计算机操作系统教程（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材·清华大学计算机系列教材

　　

　　配套教程指导：《计算机操作系统教程（第4版）习题解答与实验指导/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》

本书荣获如下奖项：
　　全国普通高等学校优秀教材一等奖
　　普通高等教育“十一五”国家级规划教材
　　本书有配套的《计算机操作系统教程（第4版）习题解答与实验指导》（书号：978-7-302-33675-4），本书提供ppt课件，可到清华大学出版社官网下载。
　　

　　操作系统是现代计算机系统中必不可少的基本系统软件，也是计算机专业的必修课程和从事计算机应用人员必不可少的知识。
　　《计算机操作系统教程（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材·清华大学计算机系列教材》共12章，主要内容包括操作系统用户界面、进程与线程管理、处理机管理、内存管理、文件系统与设备管理等基本原理及Linux和Windows两个主流操作系统的内核介绍。
　　《计算机操作系统教程（第4版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材·清华大学计算机系列教材》可作为高等院校计算机专业或相关专业操作系统课程的教材，也可供有关科技人员自学或参考。

第1章 绪论
1.1 操作系统概念
1.2 操作系统的历史
1.2.1 手工操作阶段
1.2.2 早期批处理
1.2.3 多道程序系统
1.2.4 分时操作系统
1.2.5 实时操作系统
1.2.6 通用操作系统
1.2.7 操作系统的进一步发展
1.3 操作系统的基本类型
1.3.1 批处理操作系统
1.3.2 分时系统
1.3.3 实时系统
1.3.4 通用操作系统
1.3.5 个人计算机上的操作系统
1.3.6 网络操作系统
1.3.7 分布式操作系统
1.4 操作系统功能
1.4.1 处理机管理
1.4.2 存储管理
1.4.3 设备管理
1.4.4 信息管理（文件系统管理）
1.4.5 用户接口
1.5 计算机硬件简介
1.5.1 计算机的基本硬件元素
1.5.2 与操作系统相关的几种主要寄存器
1.5.3 存储器的访问速度
1.5.4 指令的执行与中断
1.5.5 操作系统的启动
1.6 算法的描述
1.7 研究操作系统的几种观点
1.7.1 计算机资源管理者的观点
1.7.2 用户界面的观点
1.7.3 进程管理的观点
本章小结
习题

第2章 操作系统用户界面
2.1 简介
2.2 一般用户的输入输出界面
2.2.1 作业的定义
2.2.2 作业组织
2.2.3 一般用户的输入输出方式
2.3 命令控制界面
2.4 Linux与Windows的命令控制界面
2.4.1 Linux的命令控制界面
2.4.2 Windows的命令控制界面
2.5 系统调用
2.6 Linux和Windows的系统调用
2.6.1 Linux系统调用
2.6.2 Windows系统调用
本章小结
习题

第3章 进程管理
3.1 进程的概念
3.1.1 程序的并发执行
3.1.2 进程的定义
3.2 进程的描述
3.2.1 进程控制块
3.2.2 进程上下文
3.2.3 进程上下文切换
3.2.4 进程空间与大小
3.3 进程状态及其转换
3.3.1 进程状态
3.3.2 进程状态转换
3.4 进程控制
3.4.1 进程创建与撤销
3.4.2 进程的阻塞与唤醒
3.5 进程互斥
3.5.1 资源共享所引起的制约
3.5.2 互斥的加锁实现
3.5.3 信号量和P、V原语
3.5.4 用P、V原语实现进程互斥
3.6 进程同步
3.6.1 同步的概念
3.6.2 私用信号量
3.6.3 用P、V原语操作实现同步
3.6.4 生产者消费者问题
3.7 进程通信
3.7.1 进程的通信方式
3.7.2 消息缓冲机制
3.7.3 邮箱通信
3.7.4 进程通信的实例——和控制台的通信
3.7.5 进程通信的实例——管道
3.8 死锁问题
3.8.1 死锁的概念
3.8.2 死锁的消除方法
3.9 线程的概念
3.9.1 为什么要引入线程
3.9.2 线程的基本概念
3.9.3 线程与进程的区别
3.9.4 线程的适用范围
3.10 线程分类与执行
3.10.1 线程的分类
3.10.2 线程的执行特性
本章小结
习题

第4章 处理机调度
4.1 分级调度
4.1.1 作业的状态及其转换
4.1.2 调度的层次
4.1.3 作业与进程的关系
4.2 作业调度
4.2.1 作业调度功能
4.2.2 作业调度目标与性能衡量
4.3 进程调度
4.3.1 进程调度的功能
4.3.2 进程调度的时机
4.3.3 进程调度性能评价
4.4 调度算法
4.5 算法评价
4.5.1 FCFS方式的调度性能分析
4.5.2 轮转法调度性能评价
4.5.3 线性优先级法的调度性能
4.6 实时系统调度方法
4.6.1 实时系统的特点
4.6.2 实时调度算法的分类
4.6.3 时限调度算法与频率单调调度算法
本章小结
习题

