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作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
操作系統是現代計算機系統中必不可少的基本系統軟件，也是計算機專業的必修課程和從事計算機應用人員必不可少的知識。
張堯學編著的《計算機操作系統教程(第4版清華大學計算機系列教材普通高等教育十一五國家級規劃教材)》是編著者在清華大學計算機系多年教學和科研的基礎上對第3版改編而成的，全書共12章，主要內容包括操作系統用戶界面、進程與線程管理、處理機管理、內存管理、文件系統與設備管理等基本原理及linux和windows兩個主流操作系統的內核介紹。
與第3版相比，本書進一步深入淺出地對操作系統的基本原理進行了描述，而且，本書更進一步強調了學生對當前主流操作系統的應有了解。因此，本書在第3版linux 2.4和windows nt操作系統實例的基礎上，補充了有關linux 2.6、windows nt 6.0以及嵌入式操作系統的相關知識。
《計算機操作系統教程(第4版清華大學計算機系列教材普通高等教育十一五國家級規劃教材)》可作為高等院校計算機專業或相關專業操作系統課程的教材，也可供有關科技人員自學或參考。
作者簡介
張堯學，中國工程院院士，中南大學校長，教授，博士生導師，日本東北大學工學博士（1989年3月）；曾任美國麻省理工學院訪問科學家以及日本會津大學客座教授；以第一完成人獲多項國家技術發明獎和國家科技進步獎～何梁何利基金科學與技術進步獎；并獲得多次國家發明專利、美國IET教育基金會教育領先獎等。在IEEE等國內外學術刊物和會議上發表學術論文180余篇，撰寫中英文專著和教材8部。
宋虹，中南大學信息科學與工程學院教師，工學博士；一直從事計算機操作系統。操作系統安全等領域的教學、科研工作，參與多項國家級項目，擔任國家級精品課程主講教師，主持多項教改項目，并多次獲得省級、校級教學科研獎勵。在國內外學術期刊和會議上發表10余篇論文。
張高，微軟亞洲研究院高校關系中國區經理，工學博士，國家自然科學基金重點項目“多通道用戶界面研究”及國家863計劃重點項目“多通道用戶界面開發環境”、“基于筆式交互的用戶界面”的主要研究人員；是微軟中國研究院“無模式語言數據用戶界面”的主要發明人之一。在軟件工程～用戶界面相關期刊和學術會議發表10余篇學術論文。
宋虹，中南大學信息科學與工程學院教師，工學博士；一直從事計算機操作系統。操作系統安全等領域的教學、科研工作，參與多項國家級項目，擔任國家級精品課程主講教師，主持多項教改項目，并多次獲得省級、校級教學科研獎勵。在國內外學術期刊和會議上發表10余篇論文。
張高，微軟亞洲研究院高校關系中國區經理，工學博士，國家自然科學基金重點項目“多通道用戶界面研究”及國家863計劃重點項目“多通道用戶界面開發環境”、“基于筆式交互的用戶界面”的主要研究人員；是微軟中國研究院“無模式語言數據用戶界面”的主要發明人之一。在軟件工程～用戶界面相關期刊和學術會議發表10余篇學術論文。
名人/編輯推薦
《清華大學計算機系列教材:計算機操作系統教程(第4版)》可作為高等院校計算機專業或相關專業操作系統課程的教材，也可供有關科技人員自學或參考。
序
第4版前言
計算機技術的飛速發展超過了人們的想象。操作系統作為一門計算機的基礎課程，無論是對計算機等信息技術專業的學生或研究人員，還是對一般計算機應用人員而言，都是非常有益和重要的。
本書自1993年出版以來，得到了廣大讀者的支持和厚愛。特別是1999年第2版之后，本書更得到了許多學校的老師和學生們的支持。這令編著者非常感動。在前3版的基礎上，結合嵌入式系統技術及操作系統技術的發展，我們對本書內容進行了新的補充。
本書的改編考慮了如下幾個事實：
首先，這是一本講授操作系統基本原理的本科生教材，因此講授內容不宜過深過細，而重在強調“為什么”、“是什么”和“怎樣做”。因此，本書未在基本概念及基本原理方面進行變動。
其次，考慮到Linux 2.6和Windows NT 6.0內核版本是目前正在使用的主流操作系統內核版本，本書的操作系統實例在第3版中的Linux 2.4和Windows NT的基礎上，適當補充了Linux 2.6和Windows NT 6.0內核版本的一些內容。
第三，考慮到嵌入式系統的發展，本書在最后增加了嵌入式操作系統的管理機制、嵌入式操作系統的集成開發環境及開發過程的內容，并對實驗和習題進行了改寫。
