具体描述
《21世纪高等院校计算机专业规划教材•操作系统习题解答与实验指导(第3版)》根据作者积累多年讲授操作系统课程及指导学生实验的教学实践经验编写而成。作者力图通过指导学生的实验实践和大量典型例题的解析，帮助学生深入学习、掌握并灵活运用操作系统知识。
全书共分三篇。第一篇为理论知识与习题解答，其内容为《操作系统(第三版)》各部分的重点难点、典型例题解析和习题解答，可以帮助学生掌握知识重点、巩固所学内容；第二篇为实验指导，根据操作系统课程的教学重点，精心设计了6个实验，每个实验都有明确的实验目的和实验内容；第三篇为课程设计，专门设计了两个综合实验作为操作系统的课程设计。
《21世纪高等院校计算机专业规划教材•操作系统习题解答与实验指导(第3版)》作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材《操作系统(第三版)》的配套教材，可以配合主教材使用，以起到衔接课堂教学与实验教学、课下辅导的作用。《21世纪高等院校计算机专业规划教材•操作系统习题解答与实验指导(第3版)》适合作为高等院校相关专业学生学习“操作系统”课程的配套习题集，也可作为研究生入学考试的辅导材料，对从事计算机应用及开发的技术人员以及广大的计算机及相关专业的自学者也具有一定的参考价值。
深入剖析操作系统核心概念与实践：面向现代计算环境的系统级编程指南 本教材旨在为计算机科学与技术、软件工程、信息安全等相关专业的学生提供一套全面、深入且高度实用的操作系统学习资源。本书聚焦于操作系统（OS）作为现代计算系统核心支撑的本质，内容覆盖了从基本概念到前沿技术应用的完整体系，强调理论与实践的紧密结合，尤其侧重于对多核、分布式以及虚拟化环境的支撑能力。 第一部分：操作系统基础与结构——构筑坚实的地基 本部分是理解操作系统的基石，通过对经典理论的精炼阐述，为后续高级主题的学习打下坚实的基础。 1. 操作系统概述与发展历程 首先，本书清晰界定了操作系统的定义、目标和基本功能，如资源管理、进程管理、内存管理、文件管理和设备管理。我们详细追溯了操作系统的演进路线，从批处理系统、实时系统到分时系统，直至现代多用户、多任务的通用型操作系统。重点分析了操作系统的核心结构，如宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）及混合型内核的设计哲学和优缺点对比，为读者理解不同OS的内部架构提供宏观视角。 2. 进程与线程管理：并发执行的核心 并发是操作系统的核心特征之一。本章深入探讨了进程的生命周期、状态转换以及进程控制块（PCB）的结构。我们详细解析了进程上下文切换的机制，包括硬件支持和软件开销。 线程作为进程内的执行单元，其重要性日益凸显。本书系统性地比较了用户级线程与内核级线程的实现方式及性能考量。重点分析了并发编程模型的基石——同步与互斥机制： 同步机制的精妙运用： 深入讲解了经典的生产者-消费者问题、读者-写者问题，并详细剖析了信号量（Semaphores）和管程（Monitors）的设计原理及其在避免竞态条件中的作用。 现代同步原语： 结合实际编程需求，介绍了互斥锁（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）以及硬件提供的原子操作（如Test-and-Set指令）在实现高效并发控制中的关键作用。 3. CPU调度算法：资源分配的艺术 CPU调度是决定系统响应时间和服务质量的关键。本书不仅介绍了先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度等基础算法，更着重分析了适用于现代多核系统的复杂调度策略： 抢占式调度与时间片轮转： 探讨了时间片大小对系统吞吐量和周转时间的影响。 多级反馈队列（MLFQ）： 详细描述了MLFQ如何通过动态调整优先级来平衡交互式任务与批处理任务的需求。 多核调度挑战： 讨论了负载均衡（Load Balancing）和处理器亲和性（Processor Affinity）在提高多核系统效率方面的技术细节。 第二部分：内存管理与虚拟化——抽象与效率的统一 内存管理是操作系统最复杂也最关键的部分之一。