操作系统教程与实验

第1篇  操作系统原理
第1章  操作系统概述    2
1.1  操作系统的定义及其功能    2
1.2  操作系统的分类    4
1.2.1  多道程序设计技术与批处理系统    5
1.2.2  分时操作系统    6
1.2.3  实时操作系统    6
1.2.4  网络操作系统    6
1.2.5  分布式操作系统    7
1.2.6  个人操作系统    7
1.3  操作系统的特性    7
1.3.1  并发性    7
1.3.2  共享性    7
1.3.3  不确定性    8
1.3.4  虚拟性    8
1.4  操作系统的性能评价    8
1.5  操作系统的逻辑结构    9
1.5.1  模块化结构    9
1.5.2  层次化结构    9
1.5.3  虚拟机结构    9
1.5.4  客户/服务器结构    10
1.5.5  面向对象结构    10
1.6  支持操作系统的基本硬件结构    10
1.6.1  处理机的态    10
1.6.2  特权指令与处理机态的转换    10
1.6.3  时钟    11
1.6.4  中断机制    12
1.6.5  80386的寄存器组    16
1.6.6  80386的工作模式和特权级保护    20
习题1    24
第2章  用户界面    25
2.1  操作系统提供的用户界面    25
2.1.1  操作命令界面    25
2.1.2  系统调用界面    27
2.1.3  两种界面之间的关系    27
2.2  系统调用    27
2.2.1  系统调用的类型    27
2.2.2  系统调用的实现    28
2.2.3  系统调用与子程序调用的区别    29
2.3  Linux的系统调用    30
习题2    31
第3章  进程    32
3.1  进程的概念    32
3.1.1  多道程序并发执行    33
3.1.2  进程的定义    36
3.1.3  进程与程序的区别与联系    37
3.1.4  进程的类型    38
3.1.5  进程映像    38
3.1.6  进程状态及其变迁    43
3.2  进程控制    44
3.2.1  进程创建    45
3.2.2  进程撤销    51
3.2.3  进程睡眠    52
3.2.4  进程唤醒    53
3.3  进程同步与互斥    53
3.3.1  问题的提出    53
3.3.2  临界资源与临界区    54
3.3.3  互斥问题与同步问题    54
3.3.4  信号量及其P、V操作    56
3.3.5  用P、V操作实现进程同步与互斥    57
3.3.6  用P、V操作实现进程互斥与同步举例    57
3.3.7  管程的概念    67
3.4  Linux进程    68
3.4.1  Linux进程家族树    68
3.4.2  Linux中父进程等待子进程的同步    70
3.4.3  Linux中子进程映像的重新装入    73
3.5  线程    77
3.5.1  问题的提出    77
3.5.2  线程及其特征    78
3.5.3  线程的状态与线程控制块    79
3.5.4  线程的分类    79
3.5.5  线程与进程的关系    80
3.5.6  线程的优缺点    80
3.5.7  线程的适用范围    81
3.5.8  Linux线程的特点    82
3.5.9  线程举例    82
习题3    86
第4章  进程间通信    89
4.1  Linux软中断信号机制    89
4.1.1  软中断信号    89
4.1.2  软中断信号的使用方法    91
4.1.3  软中断信号的系统调用    92
4.1.4  应用举例    93
4.1.5  使用软中断实现父子进程同步    94
4.2  Linux管道通信    97
4.2.1  无名管道与命名管道    97
4.2.2  无名管道的实现方法    98
4.2.3  无名管道应用举例    100
*4.2.4  命名管道    101
4.3  Linux的IPC机制    101
4.4  Linux消息缓冲通信    103
4.4.1  消息缓冲通信概述    103
4.4.2  Linux消息缓冲通信的系统调用    107
4.4.3  消息缓冲通信应用举例    109
4.5  Linux共享内存通信    113
4.5.1  共享内存通信概述    113
4.5.2  共享内存通信的数据结构    113
4.5.3  共享内存通信的系统调用    114
4.5.4  共享内存通信实现方法    117
4.5.5  共享内存通信应用举例    118
4.6  几种通信方式小结    124
4.7  Linux信号量    124
4.7.1  Linux信号量的结构    124
4.7.2  有关信号量的系统调用函数    126
4.7.3  信号量及其P、V操作的实现    130
4.7.4  应用举例    131
习题4    143
第5章  资源分配与处理机调度    144
5.1  资源分配    144
5.2  死锁    144
5.2.1  死锁的概念    144
5.2.2  死锁的起因    145
5.2.3  产生死锁的必要条件    147
5.2.4  规避死锁的方法    147
5.3  处理机的多级调度    150
5.4  作业调度    151
5.4.1  作业的状态    151
5.4.2  作业控制块    152
5.4.3  作业调度目标与性能评价    152
5.4.4  调度算法    153
5.5  进程调度    156
5.5.1  进程上下文    156
5.5.2  进程调度的功能    157
5.5.3  进程调度的时机    158
5.5.4  进程调度策略    158
5.5.5  UNIX进程调度    159
习题5    162
第6章  内存管理    164
6.1  内存管理概述    165
6.1.1  计算机系统存储结构    165
6.1.2  操作系统内存管理与硬件系统的关系    165
6.1.3  操作系统内存管理的任务    166
6.2  分区内存管理    171
6.2.1  分区管理概述    171
6.2.2  动态分区的数据结构    173
