第1章操作繫統概述

1．1計算機與應用程序

1．1．1功能強大的計算機

1．1．2計算機程序

1．1．3計算機用戶

1．2操作繫統的概念

1．3操作繫統的發展歷史

1．3．1電子管時代

1．3．2晶體管時代

1．3．3集成電路時代

1．3．4個人計算機時代

1．3．5移動計算機時代

1．4操作繫統的類型

1．5承上啟下的操作繫統

1．5．1內核態與用戶態

1．5．2繫統調用

習題

第2章進程管理

2．1進程

2．1．1程序的執行

2．1．2為何引入進程

2．1．3什麼是進程

2．1．4進程的特性

2．1．5進程的創建與終止

2．1．6進程的狀態

2．1．7進程控制塊

2．1．8狀態隊列

2．1．9進程模型

2．2線程

2．2．1為何引入線程

2．2．2線程的概念

2．2．3線程的實現

2．2．4線程庫

2．2．5一個例子

操作繫統(第2版)

目錄
2．3進程間通信與同步

2．3．1進程間通信方式

2．3．2進程的互斥

2．3．3基於關閉中斷的互斥實現

2．3．4基於繁忙等待的互斥實現

2．3．5信號量

2．3．6進程的同步

2．4經典的IPC問題

2．4．1生產者與消費者問題

2．4．2哲學家就餐問題

2．4．3讀者與寫者問題

2．5進程調度

2．5．1關於調度的若干問題

2．5．2先來先服務算法

2．5．3短作業優先算法

2．5.4時間片輪轉法

2．5．5優先級算法

2．5．6多級反饋隊列算法

習題

第3章死鎖

3．1死鎖概述

3．1．1什麼是死鎖

3．1．2資源

3．1．3死鎖的模型

3．2死鎖的檢測和解除

3．2．1死鎖檢測算法

3．2．2死鎖的解除

3．3死鎖的避免

3．3．1死鎖避免舉例

3．3．2安全狀態與不安全狀態

3．3．3銀行家算法

3．4死鎖的預防

習題

第4章存儲管理

4．1存儲管理概述

4．2單道程序存儲管理

4．3分區存儲管理

4．3．1固定分區存儲管理

4．3．2可變分區存儲管理

4．3．3內存抽像與地址映射

4．4頁式和段式存儲管理

4．4．1頁式存儲管理

4．4．2段式存儲管理

4．4．3頁式存儲管理與段式存儲管理的比較

4．4．4段頁式存儲管理

4．5虛擬存儲技術

4．5．1程序的局部性原理

4．5．2虛擬存儲技術的原理

4．5．3虛擬頁式存儲管理

4．5．4頁面置換算法

4．5．5工作集模型

4．5．6虛擬頁式的設計問題

習題

第5章I/O設備管理

5．1I/O硬件

5．1．1I/O設備的類型

5．1．2設備控制器

5．1．3I/O地址

5．2I/O控制方式

5．2．1程序循環檢測方式

5．2．2中斷驅動方式

5．2．3直接內存訪問方式

5．3I/O軟件

5．3．1I/O軟件的層次結構

5．3．2設備獨立的繫統軟件

5．3．3用戶空間的I/O軟件

5．3．4I/O實現舉例

5．4磁盤

5．4．1磁盤的硬件

5．4．2磁盤格式化

5．4．3磁盤調度算法

5．4．4出錯處理

5．5固態硬盤

5．5．1閃存

5．5．2NAND Flash

5．5．3U盤

5．5．4SSD

習題

第6章文件繫統

6．1文件

6．1．1文件的基本概念

6．1．2文件的使用

6．2目錄

6．2．1目錄的基本概念

6．2．2目錄的結構

6．3文件繫統的實現

6．3．1文件繫統的布局

6．3．2文件的實現

6．3．3目錄的實現

6．3．4繫統調用的實現

6．3．5空閑空間管理

習題

參考文獻

操作繫統是計算機繫統中必不可少的繫統軟件。一方面，它能有效地管理計算機的各個功能部件，使之正常運轉； 另一方面，它給用戶提供了一個方便靈活、安全可靠的工作環境。對於普通的計算機用戶，操作繫統是一個操作環境，是執行各種應用程序的一個平臺，用戶可以在它上面編輯文檔、上網聊天、播放視頻等。而對於程序員，操作繫統則是一組抽像的應用程序編程接口，程序員可以利用這些接口函數來編寫豐富多彩的應用程序。因此，了解操作繫統的基本原理，能夠幫助人們更好地使用計算機，更好地編寫應用程序。
“操作繫統”是計算機專業的一門核心課程，包含許多重要的專業基礎知識。然而，由於它的內容較為單調枯燥、晦澀難懂，使得不少學生對它望而生畏、敬而遠之。如何來解決這個問題呢？我們認為，關鍵還是在於教師的正確引導，在於有一本好的教材，能夠以生動活潑、通俗易懂的方式來闡述復雜的原理概念，把晦澀難懂的知識點真正講清楚、講明白。事實上，難懂隻是一個結果，其原因還是沒有講清楚。本書的作者具有豐富的教學經驗，曾經榮獲霍英東教育基金會高等院校青年教師獎、北京市高校青年教師教學基本功比賽一等獎、寶鋼優秀教師獎、清華大學青年教師教學優秀獎、清華大學清韻燭光屆“我喜愛的教師”評選活動“十佳教師”等獎項和榮譽，對教學規律、課程內容和學生的特點有深入的理解，這對於教材的編寫毫無疑問是大有裨益的。
本書遵循操作繫統課程的教學大綱要求，內容共分為6章。第1章是操作繫統概述，主要介紹操作繫統的基本概念、發展歷史和運行環境； 第2章是進程管理，主要介紹進程和線程的基本概念、進程間通信、經典的進程間通信問題以及進程調度； 第3章是死鎖，主要介紹死鎖的基本概念、死鎖的檢測和解除、死鎖的避免及預防； 第4章是存儲管理，主要介紹單道程序存儲管理、分區存儲管理、頁式和段式存儲管理以及虛擬存儲技術； 第5章是I/O設備管理，主要介紹I/O硬件、I/O控制方式、I/O軟件以及外部存儲設備； 第6章是文件繫統，主要介紹文件的基本概念、目錄的基本概念以及文件繫統的實現。另外，為了配合課程的內容，在每一章的末尾都附有大量的習題，以便讀者及時地復習相關內容。本書還提供教學課件和教學大綱等資源，讀者可從清華大學出版社官網下載。作者為書中部分內容錄制了教學視頻，請讀者先掃描封底刮刮卡內二維碼，再掃描書中章節對應二維碼，即可觀看視頻。
本書是清華大學本科生課程“操作繫統”的教材，該課程已經實施了十多年的時間。在教學實踐過程中，我們根據各方面的反饋情況，不斷地進行更新和完善，目前已進入了較為成熟和穩定的階段。同時，這門課程也得到了學生的認可，取得了較好的成績。在歷屆的教學評估中，曾多次進入了全校的前5%。
2012年本書的第1版問世，受到了廣大讀者的歡迎，目前已重印了10次。為了感謝讀者的厚愛，今年我們對本書進行了更新，刪除了陳舊過時的內容，增加了新近的進展，並對每一章的內容幾乎都進行了重寫，融入了我們對操作繫統的理解。
在本書的寫作過程中，得到了許多人的關心和幫助，在此一並表示感謝。
後，我要特別感謝我的父母和家人，謝謝他們的關心、理解和支持。尤其是我的兩個女兒諶玥穎和諶玥然，她們總是能給我帶來開心和快樂。

諶衛軍
2022年7月於清華園