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)的兩個目的
（二）軟、硬件資源分類
二、操作系統(tǒng)分類，
（一）實時系統(tǒng)
（二）作業(yè)處理系統(tǒng)
三、操作系統(tǒng)的功能
（一）從人工操作到機器自動處理
（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）可維護性
六、UNIX操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和特點
（一）UNIX系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展
（二）UNIX系統(tǒng)的某些特點
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)計語言C
一、數(shù)據(jù)類型、運算符和表達式
（一）從一個簡單程序開始
（二）華氏—攝氏溫度對照表打印程序
（三）數(shù)據(jù)類型
（四）常數(shù)
（五）運算符
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、符號常數(shù)和預(yù)處理程序
（一）符號常數(shù)
（二）宏代換
（三）文件蘊含
（四）條件編譯
四、兩個輸入、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、字和行計數(shù)
五、函數(shù)
(一）函數(shù)的一般形式
（二）一個例子
（三）返回語句和返回值
（四）參數(shù)傳遞方式
（五）變量存儲類型
（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)進程
一、程序和進程
（一）程序的順序執(zhí)行
（二）資源共享和程序的并發(fā)運行
（三）各種程序活動的相互依賴和制約
（四）進程概念的引入和描述
（五）進程和程序的區(qū)別和聯(lián)系
（六）對并發(fā)和不確定性的再說明
二、進程的表示及調(diào)度狀態(tài)
（一）進程的表示
（二）進程的狀態(tài)
三、進程通訊
（一）同步
（二）互斥和臨界區(qū)
（三）實施臨界區(qū)互斥的鎖操作法
（四）信號量
（五）高級通訊機構(gòu)
四、UNIX操作系統(tǒng)中的進程
（一）UNIX進程與圖象
（二）UNIX進程的兩種運行狀態(tài)
（三）UNIX進程的存儲器圖象
（四）進程基本控制塊
（五）進程擴充控制塊
（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的中斷機構(gòu)
（一）處理機狀態(tài)字Ps
（二）中斷的多線、多級結(jié)構(gòu)
（三）中斷矢量
三、UNIX中斷處理
（一）中斷隱指令
（二）現(xiàn)場保護和參數(shù)傳遞
（三）設(shè)備處理子程序
（四）恢復(fù)現(xiàn)場和退出中斷
（五）多重中斷
四、時鐘管理
（一）時鐘中斷處理子程序
（二）時鐘中斷處理的特點
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 存儲管理
一、概述
（一）二級存儲器及信息傳送
（二）存儲器分配
（三）地址重定位
（四）信息保護
二、PDP－11內(nèi)存管理機構(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存儲管理
（一）在虛、實地址空間中的UNIX進程圖象
（二）虛、實地址映照
（三）存儲資源管理
（四）UNIX存儲管理中的保護
（五）UNIX存儲管理小結(jié)
四、虛擬存儲器
（一）虛擬存儲器的基本思想
（二）用分頁技術(shù)實施虛擬存儲器
（三）段式虛擬存儲器
（四）段頁式虛擬存儲器
（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 進程管理
一、UNIX中進程的各種調(diào)度狀態(tài)
（一）運行狀態(tài)
（二）睡眠狀態(tài)
（三）其它狀態(tài)
（四）進程調(diào)度狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
二、進程切換調(diào)度
（一）進程調(diào)度的一般原理
（二）UNIX進程切換調(diào)度算法
（三）進程切換調(diào)度的條件和時機
（四）進程切換調(diào)度程序Swtch
（五）UNIX進程調(diào)度小結(jié)
三、進程的睡眠和喚醒
（一）進程睡眠
（二）喚醒睡眠進程
*（三）系統(tǒng)調(diào)用sleep（seconds）
四、進程圖象在內(nèi)存和盤交換區(qū)之間的傳送
（一）進程圖象傳送和切換調(diào)度的關(guān)系
（二）進程圖象調(diào)入內(nèi)存算法
（三）進程圖象調(diào)出內(nèi)存算法
（四）進程圖象傳送程序sched
（五）進程圖象傳送對系統(tǒng)性能的影響
五、進程的創(chuàng)建
（一）進程的樹形體系
（二）創(chuàng)建進程的基本任務(wù)和方式
（三）創(chuàng)建進程的基本工作過程
（四）創(chuàng)建進程的系統(tǒng)調(diào)用fork
六、進程終止和父、子進程的同步
（一）進程自我終止
（二）父進程等待子進程終止
