UNIX操作系統(tǒng)教程

第一章 引論
一、設(shè)置操作系統(tǒng)的目的
（一）設(shè)置操作系統(tǒng)的兩個(gè)目的
（二）軟、硬件資源分類
二、操作系統(tǒng)分類，
（一）實(shí)時(shí)系統(tǒng)
（二）作業(yè)處理系統(tǒng)
三、操作系統(tǒng)的功能
（一）從人工操作到機(jī)器自動(dòng)處理
（二）用快速輸入、輸出代替低速輸入、輸出
（三）從串行操作到并行操作
（四）從單道到多道程序
（五）分時(shí)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)
（六）作業(yè)處理操作系統(tǒng)功能綜合
四、操作系統(tǒng)的特性
（一）并發(fā)
（二）共享
（三）長期的信息儲(chǔ)存
（四）不確定性
五、操作系統(tǒng)的性能
（一）可靠性
（二）效率
（三）可維護(hù)性
六、UNIX操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和特點(diǎn)
（一）UNIX系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展
（二）UNIX系統(tǒng)的某些特點(diǎn)
七、UNIX的結(jié)構(gòu)
（一）UNIX系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
（二）UNIX內(nèi)核源程序結(jié)構(gòu)
習(xí)題
第二章 程序設(shè)計(jì)語言C
一、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符和表達(dá)式
（一）從一個(gè)簡單程序開始
（二）華氏—攝氏溫度對(duì)照表打印程序
（三）數(shù)據(jù)類型
（四）常數(shù)
（五）運(yùn)算符
二、控制流
（一）語句和復(fù)合語句
（二）二路選擇語句if-else
（三）多路選擇語句switch
（四）循環(huán)語句while和for
（五）循環(huán)語句do-while
（六）break和continue語句
（七）goto語句
三、符號(hào)常數(shù)和預(yù)處理程序
（一）符號(hào)常數(shù)
（二）宏代換
（三）文件蘊(yùn)含
（四）條件編譯
四、兩個(gè)輸入、輸出程序及其應(yīng)用
（一）字符輸入和輸出
（二）復(fù)制文件
（三）文件字符、字和行計(jì)數(shù)
五、函數(shù)
(一）函數(shù)的一般形式
（二）一個(gè)例子
（三）返回語句和返回值
（四）參數(shù)傳遞方式
（五）變量存儲(chǔ)類型
（六）遞歸調(diào)用
六、指針
（一）指針和地址
（二）指針和函數(shù)參數(shù)
（三）指針和數(shù)組
（四）指針運(yùn)算
（五）二維數(shù)組和指針
（六）指針和函數(shù)
七、結(jié)構(gòu)
（一）結(jié)構(gòu)的基本形式
（二）結(jié)構(gòu)指針和函數(shù)
（三）結(jié)構(gòu)數(shù)組和指針
（四）結(jié)構(gòu)的靈活應(yīng)用
習(xí)題
第三章 并發(fā)進(jìn)程
一、程序和進(jìn)程
（一）程序的順序執(zhí)行
（二）資源共享和程序的并發(fā)運(yùn)行
（三）各種程序活動(dòng)的相互依賴和制約
（四）進(jìn)程概念的引入和描述
（五）進(jìn)程和程序的區(qū)別和聯(lián)系
（六）對(duì)并發(fā)和不確定性的再說明
二、進(jìn)程的表示及調(diào)度狀態(tài)
（一）進(jìn)程的表示
（二）進(jìn)程的狀態(tài)
三、進(jìn)程通訊
（一）同步
（二）互斥和臨界區(qū)
（三）實(shí)施臨界區(qū)互斥的鎖操作法
（四）信號(hào)量
（五）高級(jí)通訊機(jī)構(gòu)
四、UNIX操作系統(tǒng)中的進(jìn)程
（一）UNIX進(jìn)程與圖象
（二）UNIX進(jìn)程的兩種運(yùn)行狀態(tài)
（三）UNIX進(jìn)程的存儲(chǔ)器圖象
（四）進(jìn)程基本控制塊
（五）進(jìn)程擴(kuò)充控制塊
（六）共享正文段
習(xí)題，
第四章 中斷和陷入
一、概述
（一）中斷及其一般處理過程
（二）中斷優(yōu)先級(jí)和多重中斷
（三）中斷源分類
（四）陷入和系統(tǒng)調(diào)用
二、PDP－11的中斷機(jī)構(gòu)
（一）處理機(jī)狀態(tài)字Ps
（二）中斷的多線、多級(jí)結(jié)構(gòu)
（三）中斷矢量
三、UNIX中斷處理
（一）中斷隱指令
（二）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和參數(shù)傳遞
（三）設(shè)備處理子程序
