作業系統原理(2018年電子工業出版社出版的圖書)

成書過程

該教材是編者在作業系統方面獲得教學實踐成果的總結，同時也汲取了中國國內外優秀作業系統教材的精華。該教材由胡元義、黑新宏主編。

2018年8月，該教材由電子工業出版社出版。

出版社工作人員

策劃編輯	責任編輯	特約編輯
章海濤	章海濤	孟宇

內容簡介

全書共分6章：第1章引論，主要介紹作業系統的基本概念、作業系統的發展過程、作業系統的分類、作業系統運行的硬體環境以及作業系統與用戶的接口；第2章處理器管理，主要介紹進程的引入和描述、進程狀態及轉換、進程調度及調度算法、進程控制和執行緒；第3章進程同步與通信，主要介紹進程同步與互斥、臨界區的使用、實現進程同步與互斥的工具（P、V操作和管程）、進程通信和進程死鎖；第4章存儲管理，主要介紹存儲管理的基本概念和功能、各種存儲管理技術、虛擬存儲的思想及實現方法；第5章設備管理，主要介紹I/O設備的硬體結構和軟體組成、I/O設備控制方式、設備管理使用的有關技術及設備分配；第6章檔案管理，主要介紹檔案的概念、檔案的邏輯結構和物理結構、檔案目錄、檔案存儲空間的組織和管理、檔案的共享和保護。

