本书是“山西省高等教育教学改革创新项目——基于 openEuler 的信创教育背景下操作系统课程实例化教学内容研究”成果之一。全书内容分为两部分：第一部分为操作系统基本理论，以操作系统对计算机系统资源的管理为线索，讲述操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，包含操作系统概述、操作系统用户接口、处理器管理、存储管理、文件管理和设备管理六章；第二部分为操作系统实验，精选八个实验项目，从安装 openEuler 操作系统出发，开始练习 openEuler 基础命令的使用，在openEuler 环境下创建进程、实现进程同步与通信，进行用户及权限管理、软件管理、文件管理，并介绍了 shell 脚本语言的基础知识。实验中涉及的具体操作给出了详细的操作步骤，涉及程序开发的给出了参考源代码，以方便教师和学生使用。
本书适合作为普通高等院校计算机专业及相关专业的“操作系统”课程教材 , 也可作为从事计算机科学、工程和应用等方面工作科技人员的参考用书。

在信息化浪潮席卷全球的今天，操作系统作为计算机系统的核心，其重要性不言而喻。党的二十大报告明确指出，要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国。这一战略部署为我们指明了前进的方向，也为《操作系统》这本书的编写提供了重要的指导和遵循。
操作系统是计算机系统的灵魂，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，为上层应用程序提供稳定、高效的运行环境。在信息化时代，操作系统更是国家信息安全的关键所在。因此，推动国产操作系统在教育领域的落地应用，培养具备操作系统理论知识和实践能力的专业人才，对于实现教育强国、科技强国、人才强国的战略目标具有重要意义。
本书是“山西省高等教育教学改革创新项目—基于openEuler的信创教育背景下操作系统课程实例化教学内容研究”成果之一，是山西省一流课程建设课程—“操作系统”的配套教材。
本书旨在传授操作系统对计算机系统管理的基本理论知识，使学生能够全面了解操作系统的组成、基本概念、常用算法和基本配置，并配套动画演示，帮助学生加深对操作系统基本理论的
理解。
在能力培养方面，本书注重理实结合、实验促能。将国产操作系统openEuler作为实验基本环境，通过丰富的实验项目和案例分析，使学生能够运用操作系统理论进行创新应用，提升他们解决实际应用问题的能力。
本书内容分为两部分：第一部分为操作系统基本理论，共六章，第1章简要介绍操作系统的概念、发展历程、分类、主要特征和功能，以及操作系统结构；第2～6章以操作系统对计算机系统资源的管理为线索，对操作系统的用户接口、处理器管理、存储管理、文件管理和设备管理做了全面、深入、准确的讲解，每章最后都编有一个讲述计算机行业重要事件和关键人物的拓展阅读，以使学生更加深入地了解计算机行业的发展历程和现状；第二部分为操作系统实验，精选八个实验项目，从安装openEuler操作系统出发，开始练习openEuler基础命令的使用，在openEuler环境下创建进程、实现进程同步与通信，在openEuler环境下进行用户及权限管理、软件管理、文件管理，并介绍了shell脚本语言的基础知识。实验中涉及的具体操作给出了详细的操作步骤，涉及程序开发的给出了参考源代码，方便教师和学生使用。
本书基础理论部分讲授建议安排40～48学时，实验操作建议安排16～24学时，教师可根据自己的培养方案随机调整教学计划学时安排。
本书由侯海霞、李雪梅、冯晓媛、李烨东、李晓茹编著。其中，第1章、第4章由李雪梅编著，第2章、第6章、第10章、第11章由冯晓媛编著，第3章、第7～9章由侯海霞编著，第5章由

李晓茹编著，第12～14章由李烨东编写。
本教材由太原学院教材专项基金资助。感谢太原学院领导和广大师生对本书的支持和关注。我们期待与您共同见证中国操作系统事业的蓬勃发展！
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免有疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。
编著者
2024 年 3 月