（四）恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和退出中斷
（五）多重中斷
四、時(shí)鐘管理
（一）時(shí)鐘中斷處理子程序
（二）時(shí)鐘中斷處理的特點(diǎn)
五、陷入處理
（一）陷入分類
（二）陷入處理子程序
六、系統(tǒng)調(diào)用處理
（一）參數(shù)傳遞
（二）系統(tǒng)調(diào)用處理程序入口表
（三）系統(tǒng)調(diào)用基本處理過程
七、小結(jié)
習(xí)題
第五章 存儲(chǔ)管理
一、概述
（一）二級(jí)存儲(chǔ)器及信息傳送
（二）存儲(chǔ)器分配
（三）地址重定位
（四）信息保護(hù)
二、PDP－11內(nèi)存管理機(jī)構(gòu)
（一）虛地址字
（二）內(nèi)存管理寄存器
（三）虛地址到物理地址的轉(zhuǎn)換
三、UNIX存儲(chǔ)管理
（一）在虛、實(shí)地址空間中的UNIX進(jìn)程圖象
（二）虛、實(shí)地址映照
（三）存儲(chǔ)資源管理
（四）UNIX存儲(chǔ)管理中的保護(hù)
（五）UNIX存儲(chǔ)管理小結(jié)
四、虛擬存儲(chǔ)器
（一）虛擬存儲(chǔ)器的基本思想
（二）用分頁技術(shù)實(shí)施虛擬存儲(chǔ)器
（三）段式虛擬存儲(chǔ)器
（四）段頁式虛擬存儲(chǔ)器
（五）在段式系統(tǒng)中的存放位置選擇算法
（六）頁式系統(tǒng)中的淘汰算法
（七）段式系統(tǒng)中的淘汰算法
（八）調(diào)入算法
（九）工作集模型
習(xí)題
第六章 進(jìn)程管理
一、UNIX中進(jìn)程的各種調(diào)度狀態(tài)
（一）運(yùn)行狀態(tài)
（二）睡眠狀態(tài)
（三）其它狀態(tài)
（四）進(jìn)程調(diào)度狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
二、進(jìn)程切換調(diào)度
（一）進(jìn)程調(diào)度的一般原理
（二）UNIX進(jìn)程切換調(diào)度算法
（三）進(jìn)程切換調(diào)度的條件和時(shí)機(jī)
（四）進(jìn)程切換調(diào)度程序Swtch
（五）UNIX進(jìn)程調(diào)度小結(jié)
三、進(jìn)程的睡眠和喚醒
（一）進(jìn)程睡眠
（二）喚醒睡眠進(jìn)程
*（三）系統(tǒng)調(diào)用sleep（seconds）
四、進(jìn)程圖象在內(nèi)存和盤交換區(qū)之間的傳送
（一）進(jìn)程圖象傳送和切換調(diào)度的關(guān)系
（二）進(jìn)程圖象調(diào)入內(nèi)存算法
（三）進(jìn)程圖象調(diào)出內(nèi)存算法
（四）進(jìn)程圖象傳送程序sched
（五）進(jìn)程圖象傳送對(duì)系統(tǒng)性能的影響
五、進(jìn)程的創(chuàng)建
（一）進(jìn)程的樹形體系
（二）創(chuàng)建進(jìn)程的基本任務(wù)和方式
（三）創(chuàng)建進(jìn)程的基本工作過程
（四）創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用fork
六、進(jìn)程終止和父、子進(jìn)程的同步
（一）進(jìn)程自我終止
（二）父進(jìn)程等待子進(jìn)程終止
＊七、數(shù)據(jù)段和橫段的擴(kuò)大、縮小
（一）進(jìn)程占用存儲(chǔ)區(qū)的長度變更
（二）用戶棧的擴(kuò)充
（三）數(shù)據(jù)段長度的變更
習(xí)題
第七章 信號(hào)和跟蹤
一、概述
二、信號(hào)機(jī)構(gòu)的工作原理
（一）信號(hào)類型
（二）信號(hào)的產(chǎn)生、傳送和同步
（三）信號(hào)處理方式
（四）信號(hào)檢測(cè)和處理
（五）信號(hào)機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例
三、跟蹤機(jī)構(gòu)的工作原理
（一）父、子進(jìn)程的基本跟蹤過程
（二）跟蹤要求和命令的提出及傳送
（三）跟蹤處理過程的啟動(dòng)及stop程序
（四）系統(tǒng)調(diào)用Wait在跟蹤機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用
（五）跟蹤命令的執(zhí)行和procxmt程序
（六）跟蹤機(jī)構(gòu)工作綜述
＊四、跟蹤機(jī)構(gòu)在斷點(diǎn)調(diào)試中的應(yīng)用
習(xí)題
第八章 字符塊設(shè)備管理
一、概述
（一）設(shè)備分類
（二）設(shè)備管理的設(shè)計(jì)目標(biāo)
（三）通道
（四）緩沖技術(shù)
二、PDP－11磁盤設(shè)備