教材目錄

第1章引論 1

1.1 作業系統的概念 1

1.1.1 什麼是作業系統 1

1.1.2 作業系統的主要功能 4

1.1.3 作業系統的基本特徵 6

1.2 作業系統的邏輯結構和運行模型 8

1.2.1 用戶態和核心態的劃分 8

1.2.2 作業系統的邏輯結構 9

1.2.3 作業系統的運行模型 11

1.3 作業系統的形成與發展 12

1.3.1 作業系統的形成時期 12

1.3.2 作業系統的成熟時期 15

1.3.3 作業系統的進一步發展時期 17

1.4 主要作業系統的類型 19

1.4.1 批處理作業系統 19

1.4.2 分時作業系統 20

1.4.3 實時作業系統 21

1.4.4 微機作業系統 23

1.4.5 網路作業系統 24

1.4.6 多CPU作業系統 25

1.4.7 分散式作業系統 27

1.4.8 嵌入式作業系統 29

1.5 作業系統安全性概述 30

1.5.1 作業系統安全的重要性 30

1.5.2 作業系統的安全觀點 31

1.5.3 實現作業系統安全性的基本技術 31

1.6 作業系統運行基礎 32

1.6.1 處理器及工作模式 32

1.6.2 中斷技術 36

1.6.3 系統調用 40

習題1 42

第2章處理器管理 47

2.1 進程的概念 47

2.1.1 程式的順序執行 47

2.1.2 程式的並發執行 48

2.1.3 進程 50

2.2 進程的狀態及轉換 53

2.2.1 兩狀態進程模型 53

2.2.2 進程的三態模型 53

2.2.3 進程的五態模型 55

2.2.4 進程的掛起 56

2.2.5 進程控制塊 58

2.3 進程控制 60

2.3.1 進程切換 60

2.3.2 進程控制原語 62

2.4 處理器調度 65

2.4.1 作業與進程的關係 66

2.4.2 CPU的三級調度 67

2.4.3 處理器調度佇列模型 69

2.4.4 進程調度的方式和時機 71

2.5 單處理器調度算法 73

2.5.1 調度原則 73

2.5.2 常用調度算法 75

2.5.3 實時調度 80

2.6 執行緒 82

2.6.1 執行緒的引入 82

2.6.2 執行緒的概念 83

2.6.3 執行緒與傳統進程的比較 84

2.6.4 執行緒實現原理 85

習題2 86

第3章進程同步與通信 93

3.1 進程同步的基本概念 93

3.1.1 並發進程的關係 93

3.1.2 進程的互斥與同步 94

3.1.3 臨界資源與臨界區 95

3.2 進程互斥方法 97

3.2.1 實現進程互斥的硬體方法 97

3.2.2 實現進程互斥的軟體方法 99

3.3 信號量機制 101

3.3.1 信號量 101

3.3.2 使用信號量實現進程互斥 103

3.3.3 使用信號量實現進程同步 105

3.4 經典互斥與同步問題 108

3.4.1 生產者?消費者問題 108

3.4.2 哲學家進餐問題 111

3.4.3 讀者-寫者問題 114

3.4.4 睡眠理髮師問題 117

3.5 經典互斥與同步問題的套用 119

3.5.1 緩衝區數據傳送問題 119

3.5.2 吃水果問題 120

3.5.3 汽車過橋問題 122

3.6 管程機制 123

3.6.1 條件變數與管程結構 123

3.6.2 生產者-消費者問題的管程解決方法 125

3.6.3 哲學家進餐問題的管程解決方法 127

3.6.4 讀者-寫者問題的管程解決方法 128

3.6.5 睡眠理髮師問題的管程解決方法 129

3.6.6 吃水果問題的管程解決方法 131

3.7 進程通信 132

3.7.1 進程通信的概念 132

3.7.2 共享記憶體通信方式 133

3.7.3 訊息緩衝通信方式 134

3.7.4 信箱通信方式 137

3.7.5 管道通信方式 139

3.8 死鎖 140

3.8.1 產生死鎖的原因和必要條件 141

3.8.2 死鎖的預防 145

3.8.3 死鎖的避免 146

3.8.4 死鎖的檢測與解除 152

習題3 155

第4章存儲管理 163

4.1 程式的連結和裝入 163

4.1.1 邏輯地址和物理地址 164

4.1.2 程式連結 164

4.1.3 程式裝入 165

4.2 存儲器及存儲管理的基本功能 168

4.2.1 多級存儲器體系 169

4.2.2 記憶體的分配與回收以及地址轉換 170

4.2.3 記憶體的共享、保護及擴充 171

4.3 分區式存儲管理 173

4.3.1 單一連續分區存儲管理 173

4.3.2 固定分區存儲管理 175

4.3.3 可變分區存儲管理 177

4.3.4 覆蓋與交換技術 182

4.4 分頁存儲管理 184

4.4.1 分頁存儲管理的基本原理 184

4.4.2 分頁存儲管理的地址轉換與存儲保護 186

4.4.3 兩級頁表和多級頁表 189

4.4.4 記憶體物理塊的分配與回收 191

4.5 分段存儲管理 192

4.5.1 分段存儲管理的基本原理 192

4.5.2 分段存儲管理的地址轉換與存儲保護 194

4.5.3 分段存儲管理的優缺點 197

4.6 段頁式存儲管理 198

4.6.1 段頁式存儲管理的基本原理 198

4.6.2 段頁式存儲管理的地址轉換與特點 199

4.7 虛擬存儲管理 201

4.7.1 虛擬存儲器的概念 201

4.7.2 請求分頁存儲管理 203

4.7.3 請求分段存儲管理 212

4.7.4 請求段頁式存儲管理 216

習題4 218

第5章設備管理 225

5.1 設備管理概述 225

5.1.1 設備的分類 225

5.1.2 設備管理的目標和功能 226

5.2 I/O設備管理系統的組成 228

5.2.1 I/O系統的硬體組織 228

5.2.2 I/O系統的軟體組織 233

5.3 I/O設備控制方式 238

5.3.1 程式直接I/O控制方式 238

5.3.2 程式中斷I/O控制方式 239

5.3.3 直接存儲器存取I/O控制方式 240

5.3.4 I/O通道控制方式 242

5.3.5 四種I/O控制方式的對比 245

5.4 緩衝技術與虛擬設備技術 246

5.4.1 緩衝技術 246

5.4.2 虛擬設備技術 250

5.5 設備的分配與回收 252

5.5.1 用於設備分配的數據結構 252

5.5.2 設備分配 254

5.5.3 設備回收 258

5.6 磁碟存儲器管理 259

5.6.1 存儲設備概述 259

5.6.2 磁碟調度 260

5.6.3 提高磁碟I/O速度的方法 264

5.6.4 磁碟陣列（RAID） 266

習題5 270

第6章檔案管理 274

6.1 檔案系統基本概念 274

6.1.1 檔案系統的引入 274

6.1.2 檔案與檔案系統 275

6.1.3 檔案操作 278

6.2 檔案的組織結構 280

6.2.1 檔案的邏輯結構 280

6.2.2 檔案的物理結構 282

6.3 檔案目錄 288

6.3.1 檔案控制塊與索引節點 289

6.3.2 目錄結構 290

6.3.3 檔案目錄查找 292

6.4 檔案存儲空間管理 293

6.4.1 空閒分區表法 294

6.4.2 空閒塊鏈法 294

6.4.3 位示圖法 296

6.5 檔案共享與檔案安全 296

6.5.1 早期的檔案共享方法 297

6.5.2 目前常用的檔案共享方法 298

6.5.3 檔案系統的安全 300

6.5.4 檔案系統的可靠性 301

6.5.5 檔案保護 303

習題6 305

參考文獻 309

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

該教材有配套教材——《作業系統原理習題解析與上機指導》。

書名	書號	出版社	出版時間	作者
《作業系統原理習題解析與上機指導》	9787121340376	電子工業出版社	2018-07	黑新宏、胡元義

課程資源

該教材還配有教學用的電子教案。

教材特色

該教材對作業系統的實現原理進行了分析，力求做到對作業系統闡述的系統性，以便透徹理解作業系統的設計思想，深化對基本概念的掌握。既強調知識的實用性，也注重理論的完整性。

該教材圍繞著作業系統主要成就，從原理出發，介紹了作業系統有關內容，注重作業系統理論的發展與傳承，注意知識的連貫性與拓展性，並通過選取的示例和圖例來幫助讀者理解和掌握作業系統知識，同時還設計了一些不同於其他作業系統教材的算法，如睡眠理髮師問題、吃水果問題、讀者-寫者問題等P、V操作和管程實現算法。

作者簡介

胡元義，男，副教授。1978年—1982年，就讀於陝西工商學院計算機軟體專業；1982年起，就職於西安理工大學，歷任工程師、高級工程師。主要從事的研究方向有編譯原理、作業系統及數據結構等。

黑新宏，男，博士，西安理工大學計算機科學與工程學院教授，研究方向為安全關鍵計算機系統、嵌入式系統及套用。