内容简介

操作系统是现代计算机中必不可少的核心软件，是计算机学科各专业的必修课程，也是从事计算机应用人员的必备知识。

本书系统地讲述了操作系统的基本概念、原理、技术、策略及功能，尽可能多方面地提示操作系统的精髓和特征，以简洁、易懂的语言组织全书内容。

全书共7章，第1章介绍操作系统的基本知识，第2章详细说明进程管理的相关内容，第3章阐述处理机调度，第4章介绍存储管理，第5章介绍设备管理，第6章介绍文件系统，第7章介绍Linux网络及服务器配置实例。

本书既可作为高等院校计算机及相关专业本科、专科的教材，也可供从事计算机科学、工程、应用等方面工作的科技人员参考使用。

前    言

　　操作系统是计算机系统中较为重要的系统软件，在计算机学科的课程体系中占有重要的地位，是计算机及相关专业的一门基础必修课，也是计算机专业从业者必须掌握的知识。一本适用的教材对于操作系统的学习尤为重要。因此，作者在多年教学工作的基础上，结合Linux 2.4内核相关内容编写了此书。

　　考虑到课程学习的有限课时数，我们对内容进行了精选，着重于操作系统基本概念、基本原理、实现策略、基本算法原理的阐述，力图从两个主线――操作系统的资源管理角度和面向用户的角度将操作系统内容组织成一个逻辑清晰的整体。

　　全书共分7章。从操作系统的资源管理角度分别介绍了相关软硬件资源管理的内容，并在其中引入Linux 2.4相关的内容进行实例说明。

　　第1章  概述  介绍操作系统的基本知识、操作系统的历史与发展、操作系统的分类，简要介绍了计算机系统相关部件，并引入系统调用的概念，说明了操作系统的特征及发展趋势，并对Linux操作系统的产生及发展特征做了简要说明。

　　第2章  进程控制  介绍进程的概念，对进程控制、进程互斥、同步、通信、进程死锁、管程、线程的概念等问题进行了分析和讨论，并介绍了Linux进程控制、Linux进程通信的内容，设计了两次实验。

　　第3章  处理机调度  介绍作业的概念、作业与进程的关系、多级调度的概念、作业及进程调度算法、Linux进程调度等相关内容。

　　第4章  存储管理  介绍存储管理功能、单一连续存储管理、分区式管理、分页式管理、分段式管理、段页式管理、虚拟存储技术、Linux存储管理等知识。

　　第5章  设备管理  介绍设备管理概述、设备控制器、设备的数据传输控制方式、中断技术、缓冲技术、设备独立性、设备分配、SPOOLing技术等内容。

　　第6章  文件系统  介绍文件的基本概念、文件组织形式、文件存储空间管理方法、文件目录管理、文件操作、文件系统的层次模型、Linux文件系统概述等内容。

　　第7章  Linux网络及服务器配置实例  介绍Linux网络基础知识、网卡配置、Linux网络服务、samba服务器配置、DNS服务器配置、FTP服务器配置等相关内容。

　　本书主要由福建工程学院陈敏、许雪林、汤龙梅、王璇、杨海燕等教师合作编写，在本书的编写过程中参考了大量的相关技术资料及经典案例，吸取了许多宝贵经验，在此一并表示谢意！

　　由于编者水平有限，书中难免会有疏漏和不妥之处，希望读者批评指正。作者E-mail：chenmin@fjut.edu.cn。

　　　

编者

 

