计算机操作系统

获奖情况：青海省精品课程配套教材

配套资源：电子课件、研究生入学考试用书

本书特色：

★在详细阐述每章内容的同时，给出操作系统原理知识的思维导图总图和每章的思维导图。

★在每章结尾的考题解析部分，对全国计算机专业硕士研究生入学考试和计算机等级考试四级考试的部分题目进行了解析。

★本书可作为全国计算机相关专业硕士研究生入学考试的考试用书。

本书全面详细地介绍操作系统原理和相关算法。全书共分8章，内容包括操作系统的基本概念、进程管理、处理机调度、死锁、存储管理、设备管理、文件系统和经典算法模拟，覆盖了全国研究生考试操作系统课程考试大纲的主要内容。
　　本书从适用教学和学习的角度，在详细阐述每章内容的同时，给出操作系统原理知识的思维导图总图和每章的思维导图，力求使读者能够直观地认识到每部分知识在整个体系中的位置，同时通过大量实例、考题解析和独立成章的经典算法模拟等手段，让读者深入理解和掌握操作系统的理论和算法。
　　本书既可作为高等学校计算机类专业的本科生教材或考研复习和辅导用书，同时可作为计算机专业和从事相关工作技术人员的参考书。
　　本书配套授课电子课件，需要的教师可登录www.cmpedu.com免费注册、审核通过后下载，或联系编辑索取（微信：15910938545，QQ：2850823885，email：[email protected]，电话：010-88379739）另外，为方便任课教师进行交流，提供本科计算机教师QQ交流群：158665100，欢迎加入！CAD/CAM/CAE教师交流群：329622498