＊七、數(shù)據(jù)段和橫段的擴大、縮小
（一）進程占用存儲區(qū)的長度變更
（二）用戶棧的擴充
（三）數(shù)據(jù)段長度的變更
習(xí)題
第七章 信號和跟蹤
一、概述
二、信號機構(gòu)的工作原理
（一）信號類型
（二）信號的產(chǎn)生、傳送和同步
（三）信號處理方式
（四）信號檢測和處理
（五）信號機構(gòu)應(yīng)用舉例
三、跟蹤機構(gòu)的工作原理
（一）父、子進程的基本跟蹤過程
（二）跟蹤要求和命令的提出及傳送
（三）跟蹤處理過程的啟動及stop程序
（四）系統(tǒng)調(diào)用Wait在跟蹤機構(gòu)中的應(yīng)用
（五）跟蹤命令的執(zhí)行和procxmt程序
（六）跟蹤機構(gòu)工作綜述
＊四、跟蹤機構(gòu)在斷點調(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)計目標
（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、緩沖存儲區(qū)管理
（一）兩種緩沖存儲區(qū)管理隊列
（二）緩存管理算法
（三）緩存管理隊列的初始狀態(tài)及變化過程
五、塊設(shè)備驅(qū)動
（一）輸入／輸出請求塊及其隊列
（二）塊設(shè)備啟動
（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）終端機設(shè)備表
（三）設(shè)備寄存器組
四、終端機的I／O字符處理及設(shè)備驅(qū)動
（一）終端機I／O字符處理
（二）終端機驅(qū)動
五、終端機讀、寫操作
（一）終端機讀操作
（二）終端機寫操作
（三）終端機讀、寫操作過程綜合
＊六、終端機的打開和關(guān)閉
（一）終端機的打開
（二）終端機的關(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）隨機存取
三、目錄結(jié)構(gòu)
（一）一級目錄結(jié)構(gòu)
（二）二級目錄結(jié)構(gòu)
（三）多級目錄結(jié)構(gòu)
（四）目錄和目錄文件
（五）目錄項
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、文件存儲空間的管理
六、文件的共享、保護保密和文件系統(tǒng)的完整性
（一）文件的共享和保護保密
（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 進程通訊和死鎖
一、UNIX進程通訊機構(gòu)pipe
（一）pipe機構(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、進程圖象改換和文件的執(zhí)行
（一）可執(zhí)行目標程序文件的組成
（二）改換進程圖象系統(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    　前言
    操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)配置的基本系統(tǒng)軟件之一，它在整個計算機系統(tǒng)軟件中占有中心地位。操作系統(tǒng)的主要作用是對系統(tǒng)內(nèi)包含的各種軟、硬件資源進行合理的管理，為用戶創(chuàng)造一個方便、有效、安全、可靠地使用計算機的工作環(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、工作原理和實施技術(shù)。編寫本書時，注意了理論和實踐的結(jié)合以及培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計操作系統(tǒng)的能力。在介紹操作系統(tǒng)的一般概念和工作原理時，本書盡可能通過UNIX加以展開，使得各個部分有機地聯(lián)系起來；在介紹UNIX實施技術(shù)時，則注意突出重點，避免過多地陷入細節(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。第三章闡述進程的基本概念、調(diào)度狀態(tài)、進程通訊以及UNIX中進程的基本控制結(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施技術(shù)，包括：中斷和陷入、存儲管理、進程管理、信號和跟蹤、字符塊和字符設(shè)備管理、文件管理系統(tǒng)、進程通訊和死鎖、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)作為一個整體的活動著的圖象。最后一章簡要介紹了操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
    本書是作為計算機科學(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，并加強實踐性環(huán)節(jié)。本書中帶＊號的章節(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。本書編寫時也得到了侯文永等老師的幫助，我們的許多學(xué)生對本書初稿也曾提出過許多改進意見。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誤和不妥之處，懇切希望讀者予以指正。