現代操作系統教程（慕課版）

本書重點對現代操作系統的概念/特徵、結構模塊、運行環境等進行深入淺出的闡述，以幫助讀者全面把握操作系統的知識體系、工作原理和關鍵技術；另外，還對電腦操作系統以外的新型操作系統進行了介紹，例如雲操作系統、移動操作系統和物聯網操作系統等。通過對本書的學習，讀者還可以進一步瞭解操作系統的發展歷程、研究現狀和未來方向，並逐步具備"透過技術看本質、透過變化看趨勢，把握操作系統發展脈絡"的能力。

為了協助讀者高效率地學好操作系統，本書還提供了配套在線教學視頻。這也是本書的一項重要特色。

徐小龍,2011年獲得國家留學基金委資助赴英國從事博士後研究。現為ACM會員、IEEE會員、中國計算機學會高級會員、中國電子學會青年科學家、江蘇省計算機學會“計算機安全專委會”常務委員、江蘇省計算機學會“計算機與通信專委會”副主任委員兼秘書長。入選江蘇省“333工程”高層次人才、江蘇省高層次創新創業人才、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省“青藍工程”優秀青年骨干教師，江蘇省優秀計算機科技工作者。

D 1章
操作系統緒論　1
1.1　基本概述　2
1.1.1　操作系統的地位和作用　2
1.1.2　操作系統的定義　3
1.1.3　操作系統的功能　3
1.1.4　操作系統的特性　5
1.1.5　操作系統的性能　7
1.2　操作系統的形成和發展　8
1.2.1　硬件的發展　8
1.2.2　執行系統階段　8
1.2.3　多道程序系統階段　8
1.3　操作系統的結構設計　9
1.3.1　整體式結構　10
1.3.2　層次式結構　10
1.3.3　虛擬機結構　11
1.3.4　客戶機/服務器結構　12
1.3.5　微內核結構　12
1.4　操作系統的引導啟動　13
1.4.1　計算機的啟動過程　13
1.4.2　操作系統的啟動過程　13
1.5　操作系統的人機接口　13
1.5.1　操作界面　13
1.5.2　系統調用與編程接口　14
1.6　本章小結　14
習題1　14

D 2章
處理器管理　16
2.1　進程及其實現　17
2.1.1　進程定義　17
2.1.2　進程的類型和特性　17
2.1.3　進程的狀態和轉換　18
2.1.4　進程控制塊　20
2.1.5　進程上下文　20
2.1.6　進程切換與處理器狀態切換　21
2.2　進程控制　22
2.2.1　進程控制原語　22
2.2.2　進程的創建　22
2.2.3　進程的阻塞和喚醒　23
2.2.4　進程的撤銷　24
2.2.5　進程的掛起和激活　24
2.3　處理器調度　24
2.3.1　處理器調度的模式　24
2.3.2　處理器調度的原則　26
2.3.3　處理器調度的算法　26
2.3.4　單道環境下的調度　29
2.3.5　多道環境下的調度　32
2.3.6　低級調度的方式與算法　33
2.4　進程聯繫　35
2.4.1　順序程序與順序環境　35
2.4.2　並發環境與並發進程　35
2.4.3　與時間有關的不確定　35
2.4.4　相交進程與無關進程　37
2.4.5　進程同步與進程互斥　37
2.5　臨界區管理　38
2.5.1　臨界區及其使用原則　38
2.5.2　臨界區管理軟件方法　38
2.5.3　臨界區管理硬件方法　41
2.5.4　軟、硬件方法的問題　42
2.6　信號量與P/V操作　43
2.6.1　信號量　43
2.6.2　P/V操作　43
2.6.3　基本問題的解決　44
2.6.4　信號量及P/V操作使用規律　47
2.6.5　經典進程互斥問題　48
2.6.6　經典進程同步問題　53
2.7　進程通信　58
2.7.1　進程通信的概念與類型　58
2.7.2　低級通信之信號通信　59
2.7.3　GJ通信之共享緩衝區通信　60
2.7.4　GJ通信之消息通信　61
2.7.5　GJ通信之管道通信　61
2.8　進程死鎖　62
2.8.1　進程死鎖的概念與條件　62
2.8.2　進程死鎖的預防機制　64
2.8.3　進程死鎖的避免機制　65
2.8.4　進程死鎖檢測與解決　68
【補充閱讀】CPU相關知識回顧　69
【補充閱讀】線程及其基本概念　71
2.9　本章小結　72
習題2　72

