现代操作系统中文版

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现代操作系统中文版
本书共分两部分,第一部分详尽讲述了传统操作系统知识,包括进程、存储器管理 文件系统,LO设备管理,死锁等内容;第二部分主要介绍了分布式操作系统,包括层次 协议、远程过程调用、互斥操作、分布式文件系统等专题。 为加磔概念的理解,本书还讳细介绍了四个操作系统,包括两个传统的系统UNIX 和 MS-DOS;两个分布式系统 Amoeba和Mach。此外还简要介绍了NFS、AFS、Isls等其 他儿个系统。 本书伟系完整、内容丰富,叙述清晰,是大学计算机及相关专业学生不可多得的教 科书,对于从事计算机管理、开发、系统分析等职业的专业人员也是优秀的参考书。 Authorized translation from the English language edition published by Prentice Hall Copyright 9 1999 by Prentice HalL. All rights reserved Chinese simplified language edition published by China Machine Press Copyright 6 2000 hy China Machine Press. 本书中文简体字版由美国μ rentice halls公司授权机械工业出版社独冢出版。未经出版 者鸨衝许可,不得以任何方式复制式抄袭本书内容。 版权所有,侵杈秘究 本书版权登记号:田字:01980720 图书在版編目cIP数据 现代操作系统/坦尼鲍姆( Tanenbaum,A.s.)著;陈向群等译一北京:机械工业出版 〔计算机科学丛书 书名愿文: Modern Operating Systems BN"-1ll-0T1174 1.现…Ⅱ①…②陈…Ⅲ操作系统ⅣTN316 中国板本圈书馆CP数据核宇(1999第44617号 机梳L出版杜《匙束的丙酸首注上街号邮改编时100) 齪仼编辑:陈谊 北京咔山世兴印刷厂印刷·新华书店北京发行所发行 1999年1月第1版·2001年7月第5次印刷 787mm×1092mm16·32印张 印数:14001-16000册 定价:40.00元 凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换 分区新分区的第页 译者序 当今,在知识经济蓬勃发展的浪潮中,软件产业占据着核心地位,而操作系统则是所有 软件的基础,是软件的根本,正是由于这个原因,长久以来世界软件业巨头们从不放弃对操作 系统的控制争霸。 操作系统是计算机科学与技术专业的一门专业基础课,是大学学生的必修课程。在学习 过程中,教材起者相当大的作用。因此,要学好这门课,首先应该选择一本好的教材 本书的作者 Andrew s. Tanenbaum是一位趣验宇富的教授,从事计算机教学多年,在操作 系统,计算机网络方面颇有研究,出版了多本教材。本书是作者关于操作系统系列教材中的 本,书中既讨论了传统操作系统的原理,又系统介绍了分布式操作系统的方方而面。本书体系 完暨,结构合理、内容丰富、叙述渭晰、近用面广美国不少主要大学的计算机软件及相关专 业都采用本书作为教材或主要教学参考书 通过本书的学习,相信学生一定会对操作系统的功能、实现技术有全面的了解。 本书在翻译的过中,得到很多人的支持帮助。参加翻译I作的还有张杰.张乃琳、叶 松、李茹、鈉念龙、王梦秋、何新明、高卫、胡英琨、陈宇、朱克耀,北京人学计算扎科学技 术系的部分学生也参加了翹译工作,其中徐颖、高磊、刘西川,潘颖,章苏、董方鹏等做了很 多工作。 译者 分区新分区的第页 前言 过去,大多数的计算机都是独立工作的,大多数的操作系统也设计为在单处理机上运行 然而,这种状况正在发生迅速的变化:许多计算机都联网工作,因而分布式操作系统乜变得越 来越重要。作为操作系统课程的教材,本书的特别之处在于认识到了这个变化,并将分布式操 作系統提高到与传统的单CPU樑作系统同等地位来讲述。 在过去的15年中,我鲞与设计和实现了三个不同的操作系统:TSS-11(PDP-11 MINIX( IBM PC、 Atari、 Amiga、 Macintosh和 SPARC),还有 Amoeba80386、Sun-3、 SPARC 和VAX)。经过这些实践,我认识到应该在教材中强调那些在实际的操作系统中真正有用的东 西。本书包含了所有在本科生的操作系统课程中应该包含的内容,包括进程、进看间通信、信 号量、管程、消息传递、经典ⅢP问题、调度、交换技术、虚拟存储技术、分页算法、段式管 理、文件系统、安全性、保护机制、ⅣO硬件与软件、死镯等。不过,本书分配给各专题的篇 幅与一股的教材不尽相同,因为我认为学生应該学习那些在实践中真正有用的概念,面不仅仅 是寻求理论上的完荐。例如,CPU调度只占了一节,而不是整个一章。许多著作中都提出并分 析∫很多复杂的调度算法,而实际的操作系统中采用的一般都是最简单的优先级法或轮转法 飞书的第二部分主要介绍分布式系统,我们先用一章的篇幅简单介绍了分布式系统的软硬 件配置,然后依次介绍各个专题:层次协议、客户机服务器( Client- Server)模型、远程过程凋 用、组内通信、时钟同步、亘斥操作、选举算法、原子事务、线程、分布式文件系统等等。