操作系统教程与实验

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出版者:清华大学
作者:胡明庆
出品人:
页数:524
译者:
出版时间:2007-1
价格:45.00元
装帧:
isbn号码:9787302137511
丛书系列:
图书标签:
  • 实验
  • 计算机
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具体描述

《高等学校教材•操作系统教程与实验(计算机应用)》是针对计算机专业“操作系统”课程而编写的教材,课程所需总学时为85-96学时。《高等学校教材•操作系统教程与实验(计算机应用)》由3篇组成。第1篇针对大纲要求,包括了课堂教学应涉及的主要知识点,并针对重点概念辅以例证。第2篇在第1篇的理论基础上,对具体的操作系统Linux-2.4.20-8版本,进行深入的内核分析。第3篇立足于Linux提供的用户界面,设置了若干难易适度的实验,与第1篇各章的教学同步进行。

《数字时代的基石:探索计算机系统的运作奥秘》 在这个信息爆炸、万物互联的数字时代,我们赖以生存的数字世界高效运转的背后,离不开一套至关重要的“操作系统”。它如同一个精密的指挥官, orchestrates 硬件资源,管理软件进程,为我们提供了与计算机交互的便捷界面,并确保了数据安全与系统稳定。本书旨在深入浅出地剖析操作系统的核心概念、关键技术及其在现代计算环境中的重要作用,带领读者走进计算机系统的心脏,理解那些支撑起我们数字生活点滴的底层逻辑。 一、操作系统的宏观视野:从诞生到演进 我们将首先回顾操作系统的历史长河,从早期批处理系统、分时系统,到现代的嵌入式操作系统、实时操作系统以及云操作系统,探究其发展脉络。理解操作系统的演进,有助于我们把握其设计哲学和技术演进的驱动力,例如应对日益增长的并发需求、提升资源利用率、增强系统安全性等。我们将探讨不同类型操作系统各自的特点、优势以及适用的场景,为读者构建一个全面的操作体系图景。 二、核心职能的深度解析:驱动数字世界的引擎 本书将重点阐述操作系统的几大核心职能,这正是其作为“系统”的价值所在: 进程管理: 计算机中的每一个正在运行的程序都称为一个进程。我们将深入理解进程的生命周期,包括创建、就绪、运行、阻塞和终止等状态。学习进程调度的各种策略,如先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先级调度和时间片轮转(Round Robin)等,理解它们如何在有限的CPU资源下,公平高效地分配给各个进程。此外,进程通信(IPC)的机制,如管道(Pipes)、信号量(Semaphores)、共享内存(Shared Memory)等,也将是探讨的重点,它们是实现多进程协作的关键。 内存管理: 内存是程序运行的生命线。我们将详细介绍内存管理的不同技术,包括连续分配(如首次适应、最佳适应、最坏适应)、非连续分配(如分页、分段)以及它们的组合。理解虚拟内存的概念,特别是页面置换算法(如FIFO、LRU、OPT)如何通过请求分页和页面交换,突破物理内存的限制,实现高效的内存使用。我们将讨论内存碎片问题及其解决方案,确保系统能够充分利用有限的内存资源。 文件系统管理: 文件系统是用户与数据交互的接口。我们将剖析文件系统的组织结构,包括文件、目录、文件系统的层次结构以及各种存储介质(如硬盘、固态硬盘)上的文件布局。