第1章引論

1.1操作繫統的作用和定義

1.1.1操作繫統的作用

1.1.2操作繫統的定義

1.2操作繫統的發展過程

1.3操作繫統的功能和特性

1.3.1操作繫統的功能

1.3.2操作繫統的特性

1.4操作繫統的分類

1.4.1批處理繫統

1.4.2分時操作繫統

1.4.3實時操作繫統

1.4.4微機操作繫統

1.4.5網絡操作繫統

1.4.6分布式操作繫統

1.4.7嵌入式操作繫統

1.5操作繫統的結構模型

1.5.1整體式模型

1.5.2層次式模型

1.5.3微內核與客戶/服務器模型

1.5.4面向對像模型

本章小結

習題

第2章用戶與操作繫統的接口

2.1作業控制級接口

2.1.1作業和作業類型

2.1.2脫機用戶接口

2.1.3聯機用戶接口

2.2Shell命令語言

2.2.1Shell簡介

2.2.2Shell命令

2.2.3Shell腳本

2.3程序級接口

2.3.1用戶態和核心態

2.3.2特權指令和訪管指令

2.4繫統調用

2.4.1繫統調用的概念和類型

2.4.2繫統調用的實現

本章小結

習題

第3章進程的描述與控制

3.1程序執行方式與進程的引入

3.1.1程序順序執行

3.1.2程序並發執行

3.2進程描述

3.2.1進程的定義

3.2.2進程的特性

3.2.3進程與程序的區別

3.2.4進程控制塊

3.3進程狀態

3.3.1進程執行

3.3.2進程的基本狀態

3.3.3進程的掛起

3.4進程控制

3.4.1內核

3.4.2微內核

3.4.3進程控制

3.5線程

3.5.1線程引入

3.5.2線程的定義

3.5.3線程的狀態

3.5.4線程和進程的比較

3.5.5線程分類

3.5.6線程的模型

本章小結

習題

第4章進程通信

4.1進程的同步與互斥

4.1.1進程合作

4.1.2共享資源

4.1.3與時間有關的錯誤

4.1.4臨界資源與臨界區

4.1.5同步機構設計準則

4.2互斥的軟件方法

4.3硬件指令機制

4.3.1測試與設置技術

4.3.2TS指令

4.3.3利用TS實現進程互斥

4.4信號量機制

4.4.1整型信號量

4.4.2結構型信號量

4.4.3AND型信號量集

4.4.4管程機制

4.5用信號量機制實現互斥與同步

4.5.1用信號量實現互斥

4.5.2用信號量實現同步

4.6經典進程同步問題

4.6.1生產者消費者問題

4.6.2哲學家就餐問題

4.6.3讀者寫者問題

4.6.4睡眠的理發師問題

4.7進程通信

4.7.1共享存儲區繫統

4.7.2管道通信繫統

4.7.3消息傳遞繫統

4.7.4客戶/服務器繫統

本章小結

習題

第5章處理器調度

5.1三級調度的概念

5.1.1作業的狀態及其轉換

5.1.2調度的層次

5.1.3調度模型

5.1.4作業和進程的關繫

5.2作業調度

5.2.1作業調度的功能

5.2.2作業調度的目標與性能衡量

5.3進程調度

5.3.1進程調度的功能

5.3.2進程調度方式

5.3.3進程調度的時機

5.4常用的調度算法

5.4.1先來先服務調度算法

5.4.2短作業(進程)優先調度算法

5.4.3時間片輪轉調度算法

5.4.4高優先權優先調度算法

5.4.5響應比優先調度算法

5.4.6多級隊列調度算法

5.4.7多級反饋隊列調度算法

5.5實時調度

5.5.1實現實時調度的基本條件

5.5.2實時調度算法的分類

5.5.3早截止時間優先算法

5.5.4松弛度優先算法

5.6實例分析： UNIX進程調度

5.6.1調度時機

5.6.2調度標記設置

5.6.3優先數計算

5.6.4調度的實現

本章小結

習題

第6章死鎖

6.1死鎖的基本概念

6.1.1死鎖的定義

6.1.2死鎖產生的原因

6.1.3死鎖的必要條件

6.1.4處理死鎖的策略

6.2死鎖預防

6.3死鎖避免

6.3.1安全狀態和不安全狀態

6.3.2利用銀行家算法避免死鎖

6.4死鎖檢測

6.5死鎖解除

6.6死鎖綜合處理

本章小結

習題

第7章實存儲管理技術

7.1存儲管理的基本概念

7.1.1多級存儲器結構

7.1.2存儲管理要解決的問題

7.1.3存儲管理的分類

7.1.4地址重定位

7.2連續分配存儲管理方式

