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图书内容

内容简介

本书可供英文原版教辅：习题解答，PPT；教辅申请咨询Email：Te_service@phei.com.cn。本书既是关于操作系统概念、结构和机制的教材，目的是尽可能清楚和全面地展示现代操作系统的本质和特点；也是讲解操作系统的经典教材，不仅系统地讲述了操作系统的基本概念、原理和方法，而且以当代最流行的操作系统Windows 8、UNIX、Android、Linux为例，展现了当代操作系统的本质和特点。全书共分背景知识、进程、内存、调度、输入/输出和文件、嵌入式系统六部分，内容包括计算机系统概述、操作系统概述、进程描述和控制、线程、并发性：互斥和同步、并发：死锁和饥饿、内存管理、虚拟内存、单处理器调度、多处理器和实时调度、I/O管理和磁盘调度、文件管理、嵌入式操作系统、虚拟机、计算机安全技术、分布式处理、客户/服务器和集群等。此外，本书配套网站提供了及时、生动的材料。

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ISBN：9787121309502

开本：16开

页数：492

字数：865.0

本书目录

第0章  读者与教师指南	1
　　0.1  本书概述	1
　　0.2  实例系统	1
　　0.3  读者和教师的路线图	2
　　0.4  互联网和网站资源	3
第一部分  背景知识
第1章  计算机系统概述	6
　　1.1  基本构成	6
　　1.2  微处理器的发展	7
　　1.3  指令的执行	8
　　1.4  中断	10
1.4.1  中断和指令周期	11
1.4.2  中断处理	12
1.4.3  多个中断	14
　　1.5  存储器的层次结构	15
　　1.6  高速缓存	17
1.6.1  动机	18
1.6.2  高速缓存原理	18
1.6.3  高速缓存设计	19
　　1.7  直接内存存取	20
　　1.8  多处理器和多核计算机组织结构	21
     1.8.1  对称多处理器	21
     1.8.2  多核计算机	23
　　1.9  推荐读物	23
　　1.10 关键术语、复习题和习题	24
     1.10.1  关键术语	24
     1.10.2  复习题	24
     1.10.3  习题	24
　　附录1A  两级存储器的性能特征	26
第2章  操作系统概述	31
　　2.1  操作系统的目标和功能	31
2.1.1  作为用户/计算机接口的
操作系统	31
     2.1.2  作为资源管理器的操作系统	32
     2.1.3  操作系统的易扩展性	33
　　2.2  操作系统的发展史	34
     2.2.1  串行处理	34
     2.2.2  简单批处理系统	34
     2.2.3  多道批处理系统	36
     2.2.4  分时系统	38
　　2.3  主要成就	40
2.3.1  进程	40
2.3.2  内存管理	42
2.3.3  信息保护和安全	43
2.3.4  调度和资源管理	44
　　2.4  现代操作系统的特征	45
　　2.5  容错性	47
2.5.1  基本概念	47
2.5.2  错误	48
2.5.3  操作系统机制	48
2.6  多处理器和多核操作系统
设计考虑因素	49
2.6.1  对称多处理器操作系统设计
考虑因素	49
     2.6.2  多核操作系统设计考虑因素	49
　　2.7  微软Windows系统简介	51
     2.7.1  背景	51
     2.7.2  体系结构	51
     2.7.3  客户-服务器模型	53
     2.7.4  线程和SMP	54
     2.7.5  Windows对象	54
　　2.8  传统的UNIX系统	55
     2.8.1  历史	55
     2.8.2  描述	56
　　2.9  现代UNIX系统	57
     2.9.1  System V Release 4（SVR4）	58
     2.9.2  BSD	58
     2.9.3  Solaris 10	58
　　2.10 Linux操作系统	58
2.10.1  历史	58
2.10.2  模块结构	59
2.10.3  内核组件	60
　　2.11 Android	62
2.11.1  Android软件体系结构	63
2.11.2  Android系统体系结构	64
2.11.3  活动	65
2.11.4  电源管理	65
　　2.12 推荐读物和动画	66
　　2.13 关键术语、复习题和习题	67
2.13.1  关键术语	67
2.13.2  复习题	67
2.13.3  习题	67