第一部分 操作系统基本理论
第 1 章 操作系统概述 2
1.1 操作系统概念 3
1.1.1 操作系统与计算机系统  3
1.1.2 操作系统定义  3
1.1.3 研究操作系统的几种观点  4
1.2 操作系统发展历程  5
1.2.1 无操作系统——第一代计算机  5
1.2.2 批处理系统——第二代计算机  6
1.2.3 多道程序系统——第三代计算机  7
1.2.4 多元化操作系统——第四代计算机  8
1.3 操作系统分类 9
1.3.1 批处理操作系统  9
1.3.2 分时操作系统  9
1.3.3 实时操作系统 10
1.3.4 网络操作系统  11
1.3.5 分布式操作系统 12
1.3.6 嵌入式操作系统 13
1.3.7 云操作系统 14
1.4 现代操作系统特征 15
1.4.1 并发性 15
1.4.2 共享性 16
1.4.3 虚拟性 16
1.4.4 异步性 17
1.5 操作系统功能 17
1.5.1 处理器管理 18
1.5.2 存储管理 19
1.5.3 设备管理 19
1.5.4 文件管理 19
1.5.5 用户接口 19
1.6 操作系统结构 20
1.6.1 单体结构 20
1.6.2 层次式结构 20
1.6.3 微内核与客户 - 服务器模式 21
1.6.4 面向对象结构 22
1.6.5 多处理器模式 22
小 结 22
思考与练习 23
第 2 章 操作系统用户接口 .25
2.1 作业  26
2.1.1 作业分类 26
2.1.2 作业管理的功能 27
2.2 用户管理 28
2.2.1 用户的基础概念 29
2.2.2 用户组管理及用户登录管理  30
2.3 操作系统接口 31
2.3.1 脱机命令接口 31
2.3.2 联机命令接口 32
2.3.3 图形接口 34
2.3.4 程序级接口 34
2.4 系统调用 35
2.4.1 处理器的两种工作状态 35
2.4.2 系统调用的实现 35
2.4.3 系统调用的实例 37
小 结 38
思考与练习 38
 3 章 处理器管理 40
3.1 进程与线程  41
3.1.1 进程的引入 41
3.1.2 进程的概念 43
3.1.3 进程控制 47
3.1.4 进程调度  49
3.1.5 线程 55
3.2 进程间的制约关系  60
3.2.1 进程互斥和同步的概念  60
3.2.2 进程互斥的实现  62
3.2.3 进程同步的实现  68
3.2.4 用 P、V 原语解决经典的同步 / 互斥问题 70
3.2.5 结构化的同步 / 互斥机制——管程 75
3.3 进程通信  78
3.3.1 进程通信的类型  78
3.3.2 消息缓冲机制  80
3.3.3 信箱通信  83
3.4 死锁   84
3.4.1 死锁的概念 84
3.4.2 死锁产生的必要条件86
3.4.3 死锁的预防 86
3.4.4 死锁的避免 88
3.4.5 死锁的检测和解除91
3.5 处理器调度 93
3.5.1 调度的层次和分类 93
3.5.2 作业调度的功能和性能指标  96
3.5.3 作业调度算法 98
小 结 102
思考与练习104
第 4 章 存储管理 110
4.1 存储管理概述  111
4.1.1 存储系统的分层设置 112
4.1.2 存储理论和存储管理目的  112
4.1.3 存储管理功能 113
4.1.4 内存分区分配方式 113
4.1.5 内存地址组织方式 114
4.1.6 内存程序保护方式  119
4.1.7 内存容量扩充方式 119
4.2 连续分配存储管理  120
4.2.1 单一连续分区  120
4.2.2 固定分区 121
4.2.3 可变分区 123
4.2.4 伙伴系统  129
4.3 离散分配存储管理 130
4.3.1 页式存储管理  130
4.3.2 段式存储管理  139
4.3.3 段页式存储管理  143
4.4 虚拟存储管理  145
小 结 156
思考与练习  158
第 5 章 文件管理 163
5.1 文件与文件系统 164
5.1.1 基本概念  164
5.1.2 文件系统的层次结构  165
5.1.3 虚拟文件系统 167
5.1.4 文件操作  167
5.2 文件的组织结构 168
5.2.1 文件的逻辑结构  169
5.2.2 文件的物理结构  170
5.3 文件目录  175
5.3.1 文件控制块与索引节点 176
5.3.2 目录结构 177
5.3.3 目录查询技术  179
5.4 文件存储空间管理 180
5.4.1 空闲分区表法  181
5.4.2 空闲块链法  181
5.4.3 位示图法  183
5.5 文件共享与文件安全  183
5.5.1 早期的文件共享方法  183
5.5.2 目前常用的文件共享方法  184
5.5.3 文件系统的安全 186
5.5.4 文件保护  187
小 结  188
思考与练习  189
第 6 章 设备管理 191
6.1 设备管理概述 192
6.1.1 外围设备 192
6.1.2 I/O 控制方式 193
6.1.3 设备管理功能和结构  198
6.2 逻辑 I/O 200
6.2.1 设备分配  201
6.2.2 安全性  203
6.3 设备 I/O  204
6.3.1 I/O 任务  204
6.3.2 缓存管理  204
6.4 I/O 调度与驱动  207
6.4.1 I/O 调度  208
6.4.2 通道程序  211
6.4.3 设备驱动程序  212
6.4.4 设备中断处理程序 212
6.5 虚拟设备  213
6.5.1 Spooling 的基本概念 213
6.5.2 Spooling 虚拟输入设备  215
6.5.3 Spooling 虚拟输出设备 217
小 结  219
思考与练习  219
第二部分  操作系统实验
第 7 章 openEuler 操作系统安装实验 222
7.1 实验目的  222
7.2 实验内容  222
7.3 实验指导  222
7.3.1 下载 openEuler 镜像  222
7.3.2 安装 VMware 虚拟机软件  223
7.3.3 新建虚拟机  225
7.3.4 安装 openEuler 操作系统  229
7.3.5 登录虚拟机  231
练 习  232
第 8 章 openEuler 基础命令及文本编辑器的使用实验 233
8.1 实验目的 233
8.2 实验内容  233
8.3 实验指导 233
8.3.1 bash 命令的基本操作  233
8.3.2 目录及文件基本操作  234
8.3.3 文件查看 237
8.3.4 查找命令 240
8.3.5 打包和压缩命令  241
8.3.6 帮助命令  242
8.3.7 其他常见命令  243
8.3.8 openEuler 文本编辑器的使用  244
练 习 247
第 9 章 进程创建实验 248
9.1 实验目的 248
9.2 实验内容  248
9.3 实验指导  248
9.3.1 查看进程 248
9.3.2 创建进程  253
9.3.3 实验内容参考程序源代码  255
练 习 255
第 10 章 进程同步及通信实验 256
10.1 实验目的  256
10.2 实验内容 256
10.3 实验指导  256
10.3.1 进程同步原理  256
10.3.2 进程通信  258
10.3.3 实验源程序参考代码 262
练 习  267
第 11 章 openEuler 用户及权限管理实验 268
11.1 实验目的  268
11.2 实验内容  268
11.3 实验指导  268
11.3.1 用户的管理 268
11.3.2 用户账号的锁定操作 270
11.3.3 用户组管理  271
11.3.4 手工及批量创建账号 271
11.3.5 查看常见用户关联文件 272
11.3.6 设置文件及目录的权限及归属  273
练 习 274
第 12 章 openEuler 软件管理实验 275
12.1 实验目的 275
12.2 实验内容 275
12.3 实验指导  275
12.3.1 配置 Yum 源  275
12.3.2 使用 rpm 命令管理软件 276
12.3.3 安装个人网盘应用  279
练 习  285
第 13 章 openEuler 存储技术文件系统管理实验 286
13.1 实验目的  286
13.2 实验内容  286
13.3 实验指导 286
13.3.1 添加磁盘  286
13.3.2 MBR 分区表模式下磁盘分区管理 288
13.3.3 GPT 分区表模式下磁盘分区管理 292
13.3.4 格式化与挂载 294
13.3.5 逻辑卷管理  295
练 习  299
第 14 章 shell 脚本语言基础实验 300
14.1 实验目的  300
14.2 实验内容  300
14.3 实验指导 300
14.3.1 shell 变量 300
14.3.2 shell 中的特殊字符  302
14.3.3 条件判断与循环结构 307
练 习  311
参 考 文 献 312