7.2.1單一連續分配方式

7.2.2固定分區存儲管理方式

7.2.3可變分區存儲管理方式

7.3離散分配存儲管理方式

7.3.1分頁存儲管理方式

7.3.2分段存儲管理方式

7.3.3段頁式存儲管理

本章小結

習題

第8章虛擬存儲管理技術

8.1虛擬存儲器的基本概念

8.1.1局部性原理

8.1.2虛擬存儲器

8.2對換

8.2.1多道程序環境下的對換技術

8.2.2對換空間的管理

8.3請求分頁式存儲管理方式

8.3.1請求分頁式存儲管理的基本概念

8.3.2頁面分配策略

8.3.3頁面調入時機

8.4頁面置換算法

8.4.1先進先出置換算法

8.4.2置換算法

8.4.3近久未使用置換算法

8.4.4近未使用置換算法

8.4.5Clock置換算法

8.4.6請求分頁繫統的性能分析

8.5請求分段式存儲管理方式

8.5.1請求分段存儲管理的基本概念

8.5.2分段共享與保護

本章小結

習題

第9章設備管理

9.1I/O設備管理的基本概念

9.1.1I/O繫統的功能

9.1.2I/O軟件的層次結構

9.2I/O繫統的組成

9.2.1I/O設備概述

9.2.2設備控制器

9.2.3I/O通道

9.3I/O控制方式

9.3.1程序I/O方式

9.3.2中斷驅動I/O方式

9.3.3直接存儲器存取方式

9.3.4I/O通道方式

9.4緩衝管理

9.4.1緩衝的引入

9.4.2緩衝區及其管理

9.5設備分配

9.5.1設備分配中的數據結構

9.5.2設備分配策略

9.5.3設備獨立性

9.5.4獨占設備分配方法

9.5.5SPOOLing技術

9.6I/O軟件

9.6.1中斷處理程序

9.6.2設備驅動程序

9.6.3與設備無關的繫統軟件

9.6.4用戶空間的I/O軟件

9.7磁盤I/O

9.7.1磁盤性能概述

9.7.2數據的組織

9.7.3磁盤訪問時間

9.7.4磁盤調度算法

本章小結

習題

第10章文件繫統

10.1文件和文件繫統

10.1.1文件

10.1.2文件繫統

10.1.3文件的分類

10.1.4文件繫統的功能和基本操作

10.2文件的邏輯結構

10.2.1文件邏輯結構的定義

10.2.2文件的組織和存取

10.3外存分配

10.3.1文件的物理結構

10.3.2連續分配

10.3.3鏈接分配

10.3.4索引分配

10.3.5文件分配表

10.4文件目錄

10.4.1文件控制塊

10.4.2索引結點

10.4.3單級目錄結構

10.4.4二級目錄結構

10.4.5多級目錄結構

10.4.6目錄查詢技術

10.5文件存儲空間的管理

10.5.1空閑表法

10.5.2空閑鏈表法

10.5.3位示圖

10.5.4成組鏈接法

10.6文件的共享

10.6.1目錄結構中的共享

10.6.2打開文件結構中的共享

10.6.3管道文件

10.7文件繫統的安全性

10.7.1文件的存取控制

10.7.2文件的轉儲和恢復

10.8Linux文件繫統

10.9Windows NTFS

10.9.1NTFS的重要特征

10.9.2NTFS的磁盤組織

10.9.3NTFS的文件組織

10.9.4NTFS的可恢復性

本章小結

習題

第11章操作繫統的安全性

11.1操作繫統安全性概述

11.1.1操作繫統安全性的內容

11.1.2操作繫統安全性的特性

11.2數據的安全管理與保護

11.2.1數據加密技術

11.2.2認證技術

11.3繫統攻擊

11.3.1內部攻擊

11.3.2外部攻擊

11.4計算機病毒

11.4.1計算機病毒概述

11.4.2計算機病毒的分類

11.4.3常用反病毒技術

11.4.4未來計算機病毒的發展趨勢

本章小結

習題

第12章操作繫統介紹

12.1Windows操作繫統簡介

12.1.1Windows操作繫統概述

12.1.2Windows繫統結構

12.1.3Windows進程和線程

12.1.4Windows存儲管理

12.1.5Windows同步機制

12.2Linux操作繫統簡介

12.2.1Linux操作繫統概述

12.2.2Linux內核模塊

12.2.3Linux進程和進程調度

12.2.4Linux內存管理

12.2.5Linux文件管理

