操作系统
定 价:66 元
丛书名:普通高校本科计算机专业特色教材
本书以操作系统功能为主线,系统介绍操作系统的基本概念、原理和设计技术,详细阐述操作系统的资源管理方法,内容涵盖处理器管理、存储管理、设备管理和文件管理四大核心功能,深入浅出地分析每个功能的基本原理、方法和设计技术。本书在每章结束安排了阅读材料,介绍我国计算机领域重要或代表性研究成果,让读者在学习专业知识的同时,了解我国在计算机领域的辉煌成就,激发读者的爱国热情和创新精神。本书结构清晰、内容全面、深入浅出,可以作为计算机类专业操作系统课程的教材,也可以作为参加全国硕士研究生招生考试的复习用书。
前言
在当今信息技术飞速发展的时代,操作系统已成为计算机系统的核心与基石,是计算机系统资源的管理者和服务的提供者,其重要性不言而喻。无论是计算机、智能手机,还是云计算平台、物联网设备,操作系统的设计与实现都直接影响着计算资源的利用效率、系统的安全稳定以及用户的最终体验。“操作系统”是计算机及相关专业的重要基础课程,同时也是计算机行业的工程技术人员必须深入了解的基础知识。这本《操作系统》教材的编写,旨在为计算机及相关专业学生提供系统、全面而又紧跟时代发展的操作系统知识体系。
为了更好地学习和透彻理解计算机系统的运作过程及操作系统的基本原理,本书在撰写过程中,通过吸收多年来本教学团队操作系统的教学经验和相关科学研究的最新成果,在内容编排上既注重操作系统的经典内容,又力求将操作系统新概念、新技术和前沿技术实践应用尽快、准确、全面地组织到教材中。因此,在教材编写过程中,我们强调要使读者不仅能理解操作系统的核心概念、工作原理、功能及设计技术,更能掌握基于所学操作系统知识解决实际系统问题的能力,以适应计算机科学技术飞速发展的形势和社会用人单位对计算机教学内容要求改革的迫切需求。
本书以操作系统功能为主线,系统介绍操作系统的基本概念、原理和设计技术,内容主要涵盖处理器管理、存储管理、设备管理和文件管理四大核心功能,深入浅出地分析每个功能的基本原理、方法、设计技术及其相关应用。每章均配有丰富的习题,帮助读者巩固所学知识并培养解决实际应用问题的能力。同时在每章的结尾安排了阅读材料,介绍我国计算机领域重要或代表性的研究成果,让读者在学习专业知识的同时,了解我国在计算机领域的辉煌成就,激发读者的爱国热情和创新精神。因此,本书具有理论与实践结合、循序渐进的学习路径、丰富的学习资源以及广泛的课程视野拓展等特点,适合课堂教学和自学使用。
本书由丁卫平、戴树贵、章雅娟、黄嘉爽、姜舒、张志祥、朱颖等编写,具体编写分工如下: 第1章由丁卫平编写,第2章由姜舒编写,第3章由张志祥编写,第4章由黄嘉爽编写,第5~7章由戴树贵编写,第8章由章雅娟编写,相关阅读材料由朱颖编写。在本书的编写过程中,编者参阅了大量国内外优秀教材、最新研究成果以及部分互联网上的技术资料,力求内容准确性和前沿性,但由于篇幅所限,恕不能一一列出,在此一并表示感谢!
本书的编写得到了江苏高校品牌专业建设工程三期项目(南通大学计算机科学与技术专业)、江苏省级人工智能学院建设项目给予的经费资助,在出版过程中得到清华大学出版社的支持和帮助,在此表示衷心的感谢!
由于编者水平有限,书中难免有疏漏与不妥之处,恳请同行和读者批评指正,以便我们改进、完善本书,谢谢!