学习文件访问控制、文件共享、文件保护等机制,理解目录结构的实现方式,如单级、两级和树形目录。还将探讨文件系统的性能优化技术,如文件缓存、磁盘调度等,确保数据的快速存取。 设备管理: 操作系统如何与各种输入输出设备(如键盘、鼠标、显示器、打印器、网络接口)进行交互?我们将深入设备管理,理解I/O控制器的作用、I/O缓冲技术、以及设备分配和释放的策略。学习中断处理、DMA(Direct Memory Access)等机制如何提高I/O效率,减轻CPU的负担。 并发与同步: 在多任务环境下,多个进程或线程可能需要访问共享资源,这就引出了并发和同步的问题。我们将详细讲解并发带来的挑战,如竞态条件(Race Conditions)、死锁(Deadlocks)等。重点介绍实现并发控制的工具和技术,如互斥量(Mutexes)、信号量(Semaphores)、条件变量(Condition Variables)等,学习如何设计和编写无锁(Lock-free)或低锁(Low-lock)的数据结构和算法,以保证数据的正确性和系统的稳定性。 死锁处理: 死锁是并发系统中一个普遍且棘手的问题。我们将深入分析死锁产生的必要条件(互斥、占有并等待、非抢占、循环等待),并学习检测、预防和避免死锁的各种算法和策略,例如死锁预防(破坏产生条件)、死锁避免(银行家算法)、死锁检测和资源剥夺。 三、现代操作系统的进阶话题:面向未来 除了核心职能,本书还将触及现代操作系统的一些进阶和前沿话题: 多处理器系统与并行处理: 随着多核CPU的普及,如何有效地利用多处理器资源成为关键。我们将探讨SMP(Symmetric Multiprocessing)和NUMA(Non-Uniform Memory Access)等架构,以及支持并行计算的编程模型和同步机制。 安全性与保护: 在日益复杂的网络环境中,操作系统安全性至关重要。我们将学习用户身份验证、访问控制列表(ACLs)、权限管理、加密技术等安全机制,以及如何防范病毒、恶意软件和网络攻击。 网络操作系统: 随着分布式系统的发展,网络操作系统扮演着越来越重要的角色。我们将简要介绍网络操作系统的概念,以及它们在实现分布式资源共享、通信和服务方面的作用。 虚拟化技术: 虚拟化技术极大地提高了硬件资源的利用率和灵活性。我们将探讨操作系统在虚拟化中的作用,以及虚拟机监视器(Hypervisor)的工作原理。 四、实践导向:理论与应用的桥梁 本书不仅仅停留在理论层面,更注重理论与实践的结合。通过对经典操作系统的案例分析(如Linux、Windows等),读者可以更直观地理解各个概念的实际应用。我们将鼓励读者通过思考和动手实践,来加深对操作系统原理的理解。 目标读者: 本书适合于对计算机系统底层原理感兴趣的初学者,计算机科学与技术、软件工程等相关专业的学生,以及希望深入了解操作系统机制的软件开发者和系统管理员。无论您是初涉编程的新手,还是经验丰富的工程师,相信都能从本书中获得启发,更好地理解和驾驭复杂的计算机系统。 通过对本书的学习,您将能够: 清晰地理解操作系统的核心功能及其工作原理。 掌握进程、内存、文件和设备管理的基本技术。 理解并发控制和死锁处理的关键概念。 对现代操作系统的进阶特性有初步的认识。 培养分析和解决与操作系统相关问题的能力。 让我们一同踏上这段探索数字世界基石的旅程,解锁计算机系统的强大力量!

