本书针对计算机和其他IT专业学生的发展需求，系统、全面地介绍了操作系统的概念、原理、方法与应用。全书共12章，包括硬件基础、操作系统概述、进程描述和控制、线程、互斥与同步、死锁与饥饿、内存管理、处理器管理、I/O设备管理、文件管理、操作系统安全、操作系统发展等内容，力图反映操作系统领域的新知识与发展，具有较强的系统性和可读性。
本书提供了大量习题，并为部分习题提供了参考答案。除第12章外，各章均设计了实验与思考环节，读者可结合Windows、Linux操作系统，通过实践来加深对理论知识的认识。
本书适合用于高等院校操作系统课程的教学，也可供有一定实践经验的软件开发人员参考，还可以作为参加计算机软件专业技术资格和水平考试相关人员的学习辅导用书。
本书力图全面反映操作系统领域的新知识与发展，具有较强的系统性和可读性。
本书各章由理论和实验两部分组成。理论和实验内容相互配合、相互联系，保证了教学内容的完整性。
配套提供电子课件、习题答案、教学进度表、实验与思考。
操作系统（OS）是管理计算机硬件资源、控制其他程序运行并为用户提供交互界面的系统软件的集合，是直接运行在裸机上的基本的系统软件。任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统是计算机系统的关键组成部分，负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、运作网络与管理文件系统等基本任务。
操作系统是构建在计算机硬件之上的第一层软件，也是基础软件运行平台的主要成分，在计算机系统中占据着重要的地位，是计算机系统的核心和灵魂。操作系统的性能直接影响着计算机系统的工作效率。操作系统原理是计算机类专业中一门非常重要的专业基础课，理论性和实践性都很强。
课程介绍：
和其他基础课程相比，操作系统原理课程有着十分显著的特点。
（1）内容十分广泛和庞杂
操作系统是随着计算机技术的发展和计算机应用的普及而逐渐发展和完善起来的，对操作系统理论的研究也随着操作系统实践的发展而不断深入。操作系统涉及的内容十分广泛，包含了硬件、计算机组成、编译原理、数据结构、软件工程、程序设计等内容。直到今天，人们仍然可以从操作系统原理各类教材的内容组织中看到这些包容的痕迹。例如，中断机构是典型的计算机组成研究的对象，也是多数操作系统原理课程所必须讲述的内容；存储管理中的空闲块管理既是操作系统研究的课题，也是数据结构课程的重要内容之一，等等。
另外，操作系统管理着计算机系统的全部软硬件资源，而这些资源本身种类繁多，特性千差万别。要管理这些资源，就要适应这些资源的差异，从而增加了操作系统的复杂性。
此外，操作系统的实例类型极为丰富。对于操作系统原理这样一门实践性很强的课程，读者必须注意理论与实际的结合，应该了解各种操作系统的实例，跟踪研究成果，以便增加感性认识，从而更深刻地理解操作系统。这也给操作系统原理课程的组织和学习增加了难度。
（2）知识点难度、跨度大
操作系统原理课程中，各知识点的难度和跨度相对而言是比较大的，既有操作系统界面这种常见的内容，也有进程管理这类比较抽象、难度和跨度大的内容，从而给学生在学习中迅速转换角色造成了困难，出现了有的章节一读就懂，一学就会，而有的章节虽已苦读多遍，但仍不得要领的情况。
（3）既抽象又灵活
在操作系统原理课程中，有许多知识点是必须记忆的，表现出来就是概念多。另外，在整个课程中很难找到一根主线。实际上，在不同的环境下，评价操作系统设计策略优劣与否的标准是不同的。举例来说，实时系统要求很高的可靠性和响应及时性，但从批处理系统的要求来看，实时系统却像是在浪费资源。一些经典算法，如银行家算法和LRU算法都是理想的，但几乎都不能运用于实际，这就是操作系统的灵活性。要求读者在学习每一部分内容时，不仅要记住给出的结论，还要认真思考所讨论问题的由来、环境、意义、理论依据和应用背景，并结合实例，做到举一反三。
为学好操作系统原理课程，建议读者根据这门课程的特点，有针对性地加强训练。要结合本书讲授的操作系统实例和实验，深刻领会设计思想。
操作系统原理是计算机类专业本科教学的一门重要的专业方向课程，甚至是计算机专业和其他专业学生的分水岭，其教学效果对学生今后从事计算机应用、大型软件系统开发等都有着深刻的影响。
本书内容：