6.2.3  动态分区的分配与回收    173
6.2.4  几种基本的放置策略    175
6.2.5  分区管理的虚拟存储的实现    177
6.2.6  碎片问题与拼接技术    177
6.3  分页内存管理    177
6.3.1  分页管理的基本原理    178
6.3.2  静态分页管理    180
6.3.3  请求分页管理与虚拟存储    181
6.3.4  请求分页的页表    182
6.3.5  请求分页管理的页面置换算法    182
6.3.6  抖动    184
6.3.7  分页管理的存储保护    185
6.3.8  快表    185
6.3.9  分页管理的优缺点    186
6.4  分段内存管理    186
6.4.1  段式管理的基本原理    187
6.4.2  分段管理的内存分配与回收    188
6.4.3  段的共享与保护    188
6.4.4  分段管理的优缺点    189
6.5  段页式内存管理    190
6.5.1  段页式管理中虚地址的构成    190
6.5.2  段表和页表    190
6.5.3  动态地址映射    191
6.6  UNIX的内存管理    191
6.6.1  UNIX内存管理概述    191
6.6.2  UNIX交换区及其管理    191
6.6.3  UNIX地址映射    193
6.6.4  UNIX请求分页的数据结构    194
6.6.5  UNIX的请求调页技术与页面错    196
6.6.6  UNIX的偷页进程    197
6.6.7  UNIX共享的实现    198
习题6    199
第7章  文件管理    200
7.1  文件管理概述    200
7.1.1  几个基本概念    200
7.1.2  文件的逻辑结构及其存取方式    203
7.1.3  文件的物理结构与存储设备    204
7.1.4  文件存储空间的管理    209
7.1.5  文件目录管理    210
7.1.6  文件完整性    218
7.1.7  文件操作    219
7.1.8  文件系统的层次模型    220
7.2  UNIX文件系统    221
7.2.1  UNIX文件系统的特点    221
7.2.2  UNIX文件i结点    222
7.2.3  UNIX文件的物理结构    222
7.2.4  UNIX文件目录结构    224
7.2.5  UNIX打开文件管理机构    224
7.2.6  UNIX存储空间的管理    228
习题7    232
第8章  设备管理    233
8.1  设备管理概述    233
8.1.1  设备的分类    234
8.1.2  设备管理的任务    234
8.1.3  设备独立性    234
8.1.4  缓冲技术    235
8.1.5  设备分配    236
8.1.6  输入输出控制    238
8.1.7  设备管理的数据结构    242
8.1.8  设备驱动程序    245
8.2  UNIX设备管理    245
8.2.1  UNIX块设备管理的数据结构    246
8.2.2  UNIX块设备缓冲区管理    248
8.2.3  UNIX设备驱动程序接口    257
*8.2.4  UNIX块设备驱动    259
*8.2.5  UNIX字符设备缓冲区管理    260
习题8    263
第2篇  Linux操作系统
第9章  Linux应用基础    266
9.1  Linux简介    266
9.1.1  UNIX的兴起    266
9.1.2  Linux的诞生    266
9.1.3  开源、自由和Linux    267
9.1.4  Linux操作系统的应用前景与未来    268
9.1.5  Linux操作系统的特点    269
9.1.6  Linux的发行版    270
9.1.7  Linux的应用软件    274
9.1.8  Linux资源    276
9.2  Linux的安装    277
9.2.1  Red Hat Linux 9的获得    277
9.2.2  计算机硬件准备    278
9.2.3  硬盘空间准备    279
9.2.4  安装方式选择    283
9.2.5  安装前配置    285
9.2.6  进行安装    297
9.2.7  安装后配置    298
9.2.8  安装完成    300
9.2.9  恢复被Windows破坏的GRUB引导程序    300
9.2.10  删除已安装的Red Hat Linux 9    301
9.3  Red Hat Linux的启动    302
9.3.1  Red Hat Linux启动菜单    302
9.3.2  系统登录、注销和关机    302
9.3.3  文本模式与图形模式的切换    306
9.4  Linux文本编辑器Vi的使用    307
9.4.1  执行与结束Vi    307
9.4.2  Vi的3种模式及相互切换    308
9.4.3  编辑模式下的操作    309
9.4.4  命令模式下的操作    311
9.5  Linux中的C语言编译器GCC的使用    312
9.5.1  使用GCC    313
9.5.2  GCC 选项    314
9.6  Linux主要目录介绍    315
9.6.1  Linux系统目录    315
9.6.2  /usr子目录    315
9.6.3  /etc子目录    316
9.6.4  /usr/src/linux子目录    316
第10章  Linux的操作命令界面与内核编译    317
10.1  Linux键盘命令    317
10.1.1  通配符    317
10.1.2  登录和退出Linux系统    318
10.1.3  目录操作    319
10.1.4  文件操作    322
10.1.5  时间和帮助    334
10.1.6  用户管理    335
10.1.7  磁盘管理    338
10.1.8  系统管理    340
10.2  Red Hat Linux图形界面基本操作    341
10.2.1  GNOME简介    341
10.2.2  GNOME的组成    341
10.2.3  GNOME的基本使用方法    342
10.2.4  GNOME与KDE互换    351