在 门本科生课程中包含这么多分布式系统的内容可能有些特别,不过计算机行业发展得如此迅 速,分布式系统会很快成为操作系统的主流,因此每个学生都应该熟悉它。 为了加深对这些基本概念的理解,本书还详细介绍了四个操作系统,两个传统的,两个分 布式的,其中两个传统的,即非分布式的系统是UNX和 MS-DOS;分布式操作系统是 Amoeba 和Mach,这四个例子缸个各占一章,除此之外,还简要介绍了NFs,AFs,ISIS等其他几个系 统。学完本书之后,读者会对操作系统有一个较完整的了解。 在此,我恋指出,开始时我只想修订我的一本旧作“ Operating System: Design and Implementation”,将中有 MINIX的内容去掉,使之适合传统的“理论”教学,面不是“实 验”课程。在修订的过程屮,我意识到分布式系统的重要性,因而又加了七章这方面的内容 我还想在近期内修订那本MINX的书,这样就会有两本更新后的书,一本适用于理论学习, 本适用于实战 在本书的写作过程中,很多朋友审阅了初稿并提出了宝贵的意见,然而,本书还是存在着 一些错误和不妥之处。错误似乎是不可避免的,无论有多少人审阅过书稿。欢迎发现错误的读 者通过Emai与我联系,地址是 astES VUNL。另外,对 Amoeba系统(见14章)兴趣的公司 或大学也请通过Ema与我联系 Andrew s. Tanenbaum(穩鲁,S.坦尼鲍) 分区新分区的第页 目录 降者序 222临界区……………………*"24 前言 223忙等待的互斥 24 第一部分传统操作系統 224睡眠与唤醒……………………27 225信号量……,……… 1129 第1章引言… 226事件计数器…………3 1.1什么是操作系统…………………………2 227管程……… l.t.1作为护展机器的擾作系统…………2 228消息传递………………………34 1.12作为资源管理器的操作系统…………3 229原语等价…06 1.?操作系统历史…………… 2.3经典的IPC问题…,…19 1.2.1一代计算机(1945195): 231哲学家进餐问题……19 真空管和件板 232读者写者问题…147 122第二代计算机(1955~1965): 233睡眼的理发师问题……………:………42 品体管和批理系统………………*:424进程调度…4 12.3三代计算机(1965-1980) 241时间片轮转调度…”…………45 集成电路芯片和多道程序 242优先级调度…::1111145 124塘四代计算机1980-1990 243多级队列… 个人计算机………………:1 244最短作业优先……………………47 1.3操作系统基本概念………………8 245保证调度箅法………… 1.3.1进界…… 246策略与机制……………………48 132文件……………… 247两级调度法…… 4 133系统调用………………………H 2.5小结… 134外壳………………………………2 习题… 4操作系轨结构………… …}2第3葷存储管理……………52 141整体式系统…………… 31无交换或分贞的存储管理 142层次式系统 31无交换成分页的单道程序 143虚拟积………… 4 31.2多道序设计和内存利用率 144客户机务崙系统 31.3固定分区的多道程序………*…:55 15本书其他部分的搋要 32交换 155 16小结 321可变分区的多道程序设计 …:8 322使用位图的内存管理…… 菓2章进程………………………… 3.23使用链表的内存管理…………59 2.1进程介绍… 19324伙伴式的内存管理 ·!世 2.1.1进程模型……… 3.25交换空间的分配…………………6 2.12进程的实现……… 326交换系统分析…………62 22进程间通信…………………… 23 3.3虚拟存储器…… 52 221覓争条性………………………23 3.31分页 分区新分区的第页 332页表…… 431实现文件 ++aam::a44114113 333分页硬件示例…… 43.2实现目录………………………!5 334相联存儲器…………………………72 43.3共享目录……………………!7 34页面置换算法………………………-75 434磁盘空间管理………………8 3.41最优页面置换算法 4.3.5文件系统的可靠性……21 342最近未使用页面置换算法…………706 4.3.6文件系统性能……124 34.3先进先出页面置換算法…………1644安全性……………………:12 344第二次机会页面置换算法………7 441安全环境…126 34.5时钟页面置换算法…… 44.2著名的安全峡陷……127 346最久未使用页面置换算法… 召 443 Interne蠕虫…………129 34.7用钦件模拟LRIx1 444一般的安全性攻击…130 35分页算法模型…80 445安全性的设计原则… 3.5.1 Belady异常现象……………………80 446用户验证…… l32 3.52栈式算法………………………845保护机制… …4 353距离字符电……12 45.1保护域……144 3.54缺页率预 "3 452存取控制表…106 36分页系统中的设计问题… 453权限 37 36工作集模型………43 4.54保护模型…1328 362局部与全屙分配策略… 4.55隐戤通道………19 363页面尺寸………… 小绪 364卖现时涉及的问题……………8 习题 ……4B 37分段………………………第5章o设备管理…… 43 