本書共12章。第1章簡要介紹操作系統的基本概念、功能、分類以及發展歷史等。第2章主要討論操作系統的兩種界面和簡單的使用操作方法。第3章介紹進程與線程管理的有關概念和技術。第4章主要介紹處理機管理和調度策略。調度策略與算法主要用于處理機管理，但在交換區等其他資源分配時也被大量使用。第5章介紹存儲管理，包括分區、分頁、分段和段頁式管理等。作為進程管理與存儲管理的實例，第6章和第7章分別介紹Linux和Windows NT的進程與存儲管理系統。第8章介紹文件系統。第9章講述設備管理技術。第10章和第11章則在第8章與第9章的基礎上介紹Linux和Windows NT的文件和設備管理方法。第12章簡述了嵌入式操作系統的基本原理、嵌入式操作系統的集成開發環境及開發過程。
本書的講授學時可安排為約68～76學時： 第1章為2學時，第2章為4學時，第3章為8～10學時，第4章為6學時，第5章為6～8學時，第6章為8學時，第7章為6學時，第8章為8學時，第9章為6學時，第10章與第11章分別為4～6學時和4學時，第12章6～8學時。教師也可根據自己的教學計劃安排學時。
本書第1章的1.1節至1.4節以及1.7節由史美林教授編寫，第7章和第11章由微軟亞洲研究院張高博士編寫，第12章由中南大學宋虹編寫，第6章和第10章由紅旗Linux公司門小燕女士提供了資料，其他章節由張堯學編寫。
在本書的改編過程中，清華大學史美林教授和華北水利水電學院朱貴良教授提供了寶貴的意見和修改建議；清華大學楊華杰同志幫助整理和試做了所有習題和實驗；還有教育部領導和同事們對編著者“不務正業”的容忍和給予時間上的便利。多少個節假日不能休息，不能和家庭團聚，但家人們仍然毫無怨言，以最大的愛支持我們的工作，編著者們對他們致以萬分的感謝！沒有大家的支持，本書的改編是不可能完成的。
由于編著者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
編著者
2013年6月
計算機技術的飛速發展超過了人們的想象。操作系統作為一門計算機的基礎課程，無論是對計算機等信息技術專業的學生或研究人員，還是對一般計算機應用人員而言，都是非常有益和重要的。
本書自1993年出版以來，得到了廣大讀者的支持和厚愛。特別是1999年第2版之后，本書更得到了許多學校的老師和學生們的支持。這令編著者非常感動。在前3版的基礎上，結合嵌入式系統技術及操作系統技術的發展，我們對本書內容進行了新的補充。
本書的改編考慮了如下幾個事實：
首先，這是一本講授操作系統基本原理的本科生教材，因此講授內容不宜過深過細，而重在強調“為什么”、“是什么”和“怎樣做”。因此，本書未在基本概念及基本原理方面進行變動。
其次，考慮到Linux 2.6和Windows NT 6.0內核版本是目前正在使用的主流操作系統內核版本，本書的操作系統實例在第3版中的Linux 2.4和Windows NT的基礎上，適當補充了Linux 2.6和Windows NT 6.0內核版本的一些內容。
第三，考慮到嵌入式系統的發展，本書在最后增加了嵌入式操作系統的管理機制、嵌入式操作系統的集成開發環境及開發過程的內容，并對實驗和習題進行了改寫。
本書共12章。第1章簡要介紹操作系統的基本概念、功能、分類以及發展歷史等。第2章主要討論操作系統的兩種界面和簡單的使用操作方法。第3章介紹進程與線程管理的有關概念和技術。第4章主要介紹處理機管理和調度策略。調度策略與算法主要用于處理機管理，但在交換區等其他資源分配時也被大量使用。第5章介紹存儲管理，包括分區、分頁、分段和段頁式管理等。作為進程管理與存儲管理的實例，第6章和第7章分別介紹Linux和Windows NT的進程與存儲管理系統。第8章介紹文件系統。第9章講述設備管理技術。第10章和第11章則在第8章與第9章的基礎上介紹Linux和Windows NT的文件和設備管理方法。第12章簡述了嵌入式操作系統的基本原理、嵌入式操作系統的集成開發環境及開發過程。
本書的講授學時可安排為約68～76學時： 第1章為2學時，第2章為4學時，第3章為8～10學時，第4章為6學時，第5章為6～8學時，第6章為8學時，第7章為6學時，第8章為8學時，第9章為6學時，第10章與第11章分別為4～6學時和4學時，第12章6～8學時。教師也可根據自己的教學計劃安排學時。
本書第1章的1.1節至1.4節以及1.7節由史美林教授編寫，第7章和第11章由微軟亞洲研究院張高博士編寫，第12章由中南大學宋虹編寫，第6章和第10章由紅旗Linux公司門小燕女士提供了資料，其他章節由張堯學編寫。