本书对现代操作系统的概念、结构和机制进行了系统、全面的阐述。全书共12章，包括硬件基础、操作系统概述、进程描述和控制、线程、互斥与同步、死锁与饥饿、内存管理、处理器管理、I/O设备管理、文件管理、操作系统安全、操作系统发展等内容，力图全面反映操作系统领域的新知识与发展，具有较强的系统性和可读性。
课程目标：
通过本书的学习，读者能够系统地掌握操作系统的基本概念、主要功能、设计原理和实现方法，了解操作系统是如何管理计算机系统的资源及控制计算机运行的。读者在此基础上可以更深入、更实际地了解操作系统的结构和设计方法，并达到如下目标。
1）了解操作系统与计算机硬件、其他应用软件及用户的关系。
2）掌握操作系统的主要功能及实现原理。
3）对操作系统的结构问题、死锁问题、抖动（颠簸）问题等重要内容有初步了解。
4）具有独立分析、理解操作系统程序代码的能力。
5）理解和掌握当前流行的Windows、Linux、UNIX操作系统的工作原理和使用方法，为以后在操作系统平台上开发各种应用软件或系统软件奠定坚实的基础。
本书各章由理论和实验两部分组成。理论和实验内容相互配合、相互联系，保证了教学内容的完整性。
本书由金海溶、周苏主编。参加本书编写工作的还有刘志扬、刘均、李超、吕圣军、王文等。本书的编写工作得到浙江工业大学之江学院、浙大城市学院、温州商学院等多所院校师生的支持，在此一并表示感谢。欢迎教师和编者交流。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足，欢迎读者批评指正。
前言
课程教学进度表
第1章硬件基础
11硬件的基本构成
12处理器
121CPU的性能因素
122微处理器的发展
13指令与指令周期
131指令集
132指令周期
14中断
141中断和指令周期
142中断处理
143多个中断
15存储器的层次结构
151存储器的重要特性
152局部性原理
153高速缓存
154启动计算机
16对称多处理器和多核计算机结构
161对称多处理器
162多核计算机
【习题】
【实验与思考】熟悉计算机指令的执行
第2章操作系统概述
21什么是操作系统
211作为用户/计算机接口
212作为资源管理器
213作为扩展机器
214操作系统的核心概念
22操作系统的发展历程
221串行处理
222简单批处理系统
223多道批处理系统
224分时系统
225实时操作系统与网络操作系统
226现代操作系统
23操作系统的容错性
231基本概念
232错误
233操作系统机制
24多处理器和多核操作系统设计因素
241对称多处理器操作系统
242多核操作系统
【习题】
【实验与思考】熟悉操作系统实例
第3章进程描述和控制
31什么是进程
32进程状态
321两状态进程模型
322进程的创建和终止
3235状态进程模型
324被挂起的进程
33进程描述
331操作系统的控制结构
332进程控制结构
34进程控制
341进程创建
342进程切换
35操作系统的执行
351无进程的内核
352在用户进程中执行
353基于进程的操作系统
【习题】
【实验与思考】Windows进程的一生
第4章线程
41线程的概念
411多线程
412线程的属性
413线程的功能特性
414线程和进程的区别
42线程分类
421用户级线程
422内核级线程
423混合方法
43多核和多线程
【习题】
【实验与思考】利用互斥体保护共享资源
第5章互斥与同步
51并发的原理
511关于原语
512同步与互斥概述
513简单举例
514进程的交互
515互斥的要求
52互斥：硬件的支持
53信号量
531信号量的设置
532强信号量的互斥算法
533生产者/消费者问题
534读者/写者问题
54管程
541使用信号的管程
542使用通知和广播的管程
55消息传递
551同步
552寻址
553消息格式
554排队原则
555实施互斥的消息传递
【习题】
【实验与思考】Windows进程同步
第6章死锁与饥饿
61死锁原理
611可抢占资源和不可抢占资源
612可重用资源和可消耗资源
613资源获取
614死锁的定义
615发生资源死锁的条件
62死锁预防
621互斥
622占有且等待
623不可抢占
624循环等待
63死锁避免
631安全状态和不安全状态
632单个与多个资源的银行家算法