371分段系统的实现……………95.1Ⅳ硬件组成原理… 372分段和页结合: MULTICS……92 5,1,lIo谩备……… 4 373分段手分贝结合:Ine的386 5l2设备控制器… 38小结…… 53直接存储器存取………………45 习题 52O软件原理… 4章文件系统……………………1 5.21O软件的月标…………l46 4l文件 522中断处理程序……………… 41文件命名…… 523设备驱动程序………………,48 412文件结构 …:!2 5.24与设备无关的IO软件………………!148 耳3文件类型………………l03 525用户空间的UO软件,……………14 4.l4文件存取…………………………!05 53盘………………15 4l5文件属性………………105 5.3.1磁盘硬件……51 4l6文升操作 532磁盘调度算法……15 4,17存儲映像文件………10 533磁盘出错处理 →l53 42目录………………… 10 534“每次一道”高速缓冲………54 4,2l层次目录系统……………110 535RAM盘…154 422路径名………………………54时钟……………15 423目录操作…………………………3 54.1时钟哽件 ………155 43文件系统的实现…………………3 542时钟软件 …………………156 分区新分区的第页 VIT 55终端……………………:…………158 721设计目标 89 551终端硬件……………………58 722接l 552存储映像终端……59 723登录……………………… 553输人软件 60 7. 2. 4 shell ……………l9 554輸出软件… 6了 725文件和目录……… …P9 56小结……::: …64 7.2.6应用程序 ………………………!p 习题…16573UNx的一些基础概念……………195 第6章死镇…167 73.1进程…………19 61资源 …67 73.2内存管理模式… 299 6.2死锁定义………………………168 733文件系统…………………200 62.l死铖的条件………-168 734O设备………… 622死锁模型………---169 74UNIX的系统调用 6.3鸵鸟算法………,*,…-……**………l70 74.1进程管理系统调用………25 64死锁检测和恢复………………l7 74.2内存管理系统调用… 42m 64】单种资源雯型下的死恰测………7743有关文件和目录的系统调用 642多种资源型下的死检测 744IO系统调用…1009 643从死颂恢复 14 75UNIX的实现………:…209 65死锁龟 l75 751进程的实现………………1…….2!0 65.1资源孰迹阁…-:- r…"l76 7.52内存管理的实现……………22 65.2安全和不安全状志…,…,………77 753文件系统的实现………25 653单种资源的行家算法 754WO卖现… 27 654多种资的银行家算法 7876小结……… 2I8 6死钡预防 ………79 习题………………………………9 66.1破坏互斥条件……………180第8章实例研究2:Ms-DOS………221 62破坏占有和等待条件……1808.1Ms-Dos的历史……… 663破坏不可剥夺条件………:…:180 8L1IBMP.………………22 664酸坏循环等待条件 8.12 MS-DOS 1.0 67其他问题…………………:181 81.3MS-Dos20……22 671两阶段加额……… a *iF&i 81,4 MS-DOS30… 672非管源死镇……………………-82 8.15Ms-Dos40.……::……221 673机饿…………::11182 816Ms-Dos50……………;…aa 68小结 182 82 MS-DOS概述… 习题 L非得丰.44.A,→++++.a+= 82.1使用 226 第7章实倒研究1:UNX………185 8.2.2 shell …228 71UNX的历史……… I&s 8.23配置 7L1 UNICS………………185 83 MS-DOS的基本概念 7.2PDP-11UNIX………………………!8 83.1进程……………………………230 713叮移植的UNX…………………186 83.2内存模式 714伯克利UNK………………I87 8.33文件系统… 240 71.5UND的标准化……… 834IO设备…… 72UN概述……… 84 MS-DOS的系统调用 分区新分区的第页 84.1进程管理系统调用………………243 10.13网络层…282 842内存管理系统调用…, 10.1.4传输层……… 843文件与目录系统调用 244 10.1.5会话层……………,… 844Uo系统调用………………244 101.6表示层…111123 85 MS-DOS的实现………… 244 1017应用层 851进程的实现…………………45102客户-服务器模型……… 852内存管理的实现………………246 1021客户和服务器……………284 853文件系统的实现……………………247 022一个客户和服务器的实例………285 8541的实现………………………………250 10.23寻址…………………………28 86小结…………………………252 1024阻塞与非阻塞原语………………289 习题………,………………………253 10.25缓冲和非缓冲原语………29 第二部分分布式操作系统 1026可靠和不可靠原语…… 