在本書的改編過程中，清華大學史美林教授和華北水利水電學院朱貴良教授提供了寶貴的意見和修改建議；清華大學楊華杰同志幫助整理和試做了所有習題和實驗；還有教育部領導和同事們對編著者“不務正業”的容忍和給予時間上的便利。多少個節假日不能休息，不能和家庭團聚，但家人們仍然毫無怨言，以最大的愛支持我們的工作，編著者們對他們致以萬分的感謝！沒有大家的支持，本書的改編是不可能完成的。
由于編著者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
編著者
2013年6月
目次
第1章 緒論1
1.1操作系統概念1
1.2操作系統的歷史2
1.2.1手工操作階段2
1.2.2早期批處理3
1.2.3多道程序系統5
1.2.4分時操作系統6
1.2.5實時操作系統6
1.2.6通用操作系統7
1.2.7操作系統的進一步發展7
1.3操作系統的基本類型8
1.3.1批處理操作系統8
1.3.2分時系統9
1.3.3實時系統9
1.3.4通用操作系統10
1.3.5個人計算機上的操作系統10
1.3.6網絡操作系統10
1.3.7分布式操作系統11
1.4操作系統功能11
.1.4.1處理機管理12
1.4.2存儲管理12
1.4.3設備管理12
1.4.4信息管理(文件系統管理)12
1.4.5用戶接口13
1.5計算機硬件簡介13
1.5.1計算機的基本硬件元素13
1.5.2與操作系統相關的幾種主要寄存器14
1.5.3存儲器的訪問速度15
1.5.4指令的執行與中斷15
1.5.5操作系統的啟動16
1.6算法的描述16
1.7研究操作系統的幾種觀點17
1.7.1計算機資源管理者的觀點18
1.7.2用戶界面的觀點18
1.7.3進程管理的觀點18
本章小結18
習題19
第2章 操作系統用戶界面20
2.1簡介20
2.2一般用戶的輸入輸出界面21
2.2.1作業的定義21
2.2.2作業組織21
2.2.3一般用戶的輸入輸出方式22
2.3命令控制界面24
2.4linux與windows的命令控制界面25
2.4.1linux的命令控制界面25
2.4.2windows的命令控制界面27
2.5系統調用29
2.6linux和windows的系統調用31
2.6.1linux系統調用31
2.6.2windows系統調用32
本章小結33
習題34
第3章 進程管理35
3.1進程的概念35
3.1.1程序的并發執行35
3.1.2進程的定義39
3.2進程的描述39
3.2.1進程控制塊40
3.2.2進程上下文41
3.2.3進程上下文切換43
3.2.4進程空間與大小43
3.3進程狀態及其轉換44
3.3.1進程狀態44
3.3.2進程狀態轉換44
3.4進程控制45
3.4.1進程創建與撤銷45
3.4.2進程的阻塞與喚醒47
3.5進程互斥47
3.5.1資源共享所引起的制約47
3.5.2互斥的加鎖實現50
3.5.3信號量和p、v原語51
3.5.4用p、v原語實現進程互斥54
3.6進程同步55
3.6.1同步的概念55
3.6.2私用信號量56
3.6.3用p、v原語操作實現同步57
3.6.4生產者？消費者問題58
3.7進程通信59
3.7.1進程的通信方式59
3.7.2消息緩沖機制60
3.7.3郵箱通信61
3.7.4進程通信的實例――和控制臺的通信62
3.7.5進程通信的實例――管道66
3.8死鎖問題69
3.8.1死鎖的概念69
3.8.2死鎖的消除方法70
3.9線程的概念71
3.9.1為什么要引入線程71
3.9.2線程的基本概念72
3.9.3線程與進程的區別72
3.9.4線程的適用范圍73
3.10線程分類與執行74
3.10.1線程的分類74
3.10.2線程的執行特性76
本章小結77
習題77
第4章 處理機調度79
4.1分級調度79
4.1.1作業的狀態及其轉換79
4.1.2調度的層次80
4.1.3作業與進程的關系81
4.2作業調度81
4.2.1作業調度功能81
4.2.2作業調度目標與性能衡量82
4.3進程調度84
4.3.1進程調度的功能84
4.3.2進程調度的時機85
4.3.3進程調度性能評價86
4.4調度算法86
4.5算法評價90
4.5.1fcfs方式的調度性能分析90
4.5.2輪轉法調度性能評價93
4.5.3線性優先級法的調度性能94
4.6實時系統調度方法95
4.6.1實時系統的特點95