第二部分  进程

第3章  进程描述和控制	70
　　3.1  什么是进程	70
3.1.1  背景	70
3.1.2  进程和进程控制块	71
　　3.2  进程状态	72
3.2.1  两状态进程模型	73
3.2.2  进程的创建和终止	74
3.2.3  五状态模型	75
3.2.4  被挂起的进程	78
　　3.3  进程描述	81
3.3.1  操作系统的控制结构	82
3.3.2  进程控制结构	82
　　3.4  进程控制	86
3.4.1  执行模式	86
3.4.2  进程创建	87
3.4.3  进程切换	88
　　3.5  操作系统的执行	90
3.5.1  无进程内核	90
3.5.2  在用户进程内运行	90
3.5.3  基于进程的操作系统	91
　　3.6  UNIX SVR4进程管理	91
3.6.1  进程状态	92
3.6.2  进程描述	93
3.6.3  进程控制	94
　　3.7  小结	95
　　3.8  推荐读物和动画	95
　　3.9  关键术语、复习题和习题	95
3.9.1  关键术语	95
3.9.2  复习题	96
3.9.3  习题	96
第4章  线程	99
　　4.1  进程和线程	99
4.1.1  多线程	99
4.1.2  线程的功能	102
　　4.2  线程分类	103
4.2.1  用户级和内核级线程	103
4.2.2  其他方案	106
　　4.3  多核和多线程	107
4.3.1  多核系统上的软件性能	107
4.3.2  应用示例：Valve游戏软件	109
　　4.4  Windows 8的进程和线程管理	110
4.4.1  Windows 8中的变化	111
4.4.2  Windows进程	111
4.4.3  进程对象和线程对象	112
4.4.4  多线程	113
4.4.5  线程状态	113
4.4.6  对操作系统子系统的支持	114
　　4.5  Solaris的线程和SMP管理	114
4.5.1  多线程体系结构	114
4.5.2  动机	115
4.5.3  进程结构	115
4.5.4  线程的执行	116
4.5.5  把中断当作线程	117
　　4.6  Linux的进程和线程管理	118
4.6.1  Linux任务	118
4.6.2  Linux线程	119
4.6.3  Linux命名空间	120
　　4.7  Android的进程和线程管理	121
4.7.1  安卓应用	121
4.7.2  活动	121
4.7.3  进程和线程	122
　　4.8  Mac OS X的GCD技术	123
　　4.9  小结	124
　　4.10 推荐读物	125
　　4.11 关键术语、复习题和习题	125
4.11.1  关键术语	125
4.11.2  复习题	125
4.11.3  习题	125
第5章  并发性：互斥和同步	129
　　5.1  并发的原理	130
5.1.1  一个简单的例子	130
5.1.2  竞争条件	132
5.1.3  操作系统关注的问题	132
5.1.4  进程的交互	133
5.1.5  互斥的要求	135
　　5.2  互斥：硬件的支持	136
5.2.1  中断禁用	136
5.2.2  专用机器指令	136
　　5.3  信号量	138
5.3.1  互斥	141
5.3.2  生产者/消费者问题	142
5.3.3  信号量的实现	146
　　5.4  管程	147
5.4.1  使用信号的管程	147
5.4.2  使用通知和广播的管程	149
　　5.5  消息传递	151
5.5.1  同步	151
5.5.2  寻址	152
5.5.3  消息格式	153
5.5.4  排队原则	154
5.5.5  互斥	154
　　5.6  读者/写者问题	155
5.6.1  读者优先	156
5.6.2  写者优先	156
　　5.7  小结	158
　　5.8  推荐读物和动画	159
　　5.9  关键术语、复习题和习题	160
5.9.1  关键术语	160
5.9.2  复习题	160
5.9.3  习题	160
第6章  并发：死锁和饥饿	170
　　6.1  死锁原理	170
6.1.1  可重用资源	173
6.1.2  可消耗资源	174
6.1.3  资源分配图	174
6.1.4  死锁的条件	175
　　6.2  死锁预防	176
6.2.1  互斥	176
6.2.2  占有且等待	176
6.2.3  不可抢占	176
6.2.4  循环等待	177
　　6.3  死锁避免	177
6.3.1  进程启动拒绝	177
6.3.2  资源分配拒绝	178
　　6.4  死锁检测	181
6.4.1  死锁检测算法	181
6.4.2  恢复	182
　　6.5  一种综合的死锁策略	182
　　6.6  哲学家就餐问题	183
6.6.1  基于信号量的解决方案	183
6.6.2  基于管程的解决方案	184
　　6.7  UNIX并发机制	185
6.7.1  管道	186
6.7.2  消息	186
6.7.3  共享内存	186
6.7.4  信号量	186
6.7.5  信号	187
　　6.8  Linux内核并发机制	187
6.8.1  原子操作	188
6.8.2  自旋锁	189
6.8.3  信号量	190
6.8.4  屏障	191
　　6.9  Solaris线程同步原语	192
6.9.1  互斥锁	193
6.9.2  信号量	193
6.9.3  多读者/单写者锁	193
6.9.4  条件变量	193
　　6.10 Windows 7的并发机制	194
6.10.1  等待函数	194
6.10.2  分派器对象	194
6.10.3  临界区	195
6.10.4  轻量级读写锁和条件变量	195
6.10.5  锁无关同步机制	196
　　6.11 Android进程间通信	196
　　6.12 小结	197
　　6.13 推荐读物和动画	197
　　6.14 关键术语、复习题和习题	198
6.14.1  关键术语	198
6.14.2  复习题	198
6.14.3  习题	198
　　
　　
　　
　　
　　
　　