本书受到国家自然基金项目（61363080）和中央财政支持地方高校专项资金项目（06103）的资助。

第1章操作系统引论
　1.1操作系统概念
　1.2操作系统的发展阶段
　1.2.1手工操作阶段
　1.2.2单道批处理系统
　1.2.3多道批处理系统
　1.2.4分时操作系统
　1.2.5实时操作系统
　1.2.6通用系统
　1.2.7操作系统的基本类型
　1.3操作系统的特性
　1.3.1并发性
　1.3.2共享性
　1.3.3虚拟性
　1.3.4异步性
　1.4操作系统功能
　1.4.1操作系统功能概念
　1.4.2操作系统的设计过程
　1.4.3操作系统的设计目标
　1.5有关操作系统的研究
　1.6本章小结
　1.6.1思维导图
　1.6.2名词解释
　1.6.3概念辨析
　1.6.4考题解析
第2章进程管理
　2.1进程的基本概念
　2.1.1程序的顺序执行及特征
　2.1.2前趋图
　2.1.3程序的并发执行及其特征
　2.1.4进程的特征与状态
　2.1.5进程控制块
　2.2进程控制
　2.2.1进程的创建
　2.2.2进程的终止
　2.2.3进程的阻塞与唤醒
　2.2.4进程的挂起和激活
　2.3进程互斥
　2.3.1与时间有关的错误
　2.3.2互斥的概念
　2.3.3互斥的加锁实现
　2.4进程同步
　2.4.1同步.
　2.4.2同步的例子：流水作业
　2.4.3信号量机制
　2.5经典进程的同步问题
　2.5.1生产者—消费者问题
　2.5.2读者—写者问题
　2.5.3哲学家进餐问题
　2.6管程机制
　2.6.1管程的引入
　2.6.2管程的基本概念
　2.6.3利用管程解决PC问题
　2.7进程通信
　2.7.1进程的通信类型
　XT2.FBD2.7.2消息传递系统的实现方法
　2.7.3消息传递系统实现中的若干
　问题
　2.7.4消息缓冲队列的通信机制
　2.8线程
　2.8.1线程的概念
　2.8.2线程的执行特性
　2.8.3线程的分类
　2.8.4不同平台的线程
　2.9本章小结
　2.9.1思维导图
　2.9.2名词解释
　2.9.3概念辨析
　2.9.4考题解析
第3章处理机调度
　3.1处理机调度概述
　3.2选择调度方式和调度算法的
　准则
　3.2.1面向用户的准则
　3.2.2面向系统的准则
　3.2.3**准则
　3.3调度的层次
　3.3.1高级调度
　3.3.2低级调度
　3.3.3中级调度
　3.4调度算法
　3.4.1基本概念
　3.4.2先来先服务算法
　3.4.3短进程/作业优先算法
　3.4.4**响应比优先算法
　3.4.5**优先数算法
　3.4.6基于时间片的轮转调度算法
　3.4.7*短剩余时间优先算法
　3.4.8多级反馈排队算法
　3.5实时调度
　3.5.1实时调度策略
　3.5.2实时调度算法
　3.6本章小结
　3.6.1思维导图
　3.6.2名词解释
　3.6.3概念辨析
　3.6.4考题解析
第4章死锁
　4.1基本概念
　4.1.1死锁的概念.
　4.1.2死锁的起因
　4.1.3产生死锁的必要条件
　4.2处理死锁的基本方法
　4.2.1预防死锁的方法
　4.2.2死锁的避免
　4.2.3死锁的检测和恢复
　4.3鸵鸟算法
　4.4银行家算法
　4.4.1系统安全状态
　4.4.2银行家算法原型
　4.4.3银行家算法原理
　4.4.4银行家算法中的数据结构
　4.4.5银行家算法描述
　4.4.6安全性算法
　4.5死锁检测与解除
　4.5.1死锁的检测
　4.5.2进程—资源有向图
　4.5.3死锁的解除
　4.6本章小结
　4.6.1思维导图
　4.6.2名词解释
　4.6.3概念辨析
　4.6.4考题解析
第5章存储管理
　5.1程序的装入和链接
　5.1.1程序的装入
　5.1.2程序的链接
　5.2连续分配方式
　5.2.1单一连续分配方式
　5.2.2固定分区方式
　5.2.3动态分区
　XT3.FBD5.2.4可重定位分区分配
　5.3基本分页存储管理
　5.3.1离散存储概述
　5.3.2页面和页表
　5.3.3地址变换机构.
　5.3.4两级和多级页表.
　5.3.5相关技术发展
　5.4基本分段存储管理
　5.4.1分段存储概述
　5.4.2分段系统的基本原理
　5.5段页式存储管理.
　5.6虚拟存储器
　5.6.1虚拟内存的引入
　5.6.2虚拟存储器的实现方法
　5.6.3虚拟存储器的特征
　5.7请求分页存储管理.
　5.7.1页表机制
　5.7.2缺页中断机构
　5.7.3地址变换机构
　5.7.4内存分配策略和分配算法
　5.7.5调页策略
　5.7.6对换技术
　5.8页面置换算法
　5.8.1**置换算法和先进先出置换
　算法
　5.8.2*近*久未使用（LRU）
　算法
　5.9本章小结
　5.9.1思维导图
　5.9.2名词解释
　5.9.3概念辨析
　5.9.4考题解析
第6章设备管理
　6.1I/O系统
　6.1.1I/O设备
　6.1.2设备控制器
　6.1.3I/O通道.
　6.1.4总线结构
　6.2I/O控制方式
　6.2.1程序I/O方式.
　6.2.2中断驱动I/O控制方式.
　6.2.3直接存储器访问DMA控制
　方式.
　6.2.4I/O通道控制方式.
　6.3缓冲管理
　6.3.1缓冲解决的问题.
　6.3.2单缓冲
　6.3.3双缓冲
　6.3.4循环缓冲.
　6.3.5缓冲池.
　6.4设备分配
　6.4.1设备分配中的数据结构.
　6.4.2设备分配时应考虑的若干
　因素
　6.4.3设备独立性
　6.4.4独占设备的分配程序.
　6.4.5SPOOLing技术.
　6.5设备处理
　6.5.1设备驱动程序的概念
　6.5.2设备驱动程序的功能
　6.5.3设备驱动程序的处理过程
　6.5.4中断处理程序的处理过程
　6.6磁盘存储器管理
　6.6.1数据的组织和格式
　6.6.2磁盘I/O访问时间的组成.
　XT4.FBD6.6.3磁盘I/O调度策略.
　6.6.4磁盘高速缓存
　6.6.5固态硬盘
　6.7廉价磁盘冗余阵列
　6.8本章小结
　6.8.1思维导图
　6.8.2名词解释
　6.8.3概念辨析
　6.8.4考题解析
第7章文件系统
　7.1文件管理和文件系统
　7.1.1引入文件管理的原因
　7.1.2文件管理的目的
　7.1.3文件系统的基本概念
　7.2文件的逻辑结构
　7.2.1文件逻辑结构的类型
　7.2.2顺序文件
　7.2.3索引文件
　7.2.4索引顺序文件
　7.2.5直接文件和哈希文件
　7.3外存分配方式
　7.3.1连续分配
　7.3.2链接分配
　7.3.3索引文件
　7.3.4有结构文件的比较
　7.4目录管理
　7.4.1文件控制块和索引结点
　7.4.2目录结构
　7.4.3目录查询技术
　7.5空闲存储空间的管理
　7.5.1空闲表法和空闲链表法
　7.5.2位示图法
　7.5.3成组链接法
　7.6文件共享与保护
　7.6.1基于索引结点的共享方式
　7.6.2利用符号链实现文件共享
　7.6.3磁盘容错技术
　7.7数据一致性控制
　7.7.1事务
　7.7.2检查点
　7.7.3并发控制
　7.8本章小结
　7.8.1思维导图
　7.8.2名词解释
　7.8.3概念辨析
　7.8.4考题解析
第8章经典算法模拟实验
　8.1生产者—消费者算法模拟
　8.1.1实验环境
　8.1.2实验目的
　8.1.3实验内容
　XT5.FBD8.2银行家算法模拟
　8.2.1实验环境
　8.2.2实验目的
　8.2.3实验内容
　8.3内存分配和回收算法
　8.3.1实验环境
　8.3.2实验目的
　8.3.3实验内容
　8.4近久未使用（LRU）算法
　8.4.1实验环境
　8.4.2实验目的
　8.4.3实验内容
　8.5磁盘调度算法
　8.5.1实验环境
　8.5.2实验目的
　8.5.3实验内容
　参考文献