4.6.2實時調度算法的分類97
4.6.3時限調度算法與頻率單調調度算法97
本章小結99
習題99
第5章 存儲管理101
5.1存儲管理的功能101
5.1.1虛擬存儲器101
5.1.2地址變換102
5.1.3內外存數據傳輸的控制104
5.1.4內存的分配與回收104
5.1.5內存信息的共享與保護105
5.2分區存儲管理106
5.2.1分區管理基本原理106
5.2.2分區的分配與回收108
5.2.3有關分區管理其他問題的討論111
5.3覆蓋與交換技術112
5.3.1覆蓋技術112
5.3.2交換技術113
5.4頁式管理115
5.4.1頁式管理的基本原理115
5.4.2靜態頁面管理115
5.4.3動態頁式管理118
5.4.4請求頁式管理中的置換算法120
5.4.5存儲保護123
5.4.6頁式管理的優缺點123
5.5段式與段頁式管理124
5.5.1段式管理的基本思想124
5.5.2段式管理的實現原理124
5.5.3段式管理的優缺點128
5.5.4段頁式管理的基本思想129
5.5.5段頁式管理的實現原理129
5.6局部性原理和抖動問題131
本章小結134
習題134第6章 進程與存儲管理示例136
6.1linux進程和存儲管理簡介136
6.2linux進程結構139
6.2.1進程的概念139
6.2.2進程的虛擬地址結構140
6.2.3進程上下文141
6.2.4進程的狀態和狀態轉換143
6.2.5小結145
6.3linux進程控制145
6.3.1linux啟動及進程樹的形成145
6.3.2進程控制146
6.4linux進程調度149
6.5linux進程通信152
6.5.1linux的低級通信152
6.5.2進程間通信153
6.6linux存儲管理161
6.6.1虛存空間和管理161
6.6.2請求調頁技術163
本章小結165
習題166
第7章 windows的進程與內存管理167
7.1windows nt的特點及相關的概念167
7.1.1windows nt體系結構的特點167
7.1.2windows的管理機制168
7.2windows進程和線程169
7.2.1windows的進程和線程的定義170
7.2.2進程和線程的關聯170
7.2.3windows進程的結構170
7.2.4windows線程的結構171
7.2.5windows進程和線程的創建172
7.3windows處理器調度機制173
7.3.1調度優先級174
7.3.2線程狀態174
7.3.3線程調度機制175
7.4windows的內存管理176
7.4.1內存管理器177
7.4.2內存管理的機制177
7.5虛擬地址空間178
7.5.1虛擬地址空間布局178
7.5.2虛擬地址轉換179
7.6頁面調度181
7.6.1缺頁處理181
7.6.2工作集及頁面調度策略182
7.6.3頁框號和物理內存管理182
本章小結183
習題184
第8章 文件系統185
8.1文件系統的概念185
8.2文件的邏輯結構與存取方法187
8.2.1邏輯結構187
8.2.2存取方法189
8.3文件的物理結構與存儲設備191
8.3.1文件的物理結構192
8.3.2文件存儲設備194
8.4文件存儲空間管理195
8.5文件管理197
8.5.1文件的組成198
8.5.2文件198
8.5.3便于共享的文件200
8.5.4管理201
8.6文件存取控制203
8.7文件的使用205
8.8文件系統的層次模型205
本章小結207
習題208
第9章 設備管理210
9.1引言210
9.1.1設備的類別210
9.1.2設備管理的功能和任務211
9.2數據傳送控制方式212
9.2.1程序直接控制方式212
9.2.2中斷方式213
9.2.3dma方式215
9.2.4通道控制方式217
9.3中斷技術219
9.3.1中斷的基本概念219
9.3.2中斷的分類與優先級219
9.3.3軟中斷220
9.3.4中斷處理過程220
9.4緩沖技術222
9.4.1緩沖的引入222
9.4.2緩沖的種類222
9.4.3緩沖池的管理223
9.5設備分配225
9.5.1設備分配用數據結構225
9.5.2設備分配的原則227
9.5.3設備分配算法228
9.6i/o進程控制228
9.6.1i/o控制的引入228
9.6.2i/o控制的功能228
9.6.3i/o控制的實現229
9.7設備驅動程序230