三、UNIX塊設(shè)備管理的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
（一）緩沖存儲(chǔ)區(qū)及緩存控制塊
（二）塊設(shè)備表
（三）塊設(shè)備開關(guān)表
四、緩沖存儲(chǔ)區(qū)管理
（一）兩種緩沖存儲(chǔ)區(qū)管理隊(duì)列
（二）緩存管理算法
（三）緩存管理隊(duì)列的初始狀態(tài)及變化過程
五、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)
（一）輸入／輸出請(qǐng)求塊及其隊(duì)列
（二）塊設(shè)備啟動(dòng)
（三）塊設(shè)備中斷處理和同步操作
六、塊設(shè)備讀、寫技術(shù)
（一）字符塊輸入
（二）字符塊輸出
＊（三）不使用緩存的塊設(shè)備讀、寫
七、UNIX塊設(shè)備管理小結(jié)
習(xí)題
第九章 字符設(shè)備管理
一、概述
二、字符緩沖技術(shù)
（一）小型字符緩存及其隊(duì)列
（二）字符緩存管理
三、字符設(shè)備開關(guān)、設(shè)備表和設(shè)備寄存器組
（一）字符設(shè)備開關(guān)
（二）終端機(jī)設(shè)備表
（三）設(shè)備寄存器組
四、終端機(jī)的I／O字符處理及設(shè)備驅(qū)動(dòng)
（一）終端機(jī)I／O字符處理
（二）終端機(jī)驅(qū)動(dòng)
五、終端機(jī)讀、寫操作
（一）終端機(jī)讀操作
（二）終端機(jī)寫操作
（三）終端機(jī)讀、寫操作過程綜合
＊六、終端機(jī)的打開和關(guān)閉
（一）終端機(jī)的打開
（二）終端機(jī)的關(guān)閉
*七、spooling技術(shù)簡介
習(xí)題
第十章 文件管理系統(tǒng)
一、概述
二、文件系統(tǒng)的用戶界面
（一）文件的創(chuàng)建和取消、打開和關(guān)閉
（二）文件的讀、寫
（三）隨機(jī)存取
三、目錄結(jié)構(gòu)
（一）一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)
（二）二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)
（三）多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)
（四）目錄和目錄文件
（五）目錄項(xiàng)
四、文件的結(jié)構(gòu)和存取方法
（一）文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)
（二）文件的三種物理組織方法
五、文件存儲(chǔ)空間的管理
六、文件的共享、保護(hù)保密和文件系統(tǒng)的完整性
（一）文件的共享和保護(hù)保密
（二）文件系統(tǒng)的完整性
七、UNIX文件系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和算法
（一）文件控制塊inode
（二）文件索引結(jié)構(gòu)
（三）文件目錄結(jié)構(gòu)和目錄中的勾連
（四）內(nèi)存打開文件結(jié)構(gòu)門
（五）文件系統(tǒng)存儲(chǔ)資源管理
（六）子文件系統(tǒng)裝卸和裝配塊表
（七）各主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系
八、UNIX文件系統(tǒng)的實(shí)施
（一）文件讀、寫和地址變換
（二）文件的創(chuàng)建、打開、取消和目錄搜索二
習(xí)題
第十一章 進(jìn)程通訊和死鎖
一、UNIX進(jìn)程通訊機(jī)構(gòu)pipe
（一）pipe機(jī)構(gòu)的引入
（二）pipe的基本組成
（三）pipe文件的讀、寫
（四）pipe應(yīng)用示例
二、UNIX中的臨界區(qū)互斥
三、死鎖
（一）產(chǎn)生死鎖的條件
（二）死鎖的防止
（三）死鎖的檢測(cè)和解除
（四）死鎖的避免
習(xí)題
第十二章 系統(tǒng)初啟和再生
一、系統(tǒng)初啟
（一）系統(tǒng)初啟的主要工作
（二）系統(tǒng)初啟程序
二、進(jìn)程圖象改換和文件的執(zhí)行
（一）可執(zhí)行目標(biāo)程序文件的組成
（二）改換進(jìn)程圖象系統(tǒng)調(diào)用exec和參數(shù)傳遞
（三）exec的基本執(zhí)行過程
（四）exec的兩種用法
三、UNIX操作系統(tǒng)的再生
（一）操作系統(tǒng)再生的幾種情況
（二）UNIX核源代碼的組織
（三）UNIX核目標(biāo)代碼的組織
（四）系統(tǒng)再生的基本過程
習(xí)題
第十三章 命令控制語言及其解釋程序
一、概述
二、UNIX命令語言shell
（一）簡單命令
（二）后臺(tái)命令