12.3Android操作繫統簡介

12.3.1Android操作繫統概述

12.3.2Android操作繫統架構

12.3.3Android操作繫統進程管理

12.3.4Android操作繫統內存管理

本章小結

習題

操作繫統是計算機繫統中重要的繫統軟件，它是圍繞著如何提高計算機資源利用率和改善用戶界面的友好性而形成、發展和不斷成熟的。本書針對培養技術型人纔的特點，在注重操作繫統原理的基礎上結合高等院校專業基礎課程的需求，深入淺出地介紹了操作繫統的理論知識，並以各類操作繫統為實例，引入現代操作繫統所采用的技術。
本書是在2010年清華大學出版社出版，武偉教授主編的《操作繫統教程》基礎上進行修訂和再版的。初版教材經過了教學團隊的多年使用，申報並建設了上海市*精品課程。此次在教學實踐和科學研究的基礎上，參閱了大量國內外操作繫統教材，再版了這本適用於高等院校計算機科學各相關專業的本科教科書。其編寫思路及特點如下：
（1） 以主流操作繫統Linux和Windows為實例，從操作繫統原理的角度對其做了詳盡的介紹，並在講授原理時注重理論聯繫實際。
（2） 根據編者的教學經驗，對於難以理解的部分，均以實例引出，語言淺顯易懂，使讀者能夠從簡單的實例入手，更容易地掌握操作繫統的內部工作原理。
（3） 本書配有大量經過精選的習題，以幫助讀者檢驗和加深對內容的理解。
（4） 本書在各章例題部分配備了例題講解視頻，讀者可以掃描二維碼查看例題講解。
本書參考教學時數為60～70學時。要求先修課程為“數據結構”“彙編語言”“C語言”和“計算機組成原理”。
本書的內容是按照理工科院校計算機科學與技術專業的教學大綱編寫的。對於非計算機專業的本科教學及高職高專的計算機專業教學，可適當刪減內容。
全書共分12章。第1、2、12章由姜麗編寫，第3章由林捷編寫，第4、5、7、8、10章由張成姝編寫，第6章由徐克奇編寫，第9、11章由曹輝編寫。本書是在武偉教授主編的第1版教程基礎上加以改編的，武偉教授主審並給予了全程指導和協助。在此，謹向武偉教授表示誠摯的謝意。
由於時間和水平所限，書中難免會有錯誤和不足之處，敬請讀者批評指正。
編者
2019年7月於上海

第3章
進程的描述與控制

進程是操作繫統的核心，所以基於多道程序設計的操作繫統都建立在進程(process)的概念上，因此，對操作繫統的理解應該從進程開始。進程的概念是本書的重點。目前計算機繫統均提供多任務並行環境，無論是應用程序還是繫統程序，都需要創建相應的進程(或線程)，分析進程間的同步方式，並利用操作繫統提供的同步工具正確地實現進程之間的並行。本章討論進程的定義、進程狀態變遷和進程控制等有關內容，後介紹線程(thread)和基於Linux的進程管理。
3.1程序執行方式與進程的引入
現代操作繫統主要的特點在於實現多道程序並發執行，並由此引發資源共享。為了對並發執行的程序進行動態描述而引入了進程的概念，它是操作繫統核心的概念，因為操作繫統對於資源的分配和管理都是圍繞進程進行的。
3.1.1程序順序執行
多道程序設計技術的出現，打破了以往程序單道執行的特征，出現了一繫列的特點，下面分別就程序單道順序執行與多道並發執行進行討論。

例如，對於一批作業而言，邏輯上的執行順序一般為先輸入計算所需的數據，再在處理器上進行計算，後打印

圖3.1程序的單道順序執行

輸出。如果結點I代表輸入操作、結點C代表計算操作、結點P代表打印操作，則程序執行的流程可用圖3.1加以描述。
很明顯，程序在順序執行時具有如下特征。
1. 順序性
程序的執行總是按照程序結構所指定的次序順序連續進行。隻有前一個操作結束纔能執行後繼操作。除非人為干預造成機器暫停； 否則，前一個操作的結束就意味著後一個操作的開始。
2. 封閉性
封閉性包含兩方面的含義。 
(1) 資源封閉性： 程序在執行期間，全部繫統資源為該程序所獨占，除了資源的初始狀態由操作繫統設定之外，一旦程序進入繫統，資源的狀態就不受外界因素影響，完全由該程序所控制，隻有該程序纔能改變它。
(2) 結果封閉性： 程序的執行結果與執行速度無關。換言之，程序無論是從頭到尾不停頓地執行，還是斷斷續續地間斷執行，其終結果都是確定的。
3. 可再現性
隻要程序執行時的環境和初始條件相同，當程序多次重復執行時，無論它是從頭到尾不停頓地執行，還是“停停走走”地執行，都將獲得相同的結果。如程序中存在錯誤，則錯誤也能夠再現。
程序順序執行時的特性，為程序員檢測和校正程序中的錯誤帶來極大的方便。