侯海霞，女，太原学院，副教授，山西省一流课程——《操作系统》课程负责人，太原学院操作系统课程教学团队负责人，主持和参与教育部协同育人项目3项、山西省教育厅教改课题3项、山西省教科院项目2项、山西省卫健委重大科技攻关专项1项。撰写专著1部，主编和参编教材5部，其中一部为普通高等教育“十一五”规划教材。发明专利2件，撰写核心及省级论文6篇，指导学生参加软件大赛获山西省一等奖、中国机器人及人工智能大赛全国二等奖、“互联网”大赛山西省铜奖。

李雪梅，女，中共党员，副教授，硕士。参与省级一流课程《操作系统》课程建设一项，校级一流课程2项，省级教改项目2项，校级教改1项，教育部协同育人1项，专著1部，主编和参编教材3部，专利1项，发表核心论文3篇，省级论文5篇，指导学生软件设计大赛山西省二等奖。

冯晓媛，女，中共党员，副教授，硕士。参编教材2部。编写了《计算机软件应用与展望》著作一部，参编了《计算机网络技术基础》。近三年参与了“创新创业导向的山西高校人工智能通识教育模式研究”，“工科视域下智能软件开发课程群建设与研究”，“基于openEuler的信创教育背景下操作系统课程实例化教学内容研究基础研究”等课题，参与了山西省一流课程-《操作系统》和太原学院操作系统教学团队。

李烨东，男，讲师，硕士。在SCI发表论文1篇，升级论文3片，校级教改课题1项，指导学生参加华为ICT大赛获山西省一、二等奖。李晓茹，女，山西洪洞人，副教授，硕士。在SCI、核心及省级期刊发表论文十余篇；主持和参与教育部协同育人项目2项、山西省教育厅教改项目2项、山西省教科院项目3项，发明专利1项。

山西省一流课程建设课程“操作系统”配套教材

基于国产操作系统openEuler进行实践

配有教学动画、教学课件、习题解答等立体化资源

配套建设在线课程