第三部分  内存
　　
第7章  内存管理	204
　　7.1  内存管理的需求	204
7.1.1  重定位	204
7.1.2  保护	205
7.1.3  共享	205
7.1.4  逻辑组织	205
7.1.5  物理组织	206
　　7.2  内存分区	206
7.2.1  固定分区	207
7.2.2  动态分区	208
7.2.3  伙伴系统	210
7.2.4  重定位	212
　　7.3  分页	212
　　7.4  分段	215
　　7.5  小结	216
　　7.6  推荐读物和动画	216
　　7.7  关键术语、复习题和习题	216
7.7.1  关键术语	216
7.7.2  复习题	217
7.7.3  习题	217
　　附录7A  加载和链接	219
第8章  虚拟内存	223
　　8.1  硬件和控制结构	223
8.1.1  局部性和虚拟内存	224
8.1.2  分页	225
8.1.3  分段	232
8.1.4  段页式	232
8.1.5  保护和共享	233
　　8.2  操作系统软件	234
8.2.1  读取策略	235
8.2.2  放置策略	235
8.2.3  置换策略	235
8.2.4  驻留集管理	239
8.2.5  清除策略	243
8.2.6  加载控制	244
　　8.3  UNIX和Solaris内存管理	245
8.3.1  分页系统	245
8.3.2  内核内存分配器	247
　　8.4  Linux内存管理	249
8.4.1  虚拟内存	249
8.4.2  内核内存分配	250
　　8.5  Windows内存管理	251
8.5.1  Windows虚拟地址映射	251
8.5.2  Windows分页	251
8.5.3  Windows 8交换	252
　　8.6  Android内存管理	252
　　8.7  小结	252
　　8.8  推荐读物和动画	253
　　8.9  关键术语、复习题和习题	253
8.9.1  关键术语	253
8.9.2  复习题	254
8.9.3  习题	254

第四部分  调度

第9章  单处理器调度	258
　　9.1  处理器调度的类型	258
9.1.1  长程调度	259
9.1.2  中程调度	260
9.1.3  短程调度	260
　　9.2  调度算法	260
9.2.1  短程调度规则	260
9.2.2  优先级的使用	261
9.2.3  选择调度策略	262
9.2.4  性能比较	268
9.2.5  公平共享调度	272
　　9.3  传统的UNIX调度	273
　　9.4  小结	274
　　9.5  推荐读物和动画	275
　　9.6  关键术语、复习题和习题	275
9.6.1  关键术语	275
9.6.2  复习题	275
9.6.3  习题	276
第10章  多处理器和实时调度	279
　　10.1  多处理器调度	279
10.1.1  粒度	279
10.1.2  设计问题	280
10.1.3  进程调度	281
10.1.4  线程调度	283
10.1.5  多核线程调度	286
　　10.2  实时调度	287
10.2.1  背景	287
10.2.2  实时操作系统的特点	288
10.2.3  实时调度	290
10.2.4  限期调度	291
10.2.5  速率单调调度	294
10.2.6  优先级反转	295
　　10.3  Linux调度	297
10.3.1  实时调度	297
10.3.2  非实时调度	298
　　10.4  UNIX SVR4调度	300
　　10.5  FreeBSD调度程序	301
10.5.1  优先级	301
10.5.2  对称多处理器与多核支持	301
　　10.6  Windows调度	303
10.6.1  进程和线程优先级	303
10.6.2  多处理器调度	304
　　10.7  小结	305
　　10.8  推荐读物	305
　　10.9  关键术语、复习题和习题	305
10.9.1  关键术语	305
10.9.2  复习题	306
10.9.3  习题	306