D3章
存儲管理　78
3.1　基本概述　79
3.1.1　計算機中的存儲體系　79
3.1.2　存儲管理目標及任務　79
3.1.3　連續存儲區管理方案　80
3.1.4　分區存儲的管理方案　81
3.1.5　存儲覆蓋與交換技術　84
3.1.6　存儲保護技術　85
3.1.7　分區存儲管理的優點和缺點　86
3.2　分頁存儲管理機制　86
3.2.1　邏輯頁面與物理頁框　86
3.2.2　分頁存儲的管理表格　87
3.2.3　分頁存儲的地址轉換　88
3.2.4　相聯存儲器與快表技術　89
3.2.5　物理頁框的分配流程　90
3.3　分段存儲管理機制　90
3.3.1　邏輯分段與內存劃分　90
3.3.2　分段存儲的管理表格　91
3.3.3　分段存儲的地址轉換　92
3.3.4　分頁和分段存儲比較　93
3.4　虛擬存儲管理機制　93
3.4.1　程序訪問局部性原理　93
3.4.2　虛擬存儲器基本原理　94
3.4.3　分頁式虛擬存儲管理　94
3.4.4　典型的頁面置換算法　95
3.4.5　分段式虛擬存儲管理　99
3.5　本章小結　99
習題　3　99

D4章
I/O設備管理　103
4.1　基本概述　104
4.1.1　計算機輸入/輸出系統　104
4.1.2　輸入/輸出系統的特點　104
4.1.3　輸入/輸出設備的類型　105
4.1.4　設備管理模塊的設計目標　105
4.2　設備控制方式　105
4.2.1　典型控制方式　105
4.2.2　基於詢問的設備控制　106
4.2.3　基於中斷的設備控制　106
4.2.4　基於DMA的設備控制　107
4.2.5　基於通道的設備控制　107
4.3　緩衝技術　107
4.3.1　緩衝技術的基本思想　107
4.3.2　引入緩衝技術的目標　108
4.3.3　緩衝技術的分類　108
4.4　外存儲設備管理　109
4.4.1　典型外存儲設備類型　109
4.4.2　硬盤的存儲空間管理　110
4.4.3　硬盤的數據訪問時間　110
4.4.4　硬盤驅動臂調度算法　110
4.5　本章小結　112
習題4　112

D5章
文件管理　115
5.1　基本概述　116
5.1.1　文件的基本定義　116
5.1.2　文件的基本屬性　116
5.1.3　文件的典型類型　116
5.1.4　文件系統的模型　117
5.2　文件目錄　117
5.2.1　文件目錄的基本定義　117
5.2.2　文件目錄的基本要求　118
5.2.3　文件控制塊和i-Dde　118
5.2.4　文件目錄的典型結構　119
5.3　文件的物理結構　120
5.3.1　文件物理結構的含義　120
5.3.2　順序文件結構　121
5.3.3　鏈接文件結構　122
5.3.4　索引文件結構　124
5.3.5　文件物理結構性能比較　125
5.4　文件安全　126
5.4.1　文件安全的基本要求　126
5.4.2　文件存取控制矩陣　126
5.4.3　文件存取控製表　127
5.4.4　口令和密碼　127
5.5　本章小結　128
習題5　128

D6章
雲操作系統　130
6.1　雲計算技術　131
6.1.1　雲計算定義　131
6.1.2　雲數據中心　131
6.1.3　雲計算特徵　132
6.1.4　雲計算應用　133
6.2　OpenStack　133
6.2.1　OpenStack簡介　133
6.2.2　OpenStack的組件　133
6.2.3　OpenStack平台應用　137
6.3　虛擬化技術　138
6.3.1　虛擬化技術概述　138
6.3.2　虛擬化關鍵技術　139
6.3.3　虛擬化主流軟件　140
6.3.4　虛擬機遷移技術　141
6.4　容器技術　142
6.4.1　容器技術概述　142
6.4.2　Docker核心技術　142
6.4.3　Docker調度工具　143
6.4.4　Docker應用場景　144
6.5　本章小結　145
習題6　145

D7章
移動操作系統　147
7.1　移動計算　148
7.1.1　移動網絡通信　148
7.1.2　移動計算技術　148
7.1.3　移動雲計算　149
7.2　移動計算設備　151
7.2.1　移動計算節點　151
7.2.2　典型移動終端設備　151
7.2.3　可穿戴計算設備　152
7.3　移動終端操作系統　153
7.3.1　系統發展簡況　153
7.3.2　iOS系統　153
7.3.3　Android系統　153
7.4　本章小結　155
習題7　155

D8章
物聯網操作系統　157
8.1　基本概述　158
8.1.1　物聯網系統構成　158
8.1.2　無線傳感網　159
8.2　物聯網軟件系統　161
8.2.1　物聯網軟件系統的層次　161
8.2.2　物聯網操作系統　161
8.3　典型物聯網操作系統　162
8.3.1　HarmonyOS　162
8.3.2　TencentOS Tiny　163
8.3.3　其他開源物聯網操作系統　164
8.4　本章小結　165
習題8　165

D9章
課程實驗項目　166
9.1　實驗項目1：進程創建實踐　167
9.2　實驗項目2：進程的變異、等待與終止　171
9.3　實驗項目3：內存操作實踐　173
9.4　實驗項目4：文件操作實踐　175
9.5　實驗項目5：雲操作系統OpenStack安裝與部署　177
9.6　進階設計類實驗項目　185

參考文獻　188