第5章 存储管理
5.1 存储管理的功能
5.1.1 虚拟存储器
5.1.2 地址变换
5.1.3 内外存数据传输的控制
5.1.4 内存的分配与回收
5.1.5 内存信息的共享与保护
5.2 分区存储管理
5.2.1 分区管理基本原理
5.2.2 分区的分配与回收
5.2.3 有关分区管理其他问题的讨论
5.3 覆盖与交换技术
5.3.1 覆盖技术
5.3.2 交换技术
5.4 页式管理
5.4.1 页式管理的基本原理
5.4.2 静态页面管理
5.4.3 动态页式管理
5.4.4 请求页式管理中的置换算法
5.4.5 存储保护
5.4.6 页式管理的优缺点
5.5 段式与段页式管理
5.5.1 段式管理的基本思想
5.5.2 段式管理的实现原理
5.5.3 段式管理的优缺点
5.5.4 段页式管理的基本思想
5.5.5 段页式管理的实现原理
5.6 局部性原理和抖动问题
本章小结
习题134
第6章 进程与存储管理示例
6.1 Linux进程和存储管理简介
6.2 Linux进程结构
6.2.1 进程的概念
6.2.2 进程的虚拟地址结构
6.2.3 进程上下文
6.2.4 进程的状态和状态转换
6.2.5 小结
6.3 Linux进程控制
6.3.1 Linux启动及进程树的形成
6.3.2 进程控制
6.4 Linux进程调度
6.5 Linux进程通信
6.5.1 Linux的低级通信
6.5.2 进程间通信
6.6 Linux存储管理
6.6.1 虚存空间和管理
6.6.2 请求调页技术
本章小结
习题

第7章 Windows的进程与内存管理
7.1 WindowsNT的特点及相关的概念
7.1.1 WindowsNT体系结构的特点
7.1.2 Windows的管理机制
7.2 Windows进程和线程
7.2.1 Windows的进程和线程的定义
7.2.2 进程和线程的关联
7.2.3 Windows进程的结构
7.2.4 Windows线程的结构
7.2.5 Windows进程和线程的创建
7.3 Windows处理器调度机制
7.3.1 调度优先级
7.3.2 线程状态
7.3.3 线程调度机制
7.4 Windows的内存管理
7.4.1 内存管理器
7.4.2 内存管理的机制
7.5 虚拟地址空间
7.5.1 虚拟地址空间布局
7.5.2 虚拟地址转换
7.6 页面调度
7.6.1 缺页处理
7.6.2 工作集及页面调度策略
7.6.3 页框号和物理内存管理
本章小结
习题

第8章 文件系统
8.1 文件系统的概念
8.2 文件的逻辑结构与存取方法
8.2.1 逻辑结构
8.2.2 存取方法
8.3 文件的物理结构与存储设备
8.3.1 文件的物理结构
8.3.2 文件存储设备
8.4 文件存储空间管理
8.5 文件目录管理
8.5.1 文件的组成
8.5.2 文件目录
8.5.3 便于共享的文件目录
8.5.4 目录管理
8.6 文件存取控制
8.7 文件的使用
8.8 文件系统的层次模型
本章小结
习题

第9章 设备管理
9.1 引言
9.1.1 设备的类别
9.1.2 设备管理的功能和任务
9.2 数据传送控制方式
9.2.1 程序直接控制方式
9.2.2 中断方式
9.2.3 DMA方式
9.2.4 通道控制方式
9.3 中断技术
9.3.1 中断的基本概念
9.3.2 中断的分类与优先级
9.3.3 软中断
9.3.4 中断处理过程
9.4 缓冲技术
9.4.1 缓冲的引入
9.4.2 缓冲的种类
9.4.3 缓冲池的管理
9.5 设备分配
9.5.1 设备分配用数据结构
9.5.2 设备分配的原则
9.5.3 设备分配算法
9.6 I/O进程控制
9.6.1 I/O控制的引入
9.6.2 I/O控制的功能
9.6.3 I/O控制的实现
9.7 设备驱动程序
本章小结
习题

第10章 Linux文件系统
10.1 Linux文件系统的特点与文件类别
10.1.1 特点
10.1.2 文件类型
10.2 Linux的虚拟文件系统
10.2.1 虚拟文件系统框架
10.2.2 Linux虚拟文件系统的数据结构
10.2.3 VFS的系统调用
10.3 文件系统的注册和挂装
10.3.1 文件系统注册
10.3.2 已挂装文件系统描述符链表
10.3.3 挂装根文件系统
10.3.4 挂装一般文件系统
10.3.5 卸载文件系统
10.4 进程与文件系统的联系
10.4.1 系统打开文件表
10.4.2 用户打开文件表
10.4.3 进程的当前目录和根目录
10.5 ext2文件系统
10.5.1 ext2文件系统的存储结构
10.5.2 ext2文件系统主要的磁盘数据结构
10.5.3 ext2文件系统的内存数据结构
10.5.4 数据块寻址
10.6 块设备驱动
10.6.1 设备配置
10.6.2 设备驱动程序的接口
10.7 字符设备驱动
本章小结
习题