本部分强调虚拟内存的概念，这是实现现代多任务、高安全性的基石。 4. 内存管理与地址重定位 本书首先回顾了早期的连续内存分配（如首次适应、最佳适应）的局限性，进而引入了分页（Paging）和分段（Segmentation）机制。我们详细分析了多级页表（Multi-level Paging）的结构，以及地址转换过程（逻辑地址到物理地址）的硬件加速机制（TLB）。 5. 虚拟内存与页面置换策略 虚拟内存是操作系统将程序所需的内存地址空间抽象化，使其大于实际物理内存的关键技术。 缺页中断（Page Fault）： 深入解析了缺页中断的处理流程、陷阱处理机制以及操作系统内核在该过程中的角色。 页面置换算法的性能分析： 详细对比了最佳（OPT）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）及其近似算法（如工作集模型、时钟算法）。我们使用性能指标说明了LRU算法在实际系统中的重要性，并探讨了如何通过硬件和软件结合的方式高效实现LRU。 颠簸现象（Thrashing）： 分析了颠簸发生的原因、检测方法以及系统如何通过调整进程工作集大小来避免或缓解这一性能瓶颈。 第三部分：存储系统与I/O管理——连接软硬件的桥梁 本部分关注操作系统如何高效、可靠地管理持久化存储设备和外部输入/输出设备。 6. 文件系统结构与实现 文件是用户与持久化数据交互的抽象。本书系统地介绍了文件系统的组织结构，包括目录管理（单级、两级、树形结构）和文件存储空间的分配方法（连续分配、链式分配、索引分配）。 关键技术剖析： i节点（Inode）机制： 深入讲解了Unix/Linux系统中i节点的设计，如何通过间接寻址实现对大文件的支持。 日志式文件系统（Journaling）： 详细分析了Ext3/Ext4等日志系统如何通过记录元数据操作日志来保证文件系统在系统崩溃后的快速恢复能力和数据一致性。 存储层次结构： 分析了缓存（Cache）在文件系统中的作用，以及如何利用写回（Write-Back）与写穿（Write-Through）策略来平衡性能和数据持久性。 7. I/O系统与设备驱动程序 I/O管理是操作系统与外部硬件交互的界面。本书阐述了I/O软硬件接口的设计原则，包括轮询、中断驱动I/O和直接内存访问（DMA）的工作原理。重点分析了DMA如何显著减轻CPU在数据传输中的负担。 此外，本书也探讨了缓冲管理（Buffering）和缓存命中率优化，并概述了设备驱动程序的基本结构和加载机制，使学生理解操作系统如何实现对异构设备的统一管理。 第四部分：分布式与安全——面向未来的挑战 面对云计算、大规模数据和信息安全日益重要的背景，本教材将现代操作系统对分布式计算和安全性的支持纳入核心讲解范围。 8. 分布式系统与网络基础 虽然完整的分布式系统是独立学科，但操作系统在其中扮演了基础支撑角色。本书简要介绍了分布式操作系统的概念，重点分析了网络通信的基础：套接字（Socket）接口、TCP/IP协议栈在操作系统内核中的实现模型，以及网络I/O的多路复用技术（如`select`/`poll`/`epoll`），这些是构建现代网络应用的关键技术。 9. 操作系统安全与保护 安全性是系统健壮性的核心。本章从操作系统的角度审视安全问题： 保护域与访问控制： 详细讲解了基于身份认证和基于权限的访问控制（ACLs）。 域的隔离： 探讨了内存保护机制（如地址空间隔离）如何防止恶意程序间的相互干扰。 安全漏洞概述： 分析了缓冲区溢出、整数溢出等常见的安全漏洞的原理，并介绍了操作系统如何通过栈保护（Stack Canaries）、地址空间布局随机化（ASLR）等技术进行防御。 实践与实验导向 本书所有理论章节都紧密结合了实际系统的实现细节（如Linux内核机制或Windows内部结构的概念模型）。我们力求让读者不仅“知道”操作系统是什么，更要“理解”它们是如何工作的。这套教材旨在培养学生具备分析和设计复杂系统软件的能力，为他们未来从事系统级编程、嵌入式开发或高性能计算打下坚实的技术基础。
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