 62
5.3.3 软件解决方案 63
5.3.4 硬件解决方案 64
5.3.5 忙式等待 65
5.4 协作关系 65
5.4.1 信号量 65
5.4.2 二值信号量 66
5.4.3 计数信号量 66
5.4.4 信号量的实现 67
5.4.5 死锁与饥饿 68
5.5 经典同步问题 68
5.5.1 最简单的同步问题 68
5.5.2 生产者-消费者问题 69
5.5.3 苹果桔子问题 70
5.5.4 哲学家进餐问题 71
5.6 Reading Materials 72
5.6.1 Overview 72
5.6.2 Mutual Exclusion 72
5.6.3 Critical Section 73
5.6.4 Mutex VS Semaphore 73
5.7 实验5 并发线程互斥同步 74
第6章 死锁 80
6.1 定义 80
6.2 死锁特征 80
6.3 资源分配图 81
6.4 死锁的防止 82
6.5 死锁的避免 83
6.5.1 安全状态 83
6.5.2 银行家算法 84
6.6 死锁的检测和恢复 86
6.6.1 死锁的检测 86
6.6.2 死锁的恢复 86
6.7 Reading Materials 87
6.7.1 Overview 87
6.7.2 Dijkstra Biography 88
第7章 内存管理 90
7.1 概述 90
7.1.1 基本概念 90
7.1.2 基本硬件 91
7.1.3 逻辑地址和物理地址 92
7.1.4 地址转换 92
7.2 连续内存分配 95
7.2.1 固定分区分配 95
7.2.2 可变分区分配 96
7.2.3 碎片 97
7.3 分段 98
7.3.1 基本方法 98
7.3.2 实现原理 99
7.4 分页 101
7.4.1 基本方法 101
7.4.2 地址转换 101
7.4.3 快表 103
7.4.4 多级页表 105
7.5 虚拟内存 106
7.5.1 缓存与局部性原理 106
7.5.2 虚拟内存 107
7.5.3 请求调页 108
7.5.4 页面置换算法 110
7.5.5 系统抖动 112
7.6 Reading Materials 113
7.6.1 Overview 113
7.6.2 Virtual Memory 116
7.6.3 Segmented Virtual Memory 116
7.7 实验6 进程内存空间 117
第8章 外存管理 124
8.1 磁盘结构 124
8.1.1 硬件结构 124
8.1.2 格式化 125
8.2 磁盘调度 125
8.2.1 磁盘性能指标 125
8.2.2 FCFS调度 126
8.2.3 SSTF调度 126
8.2.4 SCAN调度 127
8.2.5 C-SCAN调度 128
8.2.6 LOOK调度 128
8.2.7 调度算法选择 129
8.3 RAID结构 130
8.3.1 概述 130
8.3.2 RAID级别 130
8.4 Reading Materials 133
第9章 文件管理 135
9.1 概述 135
9.2 文件 135
9.2.1 文件类型 136
9.2.2 文件属性 136
9.3 存取方法 137
9.3.1 顺序存取 137
9.3.2 直接存取 137
9.4 目录 137
9.4.1 基本概念 137
9.4.2 文件控制块 138
9.4.3 单级目录 139
9.4.4 两级目录 139
9.4.5 树形目录 140
9.4.6 UFS的目录实现 141
9.5 分配方法 141
9.5.1 连续分配 142
9.5.2 链接分配 142
9.5.3 索引分配 143
9.6 空闲空间管理 145
9.6.1 位图法 145
9.6.2 空闲链表法 145
9.7 Reading Materials 146
9.7.1 Overview 146
9.7.2 Inode 148
9.7.3 Ext4 149
9.8 实验7 Linux文件系统 152
9.8.1 实验说明 152
9.8.2 磁盘高级格式化 152
9.8.3 Linux文件系统操作 160
第10章 I/O系统 163
10.1 概述 163
10.2 I/O硬件 163
10.2.1 硬件原理 163
10.2.2 轮询 164
10.2.3 中断 165
10.2.4 DMA 166
10.3 内核I/O结构 167
10.4 内核I/O子系统 168
10.4.1 I/O调度 168
10.4.2 缓冲区 168
10.4.3 缓存 169
10.4.4 假脱机 169
10.5 Reading Materials 170
10.5.1 Overview 170
10.5.2 I/O Channel 171
10.5.3 The Buffer Cache 172
10.6 实验8 Linux驱动实验 174
参考文献 175
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