操作系統(tǒng)教程與實驗

第1篇  操作系統(tǒng)原理
第1章  操作系統(tǒng)概述    2
1.1  操作系統(tǒng)的定義及其功能    2
1.2  操作系統(tǒng)的分類    4
1.2.1  多道程序設計技術與批處理系統(tǒng)    5
1.2.2  分時操作系統(tǒng)    6
1.2.3  實時操作系統(tǒng)    6
1.2.4  網(wǎng)絡操作系統(tǒng)    6
1.2.5  分布式操作系統(tǒng)    7
1.2.6  個人操作系統(tǒng)    7
1.3  操作系統(tǒng)的特性    7
1.3.1  并發(fā)性    7
1.3.2  共享性    7
1.3.3  不確定性    8
1.3.4  虛擬性    8
1.4  操作系統(tǒng)的性能評價    8
1.5  操作系統(tǒng)的邏輯結構    9
1.5.1  模塊化結構    9
1.5.2  層次化結構    9
1.5.3  虛擬機結構    9
1.5.4  客戶/服務器結構    10
1.5.5  面向對象結構    10
1.6  支持操作系統(tǒng)的基本硬件結構    10
1.6.1  處理機的態(tài)    10
1.6.2  特權指令與處理機態(tài)的轉換    10
1.6.3  時鐘    11
1.6.4  中斷機制    12
1.6.5  80386的寄存器組    16
1.6.6  80386的工作模式和特權級保護    20
習題1    24
第2章  用戶界面    25
2.1  操作系統(tǒng)提供的用戶界面    25
2.1.1  操作命令界面    25
2.1.2  系統(tǒng)調用界面    27
2.1.3  兩種界面之間的關系    27
2.2  系統(tǒng)調用    27
2.2.1  系統(tǒng)調用的類型    27
2.2.2  系統(tǒng)調用的實現(xiàn)    28
2.2.3  系統(tǒng)調用與子程序調用的區(qū)別    29
2.3  Linux的系統(tǒng)調用    30
習題2    31
第3章  進程    32
3.1  進程的概念    32
3.1.1  多道程序并發(fā)執(zhí)行    33
3.1.2  進程的定義    36
3.1.3  進程與程序的區(qū)別與聯(lián)系    37
3.1.4  進程的類型    38
3.1.5  進程映像    38
3.1.6  進程狀態(tài)及其變遷    43
3.2  進程控制    44
3.2.1  進程創(chuàng)建    45
3.2.2  進程撤銷    51
3.2.3  進程睡眠    52
3.2.4  進程喚醒    53
3.3  進程同步與互斥    53
3.3.1  問題的提出    53
3.3.2  臨界資源與臨界區(qū)    54
3.3.3  互斥問題與同步問題    54
3.3.4  信號量及其P、V操作    56
3.3.5  用P、V操作實現(xiàn)進程同步與互斥    57
3.3.6  用P、V操作實現(xiàn)進程互斥與同步舉例    57
3.3.7  管程的概念    67
3.4  Linux進程    68
3.4.1  Linux進程家族樹    68
3.4.2  Linux中父進程等待子進程的同步    70
3.4.3  Linux中子進程映像的重新裝入    73
3.5  線程    77
3.5.1  問題的提出    77
3.5.2  線程及其特征    78
3.5.3  線程的狀態(tài)與線程控制塊    79
3.5.4  線程的分類    79
3.5.5  線程與進程的關系    80
3.5.6  線程的優(yōu)缺點    80
3.5.7  線程的適用范圍    81
3.5.8  Linux線程的特點    82
3.5.9  線程舉例    82
習題3    86
第4章  進程間通信    89
4.1  Linux軟中斷信號機制    89
4.1.1  軟中斷信號    89
4.1.2  軟中斷信號的使用方法    91
4.1.3  軟中斷信號的系統(tǒng)調用    92
4.1.4  應用舉例    93
4.1.5  使用軟中斷實現(xiàn)父子進程同步    94
4.2  Linux管道通信    97
4.2.1  無名管道與命名管道    97
4.2.2  無名管道的實現(xiàn)方法    98
4.2.3  無名管道應用舉例    100
*4.2.4  命名管道    101
4.3  Linux的IPC機制    101
4.4  Linux消息緩沖通信    103
4.4.1  消息緩沖通信概述    103
4.4.2  Linux消息緩沖通信的系統(tǒng)調用    107
4.4.3  消息緩沖通信應用舉例    109
4.5  Linux共享內存通信    113
4.5.1  共享內存通信概述    113
4.5.2  共享內存通信的數(shù)據(jù)結構    113
4.5.3  共享內存通信的系統(tǒng)調用    114