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读后感

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用户评价

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文件系统是操作系统中另一个让我着迷的领域。《操作系统教程与实验》在这部分的内容非常详实。它不仅介绍了不同类型的文件系统的基本结构,如FAT、NTFS、ext等,还深入剖析了文件系统的关键功能,如文件的创建、删除、读写、目录管理等。书中对文件系统的组织结构,如目录项、索引节点(inode)的解释,以及文件查找的整个过程,都通过清晰的图示进行了展示。这让我能够理解,为什么我们能够如此方便地访问和管理文件,以及在底层发生了哪些复杂的操作。更让我惊喜的是,实验部分还包含了一些关于文件系统性能优化和恢复的模拟练习。这些练习不仅能帮助我巩固理论知识,更能让我对文件系统的鲁棒性和效率产生更深刻的认识,也为我未来深入研究分布式文件系统打下了良好的基础。

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这本书在讲解操作系统的一些核心算法和数据结构时,也给我留下了深刻的印象。《操作系统教程与实验》并没有仅仅停留在概念的介绍,而是深入到了算法的具体实现和性能分析。例如,在进程调度部分,书中不仅讲解了FCFS、SJF、RR等算法,还对比了它们在不同负载下的性能表现。在内存管理部分,对页面置换算法(如LRU、FIFO)的分析,也让我对它们的效率有了更直观的认识。书中还巧妙地将一些常用的数据结构,如队列、链表、树,与操作系统的具体应用场景相结合,例如用队列实现就绪进程的管理,用链表实现内存的空闲块管理。这种将理论知识与实际应用紧密结合的方式,让我觉得学习过程更加有意义,也更容易将所学知识融会贯通。

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在学习操作系统的过程中,进程和线程的管理是至关重要的一环。《操作系统教程与实验》在这方面的内容安排非常合理。它首先清晰地定义了进程和线程的概念,并详细阐述了它们之间的区别和联系。书中关于进程状态的转换图,以及各种进程间通信(IPC)机制的讲解,都非常到位。特别是对于信号量、互斥锁、条件变量等同步机制的解释,书中不仅给出了抽象的定义,还配以了大量的代码示例,帮助读者理解如何在实际编程中应用这些工具来解决并发访问资源的问题。实验部分也设计了相关的练习,比如如何利用多线程来提高程序的并发性能,或者如何使用消息队列进行进程间通信。这些实践性的操作,让我能够将书本上的理论知识转化为实际的技能,也让我对并发编程的挑战和乐趣有了更深的体会。

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我一直在寻找一本能够系统讲解操作系统安全性的书籍,因为这在当今的网络环境中尤为重要。《操作系统教程与实验》在这方面的内容,虽然不是全书的核心,但其包含的对安全机制的讨论,已经足够让我耳目一新。书中对于权限管理、用户认证、以及系统调用的安全性的阐述,都非常清晰。它解释了操作系统如何通过用户ID、组ID等机制来控制资源的访问,以及如何防止恶意程序对系统的破坏。实验部分虽然没有直接设计安全相关的复杂实验,但书中在讲解其他模块时,也会不时提及相关的安全考虑,例如在进程通信时如何确保数据的安全性。这种潜移默化的引导,让我意识到安全性是贯穿操作系统设计的始终的一个重要方面,这本书让我对操作系统安全性有了初步的认识,并激发了我进一步探索的兴趣。

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我特别看重一本书在实验部分的设计。理论学得再好,如果不能通过实践来验证和巩固,那也只是纸上谈兵。《操作系统教程与实验》在实验部分的设计上,我认为是下足了功夫的。它并没有提供一些简单枯燥的API调用练习,而是围绕着操作系统的核心功能,设计了一系列具有挑战性且贴近实际的实验项目。从简单的进程创建与通信,到复杂的内存分配模拟,再到文件系统的简单实现,每一个实验都循序渐进,层层递进,能够让读者在动手实践的过程中,逐步深入理解操作系统的运作机制。而且,书中对实验的指导也非常细致,不仅仅是给出代码模板,更重要的是解释了每个实验背后所要实现的操作系统原理,以及在实验过程中可能会遇到的问题和解决方案。这使得实验不再是一个孤立的任务,而是与理论学习紧密结合,相辅相成。我相信,通过完成这些实验,我能够真正地“玩转”操作系统,而不是仅仅停留在理论层面。

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这本书的排版是我非常喜欢的风格。每一章的开始都会有一个清晰的章节概述,点出本章要学习的重点和目标,这对于初学者来说非常有帮助,能够让他们在开始阅读前就有一个大概的了解,不至于迷失在繁杂的细节中。文字的字号适中,行距也恰到好处,阅读起来非常流畅,长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是,书中在解释一些复杂概念时,会配以精美的图示和流程图。这些图示不仅仅是为了美观,更是为了将抽象的概念具象化,帮助读者理解操作系统内部的各种交互和数据流转。例如,在讲解进程调度的部分,一张清晰的甘特图就能立刻让读者明白不同调度算法下进程执行的先后顺序和时间分配。这种“图文并茂”的学习方式,极大地提升了学习效率和理解深度。我过去在学习某些操作系统概念时,常常因为只能通过文字描述来理解,而感到十分吃力。这本书的图示设计,无疑解决了这一痛点,让学习过程变得更加直观和有趣。