10.27实现客户一服务器模型 第9章分布式輾作系统概逑………255103远程过程训用…295 91目标……………255 10.3.1基本的RPC操作… 9.11分布式系统相对于集中式系统 0.3.2参数传递…… 的优点……1 255 10.3,3动态联编,…, 912分市式系统相对于独立PC机 1034出现差错时的RPC语义……………303 的优点……………………25610.35与实现相关的论题… 913分布式系统的缺点……………257 10.36问题域…,…,…”,… 92硬件上的概念……………………258104组通信 ………}5 921总线型多处理机…259 104.l组通信入门 ………w……35 922交换型多处理机 10.4.2与设计有关的问题……… 3f6 923总线型多计算机……… 201 1043IsIs中的组通信…………………322 924交换型多计算机… 22105小结…… 93软件上的概念…………………262习题 ………:325 931网络操作系统和网络文件系统……2第11章分布式系纯中的同步… 32 932真正的分布式系统… 111时钟同步 933多处理机分时系统…………2m 111.1逻辑时钟………………… 94设计上的考虑…… 1112物理时钟………………………3 941透明性 1113时钟同步算法……………,8 942灵活性 273 112互斥 943可靠性 1121集中式算祛…………………………336 944性能… …275 1122分布式算法……………………337 945可扩展性……………………………276 123令牌环算法………………143 95小结 277 11.24三种算法的比较……140 习题…………………………………277113选举算法…42 第10章分布式系纯中的通信间题………279 1131 Bully算法…………4 l0.1分层协议… …279 1132环算法 ………142 l.1.I物层 114原子事务………143 laL2数链路层…………… 114.I原子事务简介……………………34 分区新分区的第页 1142事务模型…… 344 1326经验教训 1143实现……… 347 133分布式文件系统的发展趋势………42 1144并发控制…………………………350 133新的硬件……………… …4 115分布式系统中的死镦……………J52 1332可伸缩性 …414 1151分布式死锁的捡测……… 1333广域网…… 152分布式死锁的预防…………………356 1334移动用户……… …415 1l5小结………… 1335容错 ………………-…-……45 习題… +“, 357134小结 4I5 第12章分布式系统中的进程及 45 处理器……………………359第14章实例研究3: AMOEBA 4I8 121线程… ……59 14 1 Amoeba简介 12.1.I线程的引入……… 359 141.1Amha的历史………………4P8 l2]2殺程使用………… 1412研究目的……… 418 1213我程包的设计问题…………………3 1413 Amoeba的体系结构……9 1214殺程包的实现……………………5 14Amha微内核…………42 12.1.5铙程和RPC…………………37 141.5 Amoeba服务程序……422 1216一个程包的例子……… 3R142 Amcha中的对象与权限字 122系统模型…………………………………37i 1421权限字 1221工作站模型……………71422刘象的保护… ……………4424 1222使用空闲工作站……77 1423标谁操作………11425 1223处理器池模型…………………………376143 Amoebal中的进程管理……425 1224混合模型…………*……*………:378 143.1进程… 42 123处理器分配…………*………3781432线程…….…1427 1231分配模型…… 378 l44 Amoeba的内存管理…,….::428 1232处理器分配算法的设计原则……380 144.1段的管理…… :425 1233处理器分配算法的实现向题…:3 1442段的映像…111429 1234处理器分配算法实例…………386214.5 amoeba的通信… 124分布式系轨中的调度… 14.5.l远程过程调用…143 125小结……………,,, 387 14.52 Amoeba的组通信 习题 14.53快速局域刚协议…………………-438 第13章分布式文件系统…………369146 Amoeba服务器…………44 13.!分布式文件系统设计 3s9 146.1文件服务器 13.1.1文件腰务的接口… 1462日录服务器… 3.12目录服务器接口… 39l 1463复制服务器…… 449 13.13皇件共享的语义… 1464运行服务器 449 132分布式文件系统的实现… …396 1465引导服务器… 1321文件的使用………… 1466TcP/P服务器………………45l 1322系统结构…………………………形7 1467其他服务器………… 45 1323缓存区处理 147小结 ···:·→ 1324复制性…… -404 习题 13.25例子: Andrew文件系统……47第15章实例研究4:Mach操作系统……453 分区新分区的第页

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