（三）輸入、輸出轉(zhuǎn)向
（四）管道命令
（五）命令表和命令行
（六）模式匹配和文件名參數(shù)
（七）元字符的轉(zhuǎn)義
（八）Shell過程
三、shell解釋程序的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
（一）shell解釋程序的基本結(jié)構(gòu)
（二）命令行的讀入
（三）命令行的分析和命令行樹的構(gòu)成
（四）命令行樹的執(zhí)行
（五）命令樹和進(jìn)程族
習(xí)題
第十四章 并發(fā)Pascal和Solo操作系統(tǒng)
一、概述
二、一個(gè)并發(fā)程序的例子
（一）問題的提出
（二）抽象數(shù)據(jù)類型
（三）行李托運(yùn)系統(tǒng)的完整程序
三、Solo操作系統(tǒng)簡介
（一）系統(tǒng)基本性能
（二）系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)
（三）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流
（四）系統(tǒng)的控制流
參考文獻(xiàn)    　前言
    操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的基本系統(tǒng)軟件之一，它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件中占有中心地位。操作系統(tǒng)的主要作用是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)包含的各種軟、硬件資源進(jìn)行合理的管理，為用戶創(chuàng)造一個(gè)方便、有效、安全、可靠地使用計(jì)算機(jī)的工作環(huán)境。
    本教材以國際知名、使用廣泛的UNIX操作系統(tǒng)為線索，闡述操作系統(tǒng)的基本概念、工作原理和實(shí)施技術(shù)。編寫本書時(shí)，注意了理論和實(shí)踐的結(jié)合以及培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的能力。在介紹操作系統(tǒng)的一般概念和工作原理時(shí)，本書盡可能通過UNIX加以展開，使得各個(gè)部分有機(jī)地聯(lián)系起來；在介紹UNIX實(shí)施技術(shù)時(shí)，則注意突出重點(diǎn)，避免過多地陷入細(xì)節(jié)。
    本書共分十四章。第一章概要介紹設(shè)置操作系統(tǒng)的目的，操作系統(tǒng)的分類、功能、特性以及UNIX操作系統(tǒng)概況。第二章介紹程序設(shè)計(jì)語言C，其主要目的是使讀者能順利地閱讀。本書其它章節(jié)中包含的用C語言編寫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序。第三章闡述進(jìn)程的基本概念、調(diào)度狀態(tài)、進(jìn)程通訊以及UNIX中進(jìn)程的基本控制結(jié)構(gòu)。第四章到十三章，結(jié)合UNIX操作系統(tǒng)介紹操作系統(tǒng)各主要組成部分的工作原理和實(shí)施技術(shù)，包括：中斷和陷入、存儲(chǔ)管理、進(jìn)程管理、信號(hào)和跟蹤、字符塊和字符設(shè)備管理、文件管理系統(tǒng)、進(jìn)程通訊和死鎖、系統(tǒng)的初啟和再生以及操作系統(tǒng)面向用戶的界面等。這樣就從里向外，使讀者獲得操作系統(tǒng)作為一個(gè)整體的活動(dòng)著的圖象。最后一章簡要介紹了操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
    本書是作為計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程類專業(yè)的教材編寫的，也可供有關(guān)科技人員參考。為了獲得比較滿意的教學(xué)效果，建議貫徹精講多練的原則，盡可能要求學(xué)生閱讀UNIX源代碼中的某些關(guān)鍵段落，并加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)。本書中帶＊號(hào)的章節(jié)可按具體情況選擇。
    本書第一到第十三章由尤晉元編寫，第十四章由徐良賢編寫，王志良參加了本書大綱的編寫以及部分初稿的修改工作。
    本書的主審單位是西安交通大學(xué)，主審人是施鴻寶老師，他對(duì)本書的編寫給予了積極的支持和幫助，提出過很多建設(shè)性的意見。本書編寫時(shí)也得到了侯文永等老師的幫助，我們的許多學(xué)生對(duì)本書初稿也曾提出過許多改進(jìn)意見。在此我們表示誠摯的感謝。
    由于編者水平有限，書中一定還有很多錯(cuò)誤和不妥之處，懇切希望讀者予以指正。