第五部分  输入/输出和文件
　　
第11章  I/O管理和磁盘调度	310
　　11.1  I/O设备	310
　　11.2  I/O功能的组织	311
11.2.1  I/O功能的发展	312
11.2.2  直接存储器访问	312
　　11.3  操作系统设计问题	314
11.3.1  设计目标	314
11.3.2  I/O功能的逻辑结构	314
　　11.4  I/O缓冲	315
11.4.1  单缓冲	316
11.4.2  双缓冲	317
11.4.3  循环缓冲	317
11.4.4  缓冲的作用	317
　　11.5  磁盘调度	317
11.5.1  磁盘性能参数	317
11.5.2  磁盘调度策略	319
　　11.6  RAID	322
11.6.1  RAID级别0	325
11.6.2  RAID级别1	325
11.6.3  RAID级别2	326
11.6.4  RAID级别3	326
11.6.5  RAID级别4	327
11.6.6  RAID级别5	328
11.6.7  RAID级别6	328
　　11.7  磁盘高速缓存	328
11.7.1  设计考虑因素	328
11.7.2  性能考虑因素	329
　　11.8  UNIX SVR 4 I/O	331
11.8.1  缓冲区高速缓冲	331
11.8.2  字符队列	332
11.8.3  无缓冲I/O	332
11.8.4  UNIX设备	332
　　11.9  Linux I/O	333
11.9.1  磁盘调度	333
11.9.2  Linux页面缓存	334
　　11.10 Windows I/O	335
11.10.1  基本I/O机制	335
11.10.2  异步I/O和同步I/O	335
11.10.3  软件RAID	336
11.10.4  卷影复制	336
11.10.5  卷加密	336
　　11.11 小结	336
　　11.12 推荐读物和动画	337
　　11.13 关键术语、复习题和习题	338
11.13.1  关键术语	338
11.13.2  复习题	338
11.13.3  习题	338
第12章  文件管理	340
　　12.1  概述	340
12.1.1  文件和文件系统	340
12.1.2  文件结构	341
12.1.3  文件管理系统	342
　　12.2  文件组织和访问	344
12.2.1  堆	345
12.2.2  顺序文件	345
12.2.3  索引顺序文件	345
12.2.4  索引文件	346
12.2.5  直接文件或散列文件	346
　　12.3  B树	347
　　12.4  文件目录	349
12.4.1  内容	349
12.4.2  结构	350
12.4.3  命名	351
　　12.5  文件共享	352
12.5.1  访问权限	352
12.5.2  同时访问	353
　　12.6  记录组块	353
　　12.7  辅存管理	354
12.7.1  文件分配	354
12.7.2  空闲空间管理	357
12.7.3  卷	358
12.7.4  可靠性	358
　　12.8  UNIX文件管理	359
12.8.1  索引节点	359
12.8.2  文件分配	361
12.8.3  目录	362
12.8.4  卷结构	362
　　12.9  Linux虚拟文件系统	362
12.9.1  超级块对象	363
12.9.2  索引节点对象	364
12.9.3  目录项对象	364
12.9.4  文件对象	364
12.9.5  缓存	364
　　12.10 Windows文件系统	365
12.10.1  NTFS的重要特征	365
12.10.2  NTFS卷和文件结构	366
12.10.3  可恢复性	367
　　12.11 Android文件系统	368
12.11.1  文件系统	368
12.11.2  SQLite	369
　　12.12 小结	369
　　12.13 推荐读物	370
　　12.14 关键术语、复习题和习题	370
12.14.1  关键术语	370
12.14.2  复习题	370
12.14.3  习题	371

第六部分  嵌入式系统
　　
第13章  嵌入式操作系统	374
　　13.1  嵌入式系统	374
　　13.2  嵌入式操作系统的特点	375
13.2.1  移植现有商业操作系统	375
13.2.2  为特定目的构建的嵌入式
操作系统	376
　　13.3  嵌入式Linux	376
13.3.1  内核大小	376
13.3.2  编译	376
13.3.3  嵌入式Linux文件系统	377
13.3.4  嵌入式Linux的优点	377
13.3.5  Android	377
　　13.4  TinyOS	377
13.4.1  无线传感器网络	378
13.4.2  TinyOS的目标	378
13.4.3  TinyOS的组件	379
13.4.4  TinyOS的调度程序	381
13.4.5  配置示例	381
13.4.6  TinyOS的资源接口	383
　　13.5  推荐读物	384
　　13.6  关键术语、复习题和习题	384
13.6.1  关键术语	384
13.6.2  复习题	385
13.6.3  习题	385
第14章  虚拟机	387
　　14.1  虚拟化方法	388
　　14.2  处理器问题	390
　　14.3  内存管理	391
　　14.4  输入/输出管理	392
　　14.5  VMware ESXi	393
　　14.6  微软Hyper-V与Xen系列	395
　　14.7  Java虚拟机	396
　　14.8  Linux VServer虚拟机架构	396
14.8.1  架构	396
14.8.2  进程调度	397
　　14.9  Android虚拟机	398
14.9.1  dex文件系统	398
14.9.2  Zygote	399
　　14.10 小结	399
　　14.11 推荐读物	399
　　14.12 关键术语、复习题和习题	400
14.12.1  关键术语	400
14.12.2  复习题	400
14.12.3  习题	400
第15章  计算机安全技术	401
　　15.1  入侵者与恶意软件	401
15.1.1  系统访问威胁	401
15.1.2  应对措施	402
　　15.2  缓冲区溢出	404
15.2.1  缓冲区溢出攻击	404
15.2.2  编译时防御	406
15.2.3  运行时防御	408
　　15.3  访问控制	409
15.3.1  文件系统访问控制	409
15.3.2  访问控制策略	410
　　15.4  UNIX访问控制	414
15.4.1  传统UNIX文件访问控制	414
15.4.2  UNIX中的访问控制列表	416
　　15.5  操作系统加固	416
15.5.1  操作系统安装：初始安装
与后续更新	417
15.5.2  删除不必要的服务、应用
与协议	417
15.5.3  对用户、组和认证过程
进行配置	418
15.5.4  对资源控制进行配置	418
15.5.5  安装额外的安全控制工具	418
15.5.6  对系统安全进行测试	419
　　15.6  安全性维护	419
15.6.1  记录日志	419
15.6.2  数据备份和存档	419
　　15.7  Windows安全性	420
15.7.1  访问控制方案	420
15.7.2  访问令牌	421
15.7.3  安全描述符	421
　　15.8  小结	423
　　15.9  推荐读物	424
　　15.10 关键术语、复习题和习题	424
15.10.1  关键术语	424
15.10.2  复习题	424
15.10.3  习题	424
第16章  分布式处理、客户-服务器
和集群	426
　　16.1  客户-服务器计算	426
16.1.1  什么是客户-服务器计算	426
16.1.2  客户-服务器应用	427
16.1.3  中间件	431
　　16.2  分布式消息传递	433
16.2.1  可靠性与不可靠性	434
16.2.2  阻塞与无阻塞	434
　　16.3  远程过程调用	434
16.3.1  参数传递	435
16.3.2  参数表示	436
16.3.3  客户-服务器绑定	436
16.3.4  同步和异步	436
16.3.5  面向对象机制	437
　　16.4  集群	437
16.4.1  集群的配置	437
16.4.2  操作系统设计问题	439
16.4.3  集群计算机架构	440
16.4.4  集群与对称多处理器	441
　　16.5  Windows集群服务器	441
　　16.6  Beowulf和Linux集群	442
16.6.1  Beowulf特性	442
16.6.2  Beowulf软件	443
　　16.7  小结	443
　　16.8  推荐读物	444
　　16.9  关键术语、复习题和习题	444
16.9.1  关键术语	444
16.9.2  复习题	445
16.9.3  习题	445
附录A  并发主题	446
附录B  编程和操作系统项目	460
参考文献		464

