操作系统原理

内容简介

本书是一本为高等学校师生编写的教材，讲述了当代操作系统的基本原理，全书由7章组成，详细介绍了进程的概念、进程间通信、线程、信号量、消息传递、处理机调度、存储管理、输入/输出设备管理、文件系统等。考虑到实验教学的要求，本书安排了Linux操作系统的一些实例，还配有丰富的习题以及习题答案。
　　本书可作为高等学校计算机技术、软件工程、网络工程专业学生的教材，也可供相关技术人员参考。

目录

第1章　计算机系统概述
1.1计算机硬件结构
1.1.1基本构成
1.1.2处理器
1.1.3存储设备
1.1.4I/O结构
1.2操作系统的概念
1.2.1操作系统的定义与地位
1.2.2如何理解操作系统
1.2.3操作系统的特征
1.2.4操作系统的功能
1.3操作系统的发展和分类
1.3.1操作系统的发展
1.3.2操作系统的分类
1.4操作系统的结构
1.4.1简单模块组合结构
1.4.2层次结构
1.4.3微内核结构
1.5UNIX操作系统
1.5.1UNIX操作系统的历史
1.5.2UNIX操作系统的结构
1.6Linux操作系统
1.6.1Linux操作系统的历史
1.6.2Linux操作系统的特点
1.6.3Linux操作系统的结构
1.7Windows操作系统
1.7.1Windows操作系统的历史
1.7.2Windows操作系统的结构
1.7.3Windows 2000/XP的特点
本章　小结
习题1
第2章　进程与线程
2.1进程的概念
2.1.1多道程序设计
2.1.2进程的概念
2.2进程的状态与转换
2.2.1进程的状态
2.2.2进程状态的转换
2.3进程的描述与控制
2.3.1进程的描述
2.3.2进程的控制
2.4进程的组织
2.4.1进程的组成
2.4.2PCB的组织方式
2.5进程的通信
2.5.1共享存储器系统
2.5.2消息传递系统
2.5.3管道通信
2.6线程
 2.6.1线程的概念
2.6.2线程与进程的比较
2.6.3线程的实现与模型
2.7Linux系统中的进程
2.7.1Linux中进程的概念
2.7.2Linux的进程控制
2.7.3Linux中进程的通信
本章　小结
习题2
第3章　处理机调度
3.1调度类型
3.2进程调度
3.2.1引起进程调度的原因
3.2.2进程调度的方式
3.3调度准则
3.4调度算法
3.4.1先来先服务法
3.4.2短作业优先法
3.4.3剩余时间优先法
3.4.4高响应比优先法
3.4.5优先级调度
3.4.6时间片轮转法
3.4.7多级队列法
3.4.8多级反馈队列法
3.5线程调度
3.6多处理器调度
3.7实时调度
3.7.1实时任务类型
3.7.2实时调度算法
3.8Linux系统进程调度
3.8.1Linux的进程调度
3.8.2Linux进程调度时机
3.8.3Linux进程调度策略
本章　小结
习题3
第4章　进程同步与死锁
4.1进程同步的基本概念
4.1.1并发性
4.1.2与时间有关的错误
4.1.3进程的同步与互斥
4.1.4临界资源和临界区
4.2互斥实现方法
4.2.1硬件方法
4.2.2软件方法
4.3信号量
4.3.1整型信号量机制
4.3.2记录型信号量机制
4.3.3AND型信号量机制
4.4经典的进程同步问题
4.4.1生产者?消费者问题
4.4.2读者?写者问题
4.4.3哲学家进餐问题
4.4.4打瞌睡的理发师问题
4.5管程
4.5.1使用信号的管程
4.5.2使用通知和广播的管程
4.6死锁
4.6.1死锁的概念
4.6.2死锁的处理策略
4.6.3死锁的与避免
4.6.4死锁的检测与恢复
4.6.5处理死锁的综合方式
4.7Linux系统的进程同步和死锁
本章　小结
习题4
第5章　存储管理
5.1存储管理的概念
5.1.1地址空间
5.1.2程序装入与链接
5.1.3重定位
5.2内存管理
5.2.1固定分区
5.2.2动态分区
5.2.3覆盖和交换技术
5.2.4分页存储管理
5.2.5分段存储管理
5.2.6段页式存储管理
5.3虚拟存储器管理
5.3.1虚拟存储的概念
5.3.2虚拟页式存储管理
5.3.3虚拟段式存储管理
5.3.4虚拟段页式存储管理
5.4页面置换算法
5.4.1页面置换算法
5.4.2使用页面置换算法
5.4.3先出页面置换算法
5.4.4时钟页面置换算法
5.4.5抖动和工作集
5.4.6局部分配策略和全局分配策

摘要与插图

2.交换技术
　　在多道程序环境下，一方面，内存中的某些进程会由于某事件尚未发生而被阻塞运行，但它们占用了大量的内存空间，甚至有时可能出现在内存中所有进程都被阻塞而迫使CPU停止下来等待的情况；另一方面，许多作业却又在外存上等待，因无法得到内存而不能运行。显然这对系统资源是一种严重的浪费，且使系统吞吐量下降。为了解决这一问题，在系统中又增设了交换设施。所谓“交换”，是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据，调出到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存。交换是提高内存利用率的有效措施。自从20世纪60年代初期出现“交换”技术后，它便引起了人们的重视，现在该技术已被广泛地应用于操作系统中。
　　如果交换是以整个进程为单位，便称为“整体交换”或“进程交换”。这种交换广泛地应用于分时系统中，其目的是用来解决内存紧张问题，并可进一步提高内存的利用率。而如果交换是以“页”或“段”为单位进行的，则分别称为“页交换”或“分段交换”，又统称为“部分交换”。这种交换方法是实现后面要讲到的请求分页和请求分段式存储管理的基础，其目的是为了支持虚拟存储系统。本节只介绍进程交换，而分页（段）交换将放在虚拟存储器一节中进行讨论。为了实现进程交换，系统必须能实现三方面的功能：交换空间的管理、进程的换出以及进程的换入。
　　1）交换空间的管理
　　在具有交换功能的操作系统中，通常把外存分为文件区和交换区。前者用于存放文件，后者用于存放从内存换出的进程。由于通常文件都是较长久地驻留在外存上，故对文件区管理的主要目标是提高文件存储空间的利用率，为此，对文件区采取离散分配方式。然而，进程在交换区中驻留的时间是短暂的，并且交换操作又较频繁，故对交换空间管理的主要目标是提高进程换入和换出的速度，为此，采取的是连续分配方式，较少考虑外存中的碎片问题。
　　为了能对交换区中的空闲盘块进行管理，在系统中应配置相应的数据结构，用以记录外存的使用情况。其形式与内存在动态分区分配方式中所用数据结构相似，即同样可以用空闲分区表或空闲分区链。在空闲分区表的每个表目中应包含两项，即交换区的地址及其大小，分别用盘块号和盘块数表示。
　　由于交换分区的分配采用连续分配方式，因而交换空间的分配与回收，与动态分区方式时的内存分配与回收方法类同，其分配算法可以是次适应算法、循环次适应算法或适应算法等。
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