目录

第1章  概述 1

1.1  操作系统的定义 3

1.1.1  面向用户的操作系统 3

1.1.2  面向系统资源的操作系统 4

1.1.3  操作系统的定义 4

1.2  操作系统的发展简史 5

1.2.1  手工操作阶段 5

1.2.2  监督程序阶段 5

1.2.3  执行系统阶段 5

1.2.4  多道程序系统阶段 6

1.2.5  操作系统的形成 7

1.3  操作系统的分类 7

1.4  计算机系统硬件简介 11

1.4.1  中央处理器 11

1.4.2  存储器 11

1.4.3  磁盘 12

1.4.4  I/O设备 12

1.4.5  总线 13

1.4.6  操作系统的工作过程 13

1.5  系统调用 15

1.5.1  系统调用的基本类型 16

1.5.2  系统调用的实现 16

1.6  现代操作系统的特征 17

1.7  操作系统的发展趋势 19

1.8  Linux操作系统简介 20

1.8.1  Linux的产生 20

1.8.2  Linux的特性 20

1.8.3  Linux与Windows操作系统

之间的差别 21

1.8.4  Linux的用户界面 22

本章小结 23

习题 24

第2章  进程控制 25

2.1  进程的概念 27

2.1.1  程序的顺序执行 27

2.1.2  程序的并发执行 28

2.1.3  进程的引入原因 31

2.2  进程控制 38

2.2.1  进程创建 38

2.2.2  进程撤销 40

2.2.3  进程阻塞 41

2.2.4  进程唤醒 42

2.2.5  Linux进程创建及执行实例 43

2.3  进程间通信 45

2.3.1  临界区与临界资源 46

2.3.2  忙等的互斥 46

2.3.3  用信号量机制实现互斥与

同步 50

2.3.4  进程通信 56

2.3.5  Linux IPC概述 57

2.3.6  Linux管道通信 58

2.3.7  Linux软中断通信 60

2.4  经典的IPC问题 63

2.4.1  生产者与消费者问题 63

2.4.2  哲学家进餐问题 63

2.4.3  读者－写者问题 65

2.5  线程 66

2.5.1  线程的引入及定义 66

2.5.2  线程与进程的关系 67

2.5.3  线程的实现方法 68

2.5.4  Linux的线程管理 68

2.5.5  Linux线程管理相关函数 69

2.5.6  Linux线程管理举例 70

2.6  管程 71

2.6.1  管程的提出 71

2.6.2  管程概念 71

2.6.3  管程的组成 71

2.6.4  管程的形式 72

2.6.5  管程的三个主要特性 73

2.7  死锁 73

2.7.1  死锁的定义和起因 73

2.7.2  规避死锁的方法 74

2.8  小型案例实训 77

本章小结 78

习题 78

第3章  处理机调度 81

3.1  作业的概念 82

3.2  作业与进程的关系 83

3.3  多级调度的概念 84

3.3.1  高级调度 84

3.3.2  中级调度 85

3.3.3  低级调度 85

3.3.4  线程调度 85

3.4  调度算法 85

3.4.1  作业调度算法 86

3.4.2  进程调度算法 87

3.5  进程调度的时机 91

3.6  Linux进程调度 91

3.6.1  Linux进程调度的目标 91

3.6.2  Linux进程分类 92

3.6.3  Linux进程优先级 92

3.6.4  Linux进程调度程序 93

3.6.5  进程调度策略 94

3.6.6  可变优先级 94

3.6.7  可变时间片 94

3.6.8  Linux进程调度实现 95

3.7  小型案例实训 95

本章小结 103

习题 103

第4章  存储管理 106

4.1  存储管理概述 107

4.1.1  计算机系统的存储体系 108

4.1.2  存储器的组织方式 109

4.2  单一连续存储管理 112

4.3  分区存储管理 112

4.3.1  固定分区方式 112

4.3.2  可变分区方式 114

4.3.3  分区式存储管理的特点 116

4.3.4  分区式存储管理的内存扩充

技术 117

4.4  分页存储管理 119

4.4.1  分页存储管理的基本原理 119

4.4.2  分页存储管理的数据结构 120

4.4.3  页式地址结构及转换 122

4.4.4  相联存储器和快表 124

4.4.5  分页存储管理的内存分配与

回收 125

4.4.6  分页存储管理的内存共享与

保护 126

4.4.7  分页存储管理的特点 127

4.5  分段存储管理 127

4.5.1  分段存储管理的基本原理 127

4.5.2  分段存储管理的数据结构 128

4.5.3  分段存储管理的地址结构及