4.5.4  共享內存通信實現(xiàn)方法    117
4.5.5  共享內存通信應用舉例    118
4.6  幾種通信方式小結    124
4.7  Linux信號量    124
4.7.1  Linux信號量的結構    124
4.7.2  有關信號量的系統(tǒng)調用函數(shù)    126
4.7.3  信號量及其P、V操作的實現(xiàn)    130
4.7.4  應用舉例    131
習題4    143
第5章  資源分配與處理機調度    144
5.1  資源分配    144
5.2  死鎖    144
5.2.1  死鎖的概念    144
5.2.2  死鎖的起因    145
5.2.3  產(chǎn)生死鎖的必要條件    147
5.2.4  規(guī)避死鎖的方法    147
5.3  處理機的多級調度    150
5.4  作業(yè)調度    151
5.4.1  作業(yè)的狀態(tài)    151
5.4.2  作業(yè)控制塊    152
5.4.3  作業(yè)調度目標與性能評價    152
5.4.4  調度算法    153
5.5  進程調度    156
5.5.1  進程上下文    156
5.5.2  進程調度的功能    157
5.5.3  進程調度的時機    158
5.5.4  進程調度策略    158
5.5.5  UNIX進程調度    159
習題5    162
第6章  內存管理    164
6.1  內存管理概述    165
6.1.1  計算機系統(tǒng)存儲結構    165
6.1.2  操作系統(tǒng)內存管理與硬件系統(tǒng)的關系    165
6.1.3  操作系統(tǒng)內存管理的任務    166
6.2  分區(qū)內存管理    171
6.2.1  分區(qū)管理概述    171
6.2.2  動態(tài)分區(qū)的數(shù)據(jù)結構    173
6.2.3  動態(tài)分區(qū)的分配與回收    173
6.2.4  幾種基本的放置策略    175
6.2.5  分區(qū)管理的虛擬存儲的實現(xiàn)    177
6.2.6  碎片問題與拼接技術    177
6.3  分頁內存管理    177
6.3.1  分頁管理的基本原理    178
6.3.2  靜態(tài)分頁管理    180
6.3.3  請求分頁管理與虛擬存儲    181
6.3.4  請求分頁的頁表    182
6.3.5  請求分頁管理的頁面置換算法    182
6.3.6  抖動    184
6.3.7  分頁管理的存儲保護    185
6.3.8  快表    185
6.3.9  分頁管理的優(yōu)缺點    186
6.4  分段內存管理    186
6.4.1  段式管理的基本原理    187
6.4.2  分段管理的內存分配與回收    188
6.4.3  段的共享與保護    188
6.4.4  分段管理的優(yōu)缺點    189
6.5  段頁式內存管理    190
6.5.1  段頁式管理中虛地址的構成    190
6.5.2  段表和頁表    190
6.5.3  動態(tài)地址映射    191
6.6  UNIX的內存管理    191
6.6.1  UNIX內存管理概述    191
6.6.2  UNIX交換區(qū)及其管理    191
6.6.3  UNIX地址映射    193
6.6.4  UNIX請求分頁的數(shù)據(jù)結構    194
6.6.5  UNIX的請求調頁技術與頁面錯    196
6.6.6  UNIX的偷頁進程    197
6.6.7  UNIX共享的實現(xiàn)    198
習題6    199
第7章  文件管理    200
7.1  文件管理概述    200
7.1.1  幾個基本概念    200
7.1.2  文件的邏輯結構及其存取方式    203
7.1.3  文件的物理結構與存儲設備    204
7.1.4  文件存儲空間的管理    209
7.1.5  文件目錄管理    210
7.1.6  文件完整性    218
7.1.7  文件操作    219
7.1.8  文件系統(tǒng)的層次模型    220
7.2  UNIX文件系統(tǒng)    221
7.2.1  UNIX文件系統(tǒng)的特點    221
7.2.2  UNIX文件i結點    222
7.2.3  UNIX文件的物理結構    222
7.2.4  UNIX文件目錄結構    224
7.2.5  UNIX打開文件管理機構    224
7.2.6  UNIX存儲空間的管理    228
習題7    232
第8章  設備管理    233
8.1  設備管理概述    233
8.1.1  設備的分類    234
8.1.2  設備管理的任務    234
8.1.3  設備獨立性    234
8.1.4  緩沖技術    235
8.1.5  設備分配    236
8.1.6  輸入輸出控制    238
8.1.7  設備管理的數(shù)據(jù)結構    242
8.1.8  設備驅動程序    245