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前言

封底文字
本书是一本关于操作系统概念、结构和机制的教材，目的是尽可能清楚和全面地展示现代操作系统的本质与特点。第八版在反映操作系统领域的变化的同时，保持了操作系统领域的广泛性，同时得到了许多教授和研究人员的审阅，叙述更清晰、紧凑。


本书新增内容
◆ Windows 8：详细介绍了Windows 8内核的各种关键技术。
◆ Android操作系统：详细介绍了Android移动平台的限制和运行环境。
◆ 嵌入式Linux：详细介绍了嵌入式Linux的关键要素。
◆ 虚拟机：新增了虚拟机操作系统设计问题的一章。
◆ 多核设计问题：增加了关于操作系统设计问题的讨论。
◆ I/O标准化：更新了相应的接口内容。
◆ 存储硬件：更新了存储硬件部分，包含了固态硬盘驱动器。
◆ 容错性：新增了介绍容错机制的一节。


本书特点
◆ 本书选择Windows 8、Android、UNIX 和Linux四个有代表性的操作系统作为实例讲解。
◆ 支持ACM/IEEE计算机科学课程体系2013。
◆ 适用于教学，书中含有大量的动画、视频和图表，每章末尾给出了关键术语、复习题、习题、深入阅读建议和相关网站的链接；书末给出了常用的缩略词和参考文献。
◆ 提供教学资源，包括参考答案、项目手册、PPT、PDF文件、教学大纲等，请参考书中的“教学支持说明”。
◆ 提供操作系统项目和其他学生练习。
◆ 提供操作系统教学平台OS/161、模拟项目和编辑项目。



译 者 序
　　操作系统领域一直在不断地发展和变化，计算机科学与技术专业、软件工程专业和信息安全专业的学生要如何全面且深入地理解操作系统呢？William Stallings博士的这本教材给出了答案。William Stallings博士撰写了很多有关计算机领域的教材，曾12次获得美国年度最佳计算机科学教科书奖和学术作者协会奖。他的这本教材已更新到了第八版，并被全球的很多大学采用为操作系统课程的教材或参考书。本书内容丰富、布局合理、概念清晰、举例恰当、文字简洁，是一本不可多得的优秀教材。
　　本书在保持第七版的众多特色的基础上，紧跟操作系统领域的最新发展，增加了许多新内容，包括Windows 8的各种关键技术、Android操作系统、嵌入式Linux、虚拟机技术、多核设计问题、I/O标准化问题、存储硬件，以及“ACM/IEEE计算机科学课程体系2013”中的核心专题——容错机制。
　　特别值得一提的是，本书的配套资源可为教师和学生提供很大的帮助，这些资源包括每章末尾的习题、习题参考答案、项目安排建议、课堂教学课件、测试题、关于并发的教学视频、教学大纲样例等。这些资源非常宝贵，可为中国各高等学校开设操作系统课程的教师提高教学质量提供有力的支持。即便是在课堂上带领学生认真讨论每章后面精心提炼的关键术语，对学生顺利完成操作系统课程的学习也是非常有意义的。
　　本书主要由陈向群、陈渝翻译。参加翻译、审阅和校对工作的还有王承珂、谌国风、申鹏、张大卫、刘璨、栗阶、刘波、杨立群、腾芸、潘伟民、金鑫、刘满、周晴漪等，在此对他们的贡献表示真诚的感谢。
　　由于译者水平有限，本书的译文中必定会存在一些不足或错误之处，欢迎各位专家和广大读者们批评指正。