转换 128

4.5.4  内存分配与回收 129

4.5.5  段共享与保护 130

4.5.6  分段存储管理的特点 131

4.5.7  分页存储管理和分段存储管理

的区别 131

4.6  段分页存储管理 131

4.7  虚拟存储管理系统 131

4.7.1  虚拟存储概述 131

4.7.2  请求分页虚拟存储管理 133

4.7.3  请求分段虚拟存储管理 138

4.7.4  段页式虚拟存储管理 138

4.8  Linux的存储管理 139

4.8.1  Intel 80386体系结构下的内存管理机制 139

4.8.2  Linux地址转换机制 142

4.8.3  Linux内存分配和释放 143

4.8.4  Linux进程虚拟内存地址 145

4.8.5  Linux页面操作 147

4.9  小型案例实训 149

本章小结 153

习题 153

第5章  设备管理 155

5.1  概述 156

5.1.1  设备的分类 156

5.1.2  设备管理的功能 157

5.2  设备控制器 158

5.2.1  设备控制器的基本功能 158

5.2.2  设备控制器的组成 159

5.3  数据传送控制方式 159

5.3.1  程序直接控制方式 160

5.3.2  中断控制方式 160

5.3.3  DMA方式 161

5.3.4  通道控制方式 163

5.4  中断技术 164

5.4.1  中断的基本概念 164

5.4.2  中断类型 166

5.4.3  中断的优先级 167

5.4.4  软件中断 168

5.5  缓冲技术 168

5.5.1  缓冲技术的引入 168

5.5.2  缓冲的分类与管理 169

5.6  设备独立性 169

5.7  设备分配 170

5.7.1  设备分配中的数据结构 170

5.7.2  设备分配时应考虑的因素 171

5.8  SPOOLing系统 172

5.9  Linux设备管理 173

5.9.1  设备管理概述 173

5.9.2  Linux的I/O控制 175

5.9.3  字符设备与块设备管理 177

5.10  小型案例实训 178

本章小结 182

习题 183

第6章  文件系统 184

6.1  文件 186

6.1.1  文件管理的几个基本概念 186

6.1.2  文件分类 187

6.2  文件组织形式 187

6.2.1  文件的逻辑结构 187

6.2.2  文件的物理结构 188

6.3  文件存储空间的管理 191

6.3.1  空闲文件目录法 191

6.3.2  空闲块链法 191

6.4  文件目录管理 192

6.4.1  文件目录管理的基本要求 192

6.4.2  文件控制块和索引节点 193

6.4.3  文件目录结构 193

6.4.4  文件共享 194

6.4.5  文件保护 195

6.5  文件操作 196

6.6  文件系统的层次模型 196

6.7  Linux文件系统概述 198

6.7.1  Linux文件系统特点 198

6.7.2  Linux的文件类型 198

6.7.3  Linux的虚拟文件系统 199

6.7.4  挂载、卸载文件系统 201

6.7.5  ext2文件系统 201

6.8  小型案例实训 202

本章小结 208

习题 209

第7章  Linux网络及服务器配置

实例 211

7.1  Linux网络基础 212

7.1.1  Linux网络的相关概念 212

7.1.2  Linux的网络端口 212

7.1.3  Linux网络的相关配置文件 213

7.2  配置网卡 216

7.2.1  配置TCP/IP 网络 216

7.2.2  网络相关命令 217

7.2.3  桌面环境下配置网卡 218

7.2.4  配置网络的shell命令 221

7.3  Linux网络服务 223

7.3.1  服务器软件与网络服务 223

7.3.2  管理服务 224

7.4  samba服务器 224

7.4.1  samba概述 224

7.4.2  samba的安装 227

7.4.3  samba的配置文件 227

7.4.4  samba的文件共享 227

7.4.5  samba的打印共享 229

7.4.6  启动和停止samba服务 230

7.4.7  编辑文件配置samba服务器

实例 230

7.5  DNS服务器 232

7.5.1  配置主DNS服务器 232

7.5.2  配置辅助DNS服务器 234

7.5.3  测试DNS服务器 234

7.6  FTP服务器 236

7.6.1  FTP服务器简介 236

7.6.2  vsftpd服务器配置基础 237

7.6.3  配置vsftpd服务器 239

本章小结 240

习题 241

附录 242

参考文献 257