8.2  UNIX設備管理    245
8.2.1  UNIX塊設備管理的數(shù)據(jù)結構    246
8.2.2  UNIX塊設備緩沖區(qū)管理    248
8.2.3  UNIX設備驅動程序接口    257
*8.2.4  UNIX塊設備驅動    259
*8.2.5  UNIX字符設備緩沖區(qū)管理    260
習題8    263
第2篇  Linux操作系統(tǒng)
第9章  Linux應用基礎    266
9.1  Linux簡介    266
9.1.1  UNIX的興起    266
9.1.2  Linux的誕生    266
9.1.3  開源、自由和Linux    267
9.1.4  Linux操作系統(tǒng)的應用前景與未來    268
9.1.5  Linux操作系統(tǒng)的特點    269
9.1.6  Linux的發(fā)行版    270
9.1.7  Linux的應用軟件    274
9.1.8  Linux資源    276
9.2  Linux的安裝    277
9.2.1  Red Hat Linux 9的獲得    277
9.2.2  計算機硬件準備    278
9.2.3  硬盤空間準備    279
9.2.4  安裝方式選擇    283
9.2.5  安裝前配置    285
9.2.6  進行安裝    297
9.2.7  安裝后配置    298
9.2.8  安裝完成    300
9.2.9  恢復被Windows破壞的GRUB引導程序    300
9.2.10  刪除已安裝的Red Hat Linux 9    301
9.3  Red Hat Linux的啟動    302
9.3.1  Red Hat Linux啟動菜單    302
9.3.2  系統(tǒng)登錄、注銷和關機    302
9.3.3  文本模式與圖形模式的切換    306
9.4  Linux文本編輯器Vi的使用    307
9.4.1  執(zhí)行與結束Vi    307
9.4.2  Vi的3種模式及相互切換    308
9.4.3  編輯模式下的操作    309
9.4.4  命令模式下的操作    311
9.5  Linux中的C語言編譯器GCC的使用    312
9.5.1  使用GCC    313
9.5.2  GCC 選項    314
9.6  Linux主要目錄介紹    315
9.6.1  Linux系統(tǒng)目錄    315
9.6.2  /usr子目錄    315
9.6.3  /etc子目錄    316
9.6.4  /usr/src/linux子目錄    316
第10章  Linux的操作命令界面與內核編譯    317
10.1  Linux鍵盤命令    317
10.1.1  通配符    317
10.1.2  登錄和退出Linux系統(tǒng)    318
10.1.3  目錄操作    319
10.1.4  文件操作    322
10.1.5  時間和幫助    334
10.1.6  用戶管理    335
10.1.7  磁盤管理    338
10.1.8  系統(tǒng)管理    340
10.2  Red Hat Linux圖形界面基本操作    341
10.2.1  GNOME簡介    341
10.2.2  GNOME的組成    341
10.2.3  GNOME的基本使用方法    342
10.2.4  GNOME與KDE互換    351
10.3  Linux批處理作業(yè)控制語言（shell編程）    352
10.3.1  制作并運行作業(yè)控制程序    352
10.3.2  作業(yè)控制語句    354
10.4  Linux系統(tǒng)模塊的安裝與連接    359
10.4.1  makefile模塊之間的關系    359
10.4.2  make實現(xiàn)模塊的編譯連接    360
10.5  Linux中內核修改與內核重新編譯    360
10.5.1  內核重新編譯    360
10.5.2  在Linux內核中增加一個系統(tǒng)調用舉例    361
第11章  Linux任務管理與內存管理    366
11.1  Linux任務管理    366
11.1.1  進程的數(shù)據(jù)結構    366
11.1.2  Linux進程狀態(tài)及其變遷    373
11.1.3  Linux進程創(chuàng)建    374
11.1.4  Linux進程調度    375
11.2  80386體系結構提供的內存管理機制    382
11.2.1  80386 CPU提供的工作模式與地址映射機制    382
11.2.2  80386實模式下的地址映射    382
11.2.3  80386 CPU提供的保護模式    383
11.2.4  80386的cache    385
11.3  Linux地址映射與頁表    385
11.3.1  Linux地址映射    385
11.3.2  Linux頁數(shù)據(jù)結構    387
11.4  Linux內存管理    389