前   言
第八版新增内容
自本书第七版出版以来，操作系统领域一直在不断地发展着。本书的新版试图在反映这些变化的同时，保持操作系统领域的广泛性。修订本书时，第七版得到了从事教学和研究的许多教授的审阅，因此新版中许多地方的叙述更加清晰、紧凑。
除了有利于教学和阅读方便外，书中的内容也因应操作系统领域的进展做了整体更新。主要变化如下：
◆ Windows 8：Windows 8是微软公司面向个人计算机、工作站和服务器的最新操作系统，其内部架构出现了很多变化。新版详细介绍了Windows 8内核的各种关键技术，包括进程/线程管理、调度、内存管理、安全、文件系统和I/O。
◆ Android操作系统：Android是一个快速发展的移动平台。移动设备在现实世界中的限制和运行环境，与传统桌面计算机和服务器相比有很大的不同。因此学习这个新环境很重要。
◆ 嵌入式Linux：在嵌入式系统中使用最小版本的Linux已日益流行，新版中介绍了嵌入式Linux的关键要素。
◆ 虚拟机：服务器虚拟化及其他各种形式的虚拟机得到了广泛应用，因此本书新增了介绍面向虚拟机的操作系统的设计问题的一章。
◆ 多核设计问题：现在的主流体系结构是多核架构，因此新版中增加了相关操作系统设计问题的讨论。
◆ I/O标准化：考虑到最新技术的发展，本书进行了相应的更新，包括雷电接口。
◆ 存储硬件：书中的存储硬件部分进行了更新，现在已包含对固态硬盘驱动器的讨论。
◆ 容错：“ACM/IEEE计算机科学课程体系2013”已将容错列为操作系统课程的核心专题，因此新增了介绍容错机制的一节。

目标
本书是一本关于操作系统概念、结构和机制的教材，目的是尽可能清楚和全面地展示现代操作系统的本质与特点。
这是一项具有挑战性的任务。首先，需要为各种各样的计算机系统设计操作系统，包括嵌入式系统、智能手机、单用户工作站和个人计算机、中等规模的共享系统、大型计算机和超级计算机，以及诸如实时系统之类的专用机器。多样性不仅体现在机器的容量和速度上，而且体现在具体应用和系统支持的需求上；其次，计算机系统正以日新月异的速度发展变化，操作系统设计中的许多重要领域都是最近才开始研究的，并且关于这些领域及其他新领域的研究工作仍在进行。
尽管存在着多样性和变化快等问题，但一些基本概念仍然贯穿始终。当然，这些概念的应用依赖于当前的技术状况和特定的应用需求。本书的目的是全面讨论操作系统设计的基本原理，并将现代流行的设计问题与当前操作系统的发展方向相关联。
实例系统
本书的目的是使读者熟悉现代操作系统的设计原理和实现问题，因此单纯讲述概念和理论远远不够。为说明这些概念，同时将它们与真实世界中不得不做出的设计选择相关联，本书选择了4个操作系统作为实例：
◆ Windows 8：用于个人计算机、工作站和服务器的多任务操作系统。它融入了很多操作系统发展的最新技术。此外，Windows是最早采用面向对象原理进行设计的重要商业操作系统之一。本书涵盖了Windows最新版本所采用的技术，包括Windows 8。
◆ Android：Android是为嵌入式设备特别是手机量身定做的，主要是为了满足嵌入式环境的独特需求。本书介绍了Android的内核信息。
◆ UNIX：最初是为小型计算机设计的多用户操作系统，但后来广泛用于从微机到超级计算机的各种机器中。本书采用若干版本的UNIX作为实例。FreeBSD融合了很多的现代特征，是一个广泛应用的操作系统；Solaris是一个广泛应用的商业版UNIX系统。
◆ Linux：一个非常普及且源代码开放的UNIX版本。
选择这些操作系统的原因是它们之间存在相关性，同时它们也具有代表性。关于这些实例操作系统的讨论贯穿全书，而非集中于某一章或附录部分。因此在讨论并发性时，会描述每个实例操作系统的并发机制，并探讨各种设计选择的动机。采用真实的例子可加深读者对相关章节中设计概念的理解。为方便起见，读者也可在在线文档中查阅所有实例操作系统的资料。

对“ACM/IEEE计算机科学课程体系2013”的支持
本书的读者是大学学生和专业技术人员，可作为计算机科学、计算机工程和电气工程专业本科生一学期或两学期的操作系统课程教材。新版符合“ACM/IEEE计算机科学课程体系2013”（CS2013）最新草案版（2013年2月）的要求。在CS2013推荐的课程体系中，操作系统（OS）是计算机科学的主干课程。CS2013将所有课程内容分为三类，即核心类1（含课程体系中的所有专题）、核心类2（含所有或几乎所有专题）、选修类（提供深度和广度）。在操作系统领域，CS2013含有核心类1的2个专题、核心类2的4个专题及选修类的6个可选专题，每个专题下都含有一些子专题。本书涵盖了CS2013列出的三类课程中的所有专题和子专题。
表P.1中给出了本书对操作系统知识领域的支持情况。每个专题下的子专题清单，读者可参阅文件box.com/OS8e/CS2013-OS.pdf。