前言操作系统是*重要、*核心的系统软件，在计算机系统中起到管理和控制计算机的所有软硬件资源的作用，同时又是用户使用计算机的平台。操作系统课程在计算机科学与技术一级学科课程体系中具有突出的、不可替代的地位，该地位是由操作系统软件在计算机系统中所占的地位决定的。计算机操作系统课程是计算机科学与技术等计算机相关学科中*基础、*核心的专业主干课程之一，在计算机科学与技术一级学科的课程体系中起到提纲挈领、统筹全局的作用，是建立各门课程之间联系的纽带。学好操作系统课程，是宏观理解和把握整个学科的重点、学科中各课程之间关系的保障。整个课程体系中的一门门软硬件课程是点亮学科殿堂的一颗颗珍珠，操作系统则是将这些珍珠串成项链的线。通过掌握操作系统知识，理解计算机的工作原理，可以培养学生的计算思维能力，以计算思维的角度来看待和学习操作系统的内容。这是编者努力完成本书的目的之一。
同时，操作系统课程是全国计算机相关专业硕士研究生入学考试的专业课程之一。以本教材为教学用书，以配套教学资源为辅助，能够为学习操作系统原理课程的学习者活学活用操作系统知识提供帮助。
基于此，本书内容组织如下：第1章操作系统引论，讲述操作系统的概念、发展阶段、特性、功能和有关操作系统的研究。第2章进程管理，讲述进程的基本概念、进程控制、进程互斥、进程同步、经典进程的同步问题、管程机制、进程通信和线程。第3章处理机调度，讲述处理机调度概念、调度方式和7种调度算法。第4章死锁，讲述死锁的概念、处理死锁的基本方法、鸵鸟算法和银行家算法、死锁检测和解除。第5章存储管理，讲述内存的连续分配方式和离散分配方式，以及对应于两类分配方式的经典算法，第6章设备管理，讲述I/O系统、I/O控制方式、缓冲管理、设备分配、设备处理、磁盘存储器管理和廉价磁盘冗余阵列。第7章文件系统，讲述文件系统的概念、逻辑结构、物理结构、目录、空闲存储空间的管理等。第8章经典算法模拟，讲述操作系统中涉及的生产者—消费者问题、银行家算法模拟、内存分配和回收算法、*近*久未使用（LRU）算法、磁盘调度算法等经典算法。
为了能够使学习者更加清晰地把握本教材和每章的知识脉络，在章尾给出了本章的思维导图。期望学习者在学习的过程中能够借助于思维导图更好地学习每一章的知识。在每章结尾的考题解析部分对全国计算机专业硕士研究生入学考试和计算机等级考试四级考试的部分题目进行了解析，可以作为练习和作业完成，希望能帮助学习者对本部分知识有深入的认识和深层次的掌握。
本书第1-4章，第8章8 1节和8 2节由王之仓编写，第5-7章，第8章8 3-8 5节由俞惠芳编写。机械工业出版社为本书的编辑出版做了大量工作，表示衷心感谢。宫海燕、谢瑞丽、刘月、王丽娟等同学在编写过程中进行了大量而细致的校对工作，一并表示感谢。
在本教材的编写过程中，阅读并借鉴了大量的文献资料，在参考文献中做了说明。如果不慎遗漏，我们表示万分歉意，并请来电说明。我们会在后续的改进工作中一并写入。
本书受到青海师范大学计算机科学与技术学科和重点实验室建设项目资助。
本书受到国家自然基金项目（61363080）和中央财政支持地方高校专项资金项目（06103）的资助。
由于编者学识有限，对于书中出现的错漏不足之处，敬请本书使用者批评、指正。同时，真诚欢迎本书使用者提出对本书结构和内容上的建设性意见。联系邮箱是zhcwang@qq com。教学网站网址是http://jsj qhnu edu cn:86，教学论坛网址是http://jsj qhnu edu cn:86/bbs。欢迎本书使用者访问并交流。我们会继续完善和提升本书及配套资料的建设，您的建议将是我们前进的方向和动力，我们会及时做出答复和改进。