64死锁检测和死锁恢复
641死锁检测
642死锁恢复
65活锁与饥饿
651两阶段加锁
652通信死锁
653活锁
654饥饿
66哲学家就餐问题
661基于信号量解决方案
662基于管程解决方案
【习题】
【实验与思考】Windows线程间的通信
第7章内存管理
71内存管理的需求
711交换
712保护
713共享
714逻辑组织
715物理组织
72内存分区
721固定分区
722动态分区
723伙伴系统
724重定位
73分页技术
74分段技术
75虚拟内存的硬件特征
751局部性和虚拟内存
752分页
753分段
754段页式
755保护和共享
76操作系统的内存管理设计
761读取策略
762放置策略
763置换策略
764驻留集管理
765清除策略
766加载控制
【习题】
【实验与思考】Linux用户程序的内存管理
第8章处理器管理
81处理器调度的类型
811长程调度
812中程调度
813短程调度
82调度算法
821短程调度准则
822优先级的使用
823选择调度策略
824公平共享调度
83多处理器调度
831粒度
832设计问题
833进程调度
834线程调度
84实时调度
841实时操作系统的特点
842实时操作系统的特征
843实时调度
844限期调度
845速率单调调度
846优先级反转
【习题】
【实验与思考】进程调度算法模拟实现
第9章I/O设备管理
91I/O硬件原理
911I/O设备
912设备控制器
913内存映射I/O
914直接存储器存取
92I/O软件原理
921I/O软件的目标
922程序控制I/O
923中断驱动I/O
924使用DMA的I/O
93I/O软件层次
931中断处理程序
932设备驱动程序
933与设备无关的I/O软件
934用户空间的I/O软件
94I/O设备管理
941磁盘、光盘及固态硬盘
942磁盘臂调度算法
943磁盘阵列（RAID）
944时钟
95用户界面：键盘、鼠标和监视器
951输入软件
952输出软件
96电源管理
【习题】
【实验与思考】Linux重定向以及对声音设备编程
第10章文件管理
101文件
1011文件命名
1012文件结构
1013文件类型
1014文件存取
1015文件属性
102目录
1021一级目录系统
1022层次目录系统
1023路径名
103文件系统的实现
1031文件系统布局
1032文件的实现
1033目录的实现
104文件系统的管理和优化
1041磁盘空间管理
1042文件系统备份
1043文件系统的一致性
1044文件系统性能
1045磁盘碎片整理
【习题】
【实验与思考】优化Windows系统
第11章操作系统安全
111安全的概念
112威胁、攻击与资产
1121威胁与资产
1122数据意外遗失
1123入侵者
1124恶意软件
1125应对措施
113缓冲区溢出
1131缓冲区溢出攻击
1132编译和运行时防御
114访问控制
1141文件系统控制
1142访问控制策略
1143身份验证控制
115操作系统加固
1151操作系统安装：初装与更新
1152删除不必要的服务、应用与协议
1153配置用户、组和认证过程
1154安装额外的安全控制工具
1155对系统安全进行测试
116安全性维护
1161记录日志
1162数据备份和存档
【习题】
【实验与思考】Windows 11的安全性概览
第12章操作系统发展
121嵌入式操作系统
1211嵌入式系统的概念
1212嵌入式操作系统的特性
1213嵌入式Linux操作系统
1214嵌入式操作系统TinyOS
122虚拟机
1221虚拟机的概念
1222虚拟机管理程序
1223容器虚拟化
1224处理器问题
1225内存管理
1226输入/输出管理
123云操作系统
1231云计算要素
1232云计算参考架构
1233云操作系统的IaaS模型
1234云操作系统的基本架构
124物联网操作系统
1241物联网的概念
1242物联网和云环境
1243受限设备
1244物联网操作系统的要求
1245物联网操作系统架构
125机器人操作系统
【习题】
【课程学习与实验总结】
附录部分习题参考答案
参考文献
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