表P.1  本书对CS2013中操作系统知识领域的覆盖情况
专    题	本书中的覆盖情况
操作系统概述（类1）	第2章：操作系统概述

操作系统原理（类1）	第1章：计算机系统概述
					第2章：操作系统概述
并发（类2）	第5章：并发性：互斥和同步
			第6章：并发：死锁和饥饿
			附录A：并发主题
			第18章：分布式进程管理
			第9章：单处理器调度
			第10章：多处理器和实时调度
存储管理（类2）	第7章：内存管理
				第8章：虚拟内存
安全与保护（类2）	第15章：计算机安全技术
虚拟机（选修）	第14章：虚拟机
设备管理（选修）	第11章：I/O管理和磁盘调度
文件系统（选修）	第12章：文件管理
实时与嵌入式系统（选修）	第10章：多处理器和实时调度
							第13章：嵌入式操作系统
							书中与Android相关的例子
容错（选修）	2.5节：容错性
系统性能评估（选修）	书中与存储管理、调度及其他领域相关的性能问题

本书结构
本书分为六部分（参见第0章的综述）：
 
◆ 背景知识
◆ 进程
◆ 内存
◆ 调度
◆ 嵌入式系统
◆ 输入/输出和文件
 
本书适用于教学。书中含有大量的动画、视频和图表，每章末尾给出了关键术语、复习题、习题、深入阅读建议和相关网站的链接；书末给出了常用的缩略词和参考文献。此外，本书可为教师提供题库。

教师支持资源
本书的主要目的是成为操作系统这门课程的有效教学工具，这在本书的结构和补充材料中得到了反映。以下是便于教师教学的补充材料：
◆ 参考答案：提供了每章末复习题和习题的答案。
◆ 项目手册：对前言中列出的所有项目给出项目布置建议。
◆ PowerPoint课件：所有章节的课件，可用于课堂教学。
◆ PDF文件：给出了本书中的全部图表。
◆ 测试题库：按章给出测试题，并附有单独的答案。
◆ 关于并发的教学视频：并发可能是操作系统课程中最难以理解的部分。新版中加入了许多探讨各种并发算法的教学视频。
◆ 教学大纲示范：本书的内容很多，因此很难在一学期内全部讲授。教学大纲示范告诉教师如何在有限的时间内使用本书。这些大纲示范是根据使用本书上一版的教师的实际教学经验总结形成的。
所有支持材料均可在本书的教师资源中心（IRC）找到。需要的教师，可通过培生公司的网站www.pearsonhighered.com/stallings下载，或在本书的配套网站WilliamStallings.com/OperatingSystems上单击链接Pearson Resources for Instructors获取。要访问IRC，可登录网页pearsonhighered.com/educator/replocator/requestSalesRep.page联系培生公司的本地销售代表，或拨打培生公司的教师服务电话1-800-526-0485。 
配套网站WilliamStallings.com/OperatingSystems（单击链接Instructors Resource）提供如下资源：
◆ 教学所用其他资源的网站链接。
◆ 用书教师和作者交换信息、建议及问题的注册邮件列表。

操作系统项目和其他学生练习
对许多教师而言，操作系统课程的一项重要任务是，通过一个或多个项目来加深学生对概念的理解。本书为课程中的项目提供了很好的支持。本书的在线部分提供有两个编程项目。此外，通过培生公司得到的教师支持资源中，不仅包括了分配和组织各个项目的方式，而且包括了针对不同项目和特殊任务的手册。教师可布置如下几方面的任务：
◆ OS/161项目：见后面的介绍。
◆ 模拟项目：见后面的介绍。
◆ 编程项目：见后面的介绍。
◆ 研究项目：研究特定专题的网上项目和报告撰写。
◆ 阅读/报告任务：让学生阅读后完成报告或作业的论文。
◆ 讨论专题：课堂、聊天室和消息板上所用的专题，加深学生的理解和协作。
此外，本书还为教师和学生提供一个研究并发机制的软件包BACI。
这些项目和学生练习可丰富教师的教学内容，教师和学生也可根据自己的需要对其进行裁剪，详见附录B。

OS/161
新版支持基于OS/161的主动学习部分。OS/161是一个教学用操作系统，越来越多的人已将其作为操作系统内核教学的首选平台，目的是既让学生体验真实操作系统的工作方式，又不会被相当复杂的成熟操作系统如Linux吓住。与部署得最多的操作系统比较，OS/161非常小（仅约20000行代码和注释），因此学生很容易在理解整个代码的基础上进行二次开发。
IRC包括如下内容：
1．教师可上传到课程服务器上供学生下载的html文件压缩包。
2．帮助学生使用OS/161的入门手册。
3．供学生实践使用的OS/161练习。
4．供教师使用的习题解答。
5．教材中的相应位置会说明这些项目，学生阅读相关内容后可完成相应的OS/161项目。