编者2026年1月
目录
第1章操作系统概述1
1.1计算机系统组织1
1.1.1计算机系统的组成1
1.1.2计算机硬件2
1.1.3计算机软件2
1.2操作系统的基本概念3
1.2.1操作系统的地位3
1.2.2操作系统的目标4
1.2.3操作系统的特征4
1.2.4操作系统的资源管理5
1.2.5操作系统的功能6
1.2.6操作系统的接口8
1.3操作系统的发展及分类10
1.3.1操作系统的发展历史10
1.3.2操作系统的基本类型12
1.3.3操作系统的进一步发展13
1.4程序运行环境14
1.4.1CPU运行模式14
1.4.2中断和异常的处理15
1.5操作系统的结构16
1.5.1分层16
1.5.2模块化17
1.5.3宏内核18
1.5.4微内核19
1.5.5外核21
1.6操作系统的引导22
1.6.1引导过程22
1.6.2引导方式23操作系统目录
1.6.3引导的安全性23
1.7虚拟机24
1.8小结25
习题126
拓展阅读国产操作系统发展历程30第2章处理器管理35
2.1进程35
2.1.1进程的基本概念35
2.1.2进程的状态与转换36
2.1.3进程映像及进程上下文39
2.1.4进程控制41
2.2处理器调度43
2.2.1处理器调度概述43
2.2.2作业管理机制46
2.2.3切换机制48
2.2.4单处理器调度算法50
2.2.5多处理器调度58
2.3进程通信60
2.3.1信号61
2.3.2共享内存62
2.3.3管道64
2.3.4消息传递66
2.4线程68
2.4.1线程的基本概念68
2.4.2线程的状态与转换69
2.4.3线程的实现69
2.4.4线程的组织与控制72
2.5小结73
习题274
拓展阅读国产处理器的自主创新之路与时代使命84第3章进程同步91
3.1同步与互斥的基本概念91
3.1.1程序顺序执行91
3.1.2程序并发执行93
3.1.3进程同步94
3.1.4临界区与临界资源95
3.2基本实现方法96
3.2.1软件方法96
3.2.2硬件方法98
3.3信号量机制100
3.3.1信号量100
3.3.2信号量的应用101
3.4经典同步问题103
3.4.1生产者?消费者问题103
3.4.2哲学家进餐问题105
3.4.3读者?写者问题107
3.4.4睡眠理发师问题109
3.5管程110
3.5.1管程的概念110
3.5.2管程在进程同步中的应用112
3.6小结114
习题3116
拓展阅读龙芯为“中国芯”铸魂的十年长征127第4章死锁131
4.1死锁概述131
4.1.1死锁的定义131
4.1.2死锁的根本原因132
4.1.3死锁的危害133
4.1.4死锁的必要条件134
4.1.5资源分配图134
4.2死锁的处理策略135
4.2.1鸵鸟策略135
4.2.2死锁预防135
4.2.3死锁避免136
4.2.4死锁检测与解除144
4.3小结147
习题4147
拓展阅读RISC?V架构在中国的自主创新之路154第5章存储管理159
5.1存储管理基础159
5.1.1存储管理的基本概念159
5.1.2存储管理的功能161
5.1.3程序的链接与装入162
5.1.4程序运行时的内存映像与地址空间163
5.2连续存储管理163
5.2.1单一连续分区163
5.2.2固定分区164
5.2.3可变分区166
5.2.4伙伴系统171
5.2.5解决内存不足的技术173
5.3分页存储管理175
5.3.1分页存储管理的基本原理175
5.3.2快表180
5.3.3多级页表182
5.3.4倒置页表182
5.4分段存储管理184
5.5段页式存储管理186
5.6小结187
习题5189
拓展阅读国产存储器的自主创新之路199第6章虚拟存储203
6.1虚拟存储的基本原理203
6.2请求分页的存储管理205
6.2.1请求分页的基本概念205
6.2.2请求分页的基本原理206
6.3请求分页存储管理性能的影响因素208
6.3.1页面大小208
6.3.2页面装入和清除策略210
6.3.3页框分配和页面替换策略211
6.3.4页面交换区213
6.3.5写时复制214
6.3.6内存映射文件214
6.4页面替换算法215
6.4.1缺页率的影响因素215
6.4.2经典页面替换算法217
6.4.3局部页面替换算法223
6.5请求分段存储管理225
6.6请求段页式存储管理227
6.7小结228
习题6229
拓展阅读国产超算的自主创新征程244第7章设备管理247
7.1设备管理概述247
7.1.1设备管理的功能247
7.1.2设备的分类247
7.2I/O硬件248
7.2.1设备控制器248
7.2.2I/O端口250
7.2.3I/O控制方式251
7.3I/O软件254
7.3.1用户层软件254
7.3.2设备独立性软件255
7.3.3设备驱动程序255
7.3.4中断处理程序256
7.3.5I/O应用程序接口257
7.4缓冲区管理258
7.4.1缓冲的引入259
7.4.2缓冲区的设置259
7.4.3磁盘高速缓存262
7.5设备分配与回收263
7.5.1设备分配中的数据结构263
7.5.2设备分配的影响因素264
7.5.3设备分配流程265
7.5.4SPOOLing技术266
7.6外存管理268
7.6.1磁盘管理268
7.6.2提高磁盘I/O速度的方法278
7.6.3固态硬盘279
7.6.4独立磁盘冗余阵列281
7.7小结284
习题7285
拓展阅读在“缺芯少屏”的峡谷上架起“中国桥”293第8章文件管理297
8.1文件管理概述297
8.1.1文件的基本概念297
8.1.2文件的分类299
8.2文件目录300
8.2.1文件目录和目录文件300
8.2.2文件目录的组织302
8.2.3文件检索304
8.2.4目录操作305
8.2.5硬链接和软链接306
8.3文件操作307
8.3.1打开或创建文件308
8.3.2文件读取310
8.3.3文件写入311
8.3.4文件关闭311
8.4文件共享、保护与保密312
8.5文件结构313
8.5.1文件逻辑结构313
8.5.2文件物理结构314
8.6文件系统318
8.6.1文件系统的层次结构318
8.6.2文件系统的外存与内存结构319
8.6.3外存空闲空间管理方法321
8.6.4虚拟文件系统323
8.6.5文件系统挂载324
8.7小结325
习题8326
拓展阅读鸿蒙操作系统的自主创新之路334参考文献338
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