10.3  Linux批处理作业控制语言（shell编程）    352
10.3.1  制作并运行作业控制程序    352
10.3.2  作业控制语句    354
10.4  Linux系统模块的安装与连接    359
10.4.1  makefile模块之间的关系    359
10.4.2  make实现模块的编译连接    360
10.5  Linux中内核修改与内核重新编译    360
10.5.1  内核重新编译    360
10.5.2  在Linux内核中增加一个系统调用举例    361
第11章  Linux任务管理与内存管理    366
11.1  Linux任务管理    366
11.1.1  进程的数据结构    366
11.1.2  Linux进程状态及其变迁    373
11.1.3  Linux进程创建    374
11.1.4  Linux进程调度    375
11.2  80386体系结构提供的内存管理机制    382
11.2.1  80386 CPU提供的工作模式与地址映射机制    382
11.2.2  80386实模式下的地址映射    382
11.2.3  80386 CPU提供的保护模式    383
11.2.4  80386的cache    385
11.3  Linux地址映射与页表    385
11.3.1  Linux地址映射    385
11.3.2  Linux页数据结构    387
11.4  Linux内存管理    389
11.4.1  Linux用户进程虚拟地址空间    390
11.4.2  Linux的物理内存管理    395
11.4.3  Linux内存映射与缺页中断    403
11.4.4  Linux页交换    405
11.4.5  Linux内存分配策略和系统调用    407
第12章  Linux文件管理    410
12.1  Linux的ext2文件系统    411
12.1.1  ext2文件系统的主要特点    411
12.1.2  ext2文件系统的逻辑结构与物理结构    412
12.1.3  ext2文件系统对存储空间的管理    415
12.1.4  ext2文件目录与文件共享    420
12.2  Linux的虚拟文件系统VFS    422
12.2.1  VFS文件系统的主要功能    422
12.2.2  VFS的通用文件模型    423
12.3  进程与文件系统的关系    430
12.3.1  相关的数据结构    430
12.3.2  进程与文件系统的关系    431
12.4  VFS打开文件管理机构    431
12.4.1  VFS打开文件管理机构的组成    431
12.4.2  3个打开文件数据结构之间的关系    432
12.5  Linux文件系统的各种缓存    434
12.6  Linux文件系统调用    435
12.6.1  文件的打开和关闭    435
12.6.2  文件的读写    437
12.6.3  文件的随机存取    439
12.6.4  文件的保护和控制    440
12.6.5  目录文件管理    444
12.6.6  文件信息查询    446
第13章  Linux设备管理    447
13.1  Linux设备管理概述    447
13.1.1  Linux的设备分类    448
13.1.2  Linux的设备文件    449
13.1.3  设备驱动程序接口    451
13.1.4  块设备的设备文件接口    452
13.2  设备管理与注册    456
13.2.1  字符设备管理    456
13.2.2  块设备管理    459
13.3  块设备的请求队列与读写访问    464
13.3.1  Linux块设备的缓冲机制    464
13.3.2  块设备请求队列的相关数据结构    467
13.3.3  请求队列的初始化与清除    470
13.3.4  块设备读写请求提交过程    470
13.4  设备文件系统    471
13.4.1  devfs的基本概念    471
13.4.2  启用devfs    472
13.4.3  devfs的关键数据结构    473
13.4.4  devfs结点注册函数    476
13.5  设备驱动程序框架    478
13.5.1  设备驱动程序简介    478
13.5.2  设备驱动程序的注册与注销    479
13.5.3  设备的打开与释放    479
13.5.4  设备的读写操作    479
13.5.5  设备的控制操作    480
13.5.6  设备中断与循环查询处理    480
13.6  字符设备驱动程序实例分析    480
13.6.1  编写字符设备驱动程序mydriver.c    481
13.6.2  编译设备驱动模块mydriver    483
13.6.3  设备驱动模块mydriver的装载    483
13.6.4  创建字符设备文件mydriver    484
13.6.5  编写测试程序test.c    484
13.6.6  编译和执行测试程序    485
13.6.7  卸载驱动模块并删除字符设备文件    486
第3篇  实    验
实验1  Linux的安装    488
实验2-1  Linux的键盘命令    489
实验2-2  Linux的图形界面    492
实验2-3  Linux的批处理    493
实验3-1  Linux进程的创建与父子进程同步    495
实验3-2  Linux子进程映像的重新加载    497
实验4-1  Linux软中断通信    498
实验4-2  Linux管道通信    500
实验4-3  Linux消息缓冲通信    501
实验4-4  Linux共享存储通信    503
实验5  Linux信号量与P、V操作    505
实验6  动态申请内存    507
实验7  Linux文件系统调用    508
实验8  Linux字符设备驱动    509
实验9  在Linux中增加一个新的系统调用函数    510
实验10  网络聊天室的设计    511
参考文献    525
VIII
操作系统教程与实验
XV
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