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作为一名对计算机系统底层原理充满好奇的学习者,我一直对操作系统的核心模块有着浓厚的兴趣,尤其是它如何管理和调度计算机的宝贵资源。《操作系统教程与实验》这本书,在讲解内存管理的部分,给我留下了深刻的印象。它不仅详细介绍了虚拟内存、分页、分段等经典内存管理技术,更重要的是,它还通过生动的例子和图示,解释了这些技术是如何在现代操作系统中协同工作的。书中对缺页中断的处理流程,以及页面置换算法的详细分析,让我对操作系统的动态运行有了更清晰的认识。并且,实验部分也提供了模拟这些内存管理技术的练习,这让我有机会亲手去实现这些算法,感受它们是如何工作的。这种理论与实践相结合的学习方式,让我对内存管理这一原本晦涩的概念,有了前所未有的深入理解。我甚至开始思考,如何在自己的程序中更有效地利用内存,这都是这本书带给我的启发。

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我个人对操作系统的设备管理模块一直感到好奇,特别是它如何协调和控制各种硬件设备。《操作系统教程与实验》在这方面的内容,可以说是我目前看过最详尽的教材之一。书中对I/O管理的各个层次,从用户空间到内核空间,再到硬件设备,都进行了细致的描述。它详细介绍了缓冲技术、中断处理、直接内存访问(DMA)等关键技术,并解释了它们是如何协同工作的,以实现高效的设备I/O。更令我印象深刻的是,书中还对比了不同设备I/O模型(如轮询、中断驱动、DMA)的优缺点,并给出了实际应用场景的分析。实验部分也包含了一些关于设备驱动程序模拟的练习,虽然可能比较基础,但足以让我了解设备驱动开发的基本思路和流程,这对于理解操作系统如何与硬件交互至关重要。

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拿到这本《操作系统教程与实验》之后,我第一反应是它厚重的质感和印刷质量。书页的纸张厚实,摸起来很舒服,不会有廉价感。封面设计简洁大方,没有过多花哨的图案,正是这种朴实无华的风格,让我觉得它是一本真正注重内容的学术书籍。我本身是一名在校的计算机科学专业的学生,平时接触到的操作系统课程,老师推荐的书籍总是换来换去,但大部分都过于理论化,或者案例陈旧,很难跟上技术发展的步伐。我一直希望找到一本既能系统梳理操作系统核心概念,又能提供与时俱进的实验指导的教材。这本书的光是看目录,就已经让我对它充满了期待。各种关于进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等核心章节的安排,以及后面的实验部分,都显示出编写者对这门学科的深刻理解和扎实的功底。我迫不及待地想要翻阅后面的内容,看看它是否能真正解答我在学习过程中遇到的那些疑惑,并帮助我夯实基础,更好地掌握操作系统的运行原理。

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总的来说,《操作系统教程与实验》这本书,给我带来的不仅仅是知识的增长,更是一种学习方法的启示。它的内容由浅入深,循序渐进,无论是作为入门教材,还是作为进阶参考,都显得非常合适。书中严谨的逻辑结构、清晰的语言表达,以及丰富的图示和实验设计,共同构建了一个非常理想的学习环境。我通过阅读和实践,不仅对操作系统的各个模块有了更深入的理解,也对计算机底层的工作原理有了更清晰的认知。这本书就像一位循循善诱的老师,它不会直接把答案给你,而是引导你去思考,去探索,让你在解决问题的过程中不断成长。我相信,这本书将是我在计算机科学学习道路上的一位得力助手,它将伴随我深入理解操作系统的奥秘,并为我未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。

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