本章小結230
習題231
第10章 linux文件系統233
10.1linux文件系統的特點與文件類別233
10.1.1特點233
10.1.2文件類型234
10.2linux的虛擬文件系統235
10.2.1虛擬文件系統框架235
10.2.2linux虛擬文件系統的數據結構235
10.2.3vfs的系統調用241
10.3文件系統的注冊和掛裝242
10.3.1文件系統注冊242
10.3.2已掛裝文件系統描述符鏈表243
10.3.3掛裝根文件系統244
10.3.4掛裝一般文件系統245
10.3.5卸載文件系統246
10.4進程與文件系統的聯系246
10.4.1系統打開文件表246
10.4.2用戶打開文件表246
10.4.3進程的當前和根247
10.5ext2文件系統247
10.5.1ext2文件系統的存儲結構247
10.5.2ext2文件系統主要的磁盤數據結構248
10.5.3ext2文件系統的內存數據結構251
10.5.4數據塊尋址252
10.6塊設備驅動253
10.6.1設備配置253
10.6.2設備驅動程序的接口254
10.7字符設備驅動255
本章小結256
習題257
第11章 windows的設備管理和文件系統258
11.1windows i/o系統的結構258
11.1.1設計目標258
11.1.2設備管理服務258
11.2設備驅動程序和i/o處理259
11.2.1設備驅動類型和結構260
11.2.2windows的i/o處理260
11.3windows的文件系統262
11.3.1windows磁盤管理263
11.3.2windows文件系統格式263
11.3.3windows文件系統驅動264
11.4ntfs文件系統264
11.4.1ntfs的特點264
11.4.2ntfs的磁盤結構265
11.4.3ntfs的文件系統恢復266
本章小結267
習題268
第12章 嵌入式操作系統簡介269
12.1嵌入式操作系統的總體架構269
12.1.1嵌入式操作系統特點及分類269
12.1.2嵌入式操作系統的總體架構270
12.2嵌入式操作系統的任務管理273
12.2.1多任務機制273
12.2.2任務狀態和任務狀態遷移274
12.2.3任務調度275
12.2.4任務間通信276
12.2.5vxworks任務管理278
12.3內存管理281
12.3.1動態內存管理機制282
12.3.2vxworks動態內存管理函數282
12.3.3虛擬內存管理機制283
12.3.4vxworks虛擬內存管理284
12.4設備管理與文件系統285
12.4.1i/o系統內部結構285
12.4.2實時內核的中斷管理286
12.4.3基本i/o操作流程287
12.4.4vxworks的i/o接口287
12.4.5文件系統架構及操作288
12.4.6vxworks文件系統289
12.5嵌入式操作系統的開發290
12.5.1集成開發環境tornado291
12.5.2vxworks的交叉編譯開發環境294
12.5.3實例開發的設計與實現過程296
本章小結297
習題298
參考文獻299
書摘/試閱
2.段式管理的內存分配與釋放
段式管理中以段為單位分配內存，每段分配一個連續的內存區。由于各段長度不等，所以這些存儲區的大小不一。而且，同一進程所包含的各段之間不要求連續。
段式管理的內存分配與釋放在作業或進程的執行過程中動態進行。首先，段式管理程序為一個進入內存準備執行的進程或作業分配部分內存，以作為該進程的工作區和放置即將執行的程序段。隨著進程的執行，進程根據需要隨時申請調入新段和釋放老段。進程對內存區的申請和釋放可分為兩種情況。一種是當進程要求調入某一段時，內存中有足夠的空閑區滿足該段的內存要求；另一種是內存中沒有足夠的空閑區滿足該段的內存要求。
對于第一種情況，系統要用相應的表格或數據結構來管理內存空閑區，以便對用戶進程或作業的有關程序段進行內存分配和回收。事實上，可以采用和動態分區式管理相同的空閑區管理方法。即把內存各空閑區按物理地址從低到高排列或按空閑區大小從小到大或從大到小排列。與這幾種空閑區自由鏈相對應，分區式管理時所用的幾種分配算法——最先適應法、最佳適應法和最壞適應法都可用來進行空閑區分配。當然，分區式管理時用到的內存回收方法也可以在段式管理中使用。
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