第11章 Windows的设备管理和文件系统
11.1 WindowsI/O系统的结构
11.1.1 设计目标
11.1.2 设备管理服务
11.2 设备驱动程序和I/O处理
11.2.1 设备驱动类型和结构
11.2.2 Windows的I/O处理
11.3 Windows的文件系统
11.3.1 Windows磁盘管理
11.3.2 Windows文件系统格式
11.3.3 Windows文件系统驱动
11.4 NTFS文件系统
11.4.1 NTFS的特点
11.4.2 NTFS的磁盘结构
11.4.3 NTFS的文件系统恢复
本章小结
习题

第12章 嵌入式操作系统简介
12.1 嵌入式操作系统的总体架构
12.1.1 嵌入式操作系统特点及分类
12.1.2 嵌入式操作系统的总体架构
12.2 嵌入式操作系统的任务管理
12.2.1 多任务机制
12.2.2 任务状态和任务状态迁移
12.2.3 任务调度
12.2.4 任务间通信
12.2.5 VxWorks任务管理
12.3 内存管理
12.3.1 动态内存管理机制
12.3.2 VxWorks动态内存管理函数
12.3.3 虚拟内存管理机制
12.3.4 VxWorks虚拟内存管理
12.4 设备管理与文件系统
12.4.1 I/O系统内部结构
12.4.2 实时内核的中断管理
12.4.3 基本I/O操作流程
12.4.4 VxWorks的I/O接口
12.4.5 文件系统架构及操作
12.4.6 VxWorks文件系统
12.5 嵌入式操作系统的开发
12.5.1 集成开发环境Tornado
12.5.2 VxWorks的交叉编译开发环境
12.5.3 实例开发的设计与实现过程
本章小结
习题
参考文献

　　第4版前言
　　计算机技术的飞速发展超过了人们的想象。操作系统作为一门计算机的基础课程，无论是对计算机等信息技术专业的学生或研究人员，还是对一般计算机应用人员而言，都是非常有益和重要的。
　　本书自1993年出版以来，得到了广大读者的支持和厚爱。特别是1999年第2版之后，本书更得到了许多学校的老师和学生们的支持。这令编著者非常感动。在前3版的基础上，结合嵌入式系统技术及操作系统技术的发展，我们对本书内容进行了新的补充。
　　本书的改编考虑了如下几个事实：
　　首先，这是一本讲授操作系统基本原理的本科生教材，因此讲授内容不宜过深过细，而重在强调“为什么”、“是什么”和“怎样做”。因此，本书未在基本概念及基本原理方面进行变动。
　　其次，考虑到Linux 2.6和Windows NT 6.0内核版本是目前正在使用的主流操作系统内核版本，本书的操作系统实例在第3版中的Linux 2.4和Windows NT的基础上，适当补充了Linux 2.6和Windows NT 6.0内核版本的一些内容。
　　第三，考虑到嵌入式系统的发展，本书在最后增加了嵌入式操作系统的管理机制、嵌入式操作系统的集成开发环境及开发过程的内容，并对实验和习题进行了改写。
　　本书共12章。第1章简要介绍操作系统的基本概念、功能、分类以及发展历史等。第2章主要讨论操作系统的两种界面和简单的使用操作方法。第3章介绍进程与线程管理的有关概念和技术。第4章主要介绍处理机管理和调度策略。调度策略与算法主要用于处理机管理，但在交换区等其他资源分配时也被大量使用。第5章介绍存储管理，包括分区、分页、分段和段页式管理等。作为进程管理与存储管理的实例，第6章和第7章分别介绍Linux和Windows NT的进程与存储管理系统。第8章介绍文件系统。第9章讲述设备管理技术。第10章和第11章则在第8章与第9章的基础上介绍Linux和Windows NT的文件和设备管理方法。第12章简述了嵌入式操作系统的基本原理、嵌入式操作系统的集成开发环境及开发过程。
　　本书的讲授学时可安排为约68～76学时： 第1章为2学时，第2章为4学时，第3章为8～10学时，第4章为6学时，第5章为6～8学时，第6章为8学时，第7章为6学时，第8章为8学时，第9章为6学时，第10章与第11章分别为4～6学时和4学时，第12章6～8学时。教师也可根据自己的教学计划安排学时。
　　本书第1章的1.1节至1.4节以及1.7节由史美林教授编写，第7章和第11章由微软亚洲研究院张高博士编写，第12章由中南大学宋虹编写，第6章和第10章由红旗Linux公司门小燕女士提供了资料，其他章节由张尧学编写。
　　在本书的改编过程中，清华大学史美林教授和华北水利水电学院朱贵良教授提供了宝贵的意见和修改建议；清华大学杨华杰同志帮助整理和试做了所有习题和实验；还有教育部领导和同事们对编著者“不务正业”的容忍和给予时间上的便利。多少个节假日不能休息，不能和家庭团聚，但家人们仍然毫无怨言，以最大的爱支持我们的工作，编著者们对他们致以万分的感谢！没有大家的支持，本书的改编是不可能完成的。
　　由于编著者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。
　　编著者
　　2013年6月