11.4.1  Linux用戶進程虛擬地址空間    390
11.4.2  Linux的物理內存管理    395
11.4.3  Linux內存映射與缺頁中斷    403
11.4.4  Linux頁交換    405
11.4.5  Linux內存分配策略和系統(tǒng)調用    407
第12章  Linux文件管理    410
12.1  Linux的ext2文件系統(tǒng)    411
12.1.1  ext2文件系統(tǒng)的主要特點    411
12.1.2  ext2文件系統(tǒng)的邏輯結構與物理結構    412
12.1.3  ext2文件系統(tǒng)對存儲空間的管理    415
12.1.4  ext2文件目錄與文件共享    420
12.2  Linux的虛擬文件系統(tǒng)VFS    422
12.2.1  VFS文件系統(tǒng)的主要功能    422
12.2.2  VFS的通用文件模型    423
12.3  進程與文件系統(tǒng)的關系    430
12.3.1  相關的數(shù)據(jù)結構    430
12.3.2  進程與文件系統(tǒng)的關系    431
12.4  VFS打開文件管理機構    431
12.4.1  VFS打開文件管理機構的組成    431
12.4.2  3個打開文件數(shù)據(jù)結構之間的關系    432
12.5  Linux文件系統(tǒng)的各種緩存    434
12.6  Linux文件系統(tǒng)調用    435
12.6.1  文件的打開和關閉    435
12.6.2  文件的讀寫    437
12.6.3  文件的隨機存取    439
12.6.4  文件的保護和控制    440
12.6.5  目錄文件管理    444
12.6.6  文件信息查詢    446
第13章  Linux設備管理    447
13.1  Linux設備管理概述    447
13.1.1  Linux的設備分類    448
13.1.2  Linux的設備文件    449
13.1.3  設備驅動程序接口    451
13.1.4  塊設備的設備文件接口    452
13.2  設備管理與注冊    456
13.2.1  字符設備管理    456
13.2.2  塊設備管理    459
13.3  塊設備的請求隊列與讀寫訪問    464
13.3.1  Linux塊設備的緩沖機制    464
13.3.2  塊設備請求隊列的相關數(shù)據(jù)結構    467
13.3.3  請求隊列的初始化與清除    470
13.3.4  塊設備讀寫請求提交過程    470
13.4  設備文件系統(tǒng)    471
13.4.1  devfs的基本概念    471
13.4.2  啟用devfs    472
13.4.3  devfs的關鍵數(shù)據(jù)結構    473
13.4.4  devfs結點注冊函數(shù)    476
13.5  設備驅動程序框架    478
13.5.1  設備驅動程序簡介    478
13.5.2  設備驅動程序的注冊與注銷    479
13.5.3  設備的打開與釋放    479
13.5.4  設備的讀寫操作    479
13.5.5  設備的控制操作    480
13.5.6  設備中斷與循環(huán)查詢處理    480
13.6  字符設備驅動程序實例分析    480
13.6.1  編寫字符設備驅動程序mydriver.c    481
13.6.2  編譯設備驅動模塊mydriver    483
13.6.3  設備驅動模塊mydriver的裝載    483
13.6.4  創(chuàng)建字符設備文件mydriver    484
13.6.5  編寫測試程序test.c    484
13.6.6  編譯和執(zhí)行測試程序    485
13.6.7  卸載驅動模塊并刪除字符設備文件    486
第3篇  實    驗
實驗1  Linux的安裝    488
實驗2-1  Linux的鍵盤命令    489
實驗2-2  Linux的圖形界面    492
實驗2-3  Linux的批處理    493
實驗3-1  Linux進程的創(chuàng)建與父子進程同步    495
實驗3-2  Linux子進程映像的重新加載    497
實驗4-1  Linux軟中斷通信    498
實驗4-2  Linux管道通信    500
實驗4-3  Linux消息緩沖通信    501
實驗4-4  Linux共享存儲通信    503
實驗5  Linux信號量與P、V操作    505
實驗6  動態(tài)申請內存    507
實驗7  Linux文件系統(tǒng)調用    508
實驗8  Linux字符設備驅動    509
實驗9  在Linux中增加一個新的系統(tǒng)調用函數(shù)    510
實驗10  網(wǎng)絡聊天室的設計    511
參考文獻    525
VIII
操作系統(tǒng)教程與實驗
XV
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