模拟项目
IRC提供了涵盖操作系统设计关键内容的7个模拟项目。学生可以使用这套模拟工具包分析操作系统的设计特性。这些模拟工具是用Java编写的，既可作为Java应用程序本地运行，也可在浏览器上在线运行。IRC中含有学生所用的作业，这些作业演示了实施步骤和结果。

动画项目
新版仍然为读者提供动画。动画是理解复杂的现代操作系统的强大工具。说明操作系统设计中关键功能和算法的动画共有53幅，针对的是第3章、第5～9章和第11章。在本书的Premium Web网站上可看到这些动画。

编程项目
新版教材支持编程项目。编辑项目有两个：一是开发一个shell程序，即命令解释器；二是开发教材在线部分中介绍的进程分派程序。IRC为开发程序提供了所需的深入资料和逐步练习。
指导教师也可针对本书中的许多基本原理，安排强度更大的编辑项目。本书为这些项目的实施提供了详细的指导材料，并提供了与每个项目相关的习题。
IRC提供的项目手册包括一系列编程项目，涵盖了大部分专题，并可在任何平台上使用合适的语言来实现。

在线文档、动画和其他资源
新版在两个网站上为学生在线提供大量配套资料。其中，配套网站（登录WilliamStallings.com/ OperatingSystems，然后单击Student Resources链接）中含有按章组织的链接列表和本书的勘误。 
◆ 在线章节：为使本书不致太厚，两章内容以PDF格式提供，详见目录。
◆ 在线附录：很多有趣的专题未放入纸质教材，而是以附录的形式放在网上，详见目录。
◆ 习题和解答：为便于学生理解，本书提供了一组习题及其解答。
◆ 动画：动画是理解复杂的现代操作系统的有用工具，说明操作系统设计中关键功能和算法的动画共有53幅，针对的是第3章、第5～9章和第11章。

致谢
本书的多次修订得到了教师和技术人员的帮助，在此向他们表示感谢。最新版本的出版得到了如下人员的帮助。
以下教师审阅了本书的所有或大部分文稿：奥斯汀社区学院（北岭）的Bernard Ku、伍斯特州立大学的Hemant Pendharker、瑞吉斯大学（丹佛）的Nancy Birkenheuer、得州大学（达拉斯）的Greg Ozbirn。
感谢如下为实例系统提供详细审阅的人员：Kristopher Micinski、Ron Munitz、Atte Peltomaki、Durgadoss Ramanathan、Manish Shakya、Samuel Simon、Wei Wang和Chen Yang审阅了关于Android的内容；Tigran Aivazian、Kaiwan Billimoria、Peter Huewe、Manmohan Manoharan、Rami Rosen、Neha Naik和Hualing Yu审阅了关于Linux的内容；Francisco Cotrina、Sam Haidar、Christopher Kuleci、Benny Olsson和Dave Probert审阅了关于Windows的内容；eCosCentric公司的Nick Garnett审阅了关于eCos的内容；TinyOS系统的开发者之一Philip Levis审阅了关于TinyOS的内容。
多伦多大学的Andrew Peterson教授为IRC补充了OS/161资料，James Craig Burley撰写和录制了视频笔记。
得州大学（圣安东尼奥）的Adam Critchley开发了模拟项目的习题；伊利诺伊大学香槟分校的Matt Sparks为本书改编了一组编程习题。
澳大利亚国防学院的Lawrie Brown提供了缓冲区溢出攻击的材料；密歇根工学院的Ching-Kuang Shene为竞争条件一节提供了示例，并审阅了该节；克罗拉多矿业学院的Tracy Camp和Keith Hellman提供了一些新的课外练习。此外，Fernando Ariel Gont也提供了一些课外练习，同时还详细审阅了本书的全部章节。
感谢威廉与玛丽学院的Bill Bynum和克罗拉多矿业学院的Tracy Camp对附录O的贡献；感谢伍斯特理工学院的Steve Taylor对教师手册中程序设计项目和阅读/报告任务的贡献；感谢乔治梅森大学的Tan N. Nguyen教授对教学手册中研究项目的贡献；感谢格里菲斯大学的Ian G. Granham对书中两个编程项目的贡献；感谢库兹敦大学的Oskars Rieksts慷慨地允许我使用他的讲稿、测验与项目。
最后要感谢负责出版本书的人们。他们是培生公司的工作人员，特别是编辑Tracy Johnson及其助理Jenah Blitz-Stoehr、流程管理经理Carole Snyder和项目经理 Bob Engelhardt。感谢位于Integra的Shiny Rajesh和制作人员的高效工作，感谢培生公司的市场和销售人员。

第0章  读者与教师指南
	本书及其配套网站涵盖了大量的资料，下面列出一些基本的背景信息。
0.1  本书概述
	本书共分为6部分：
第一部分 背景知识：综述计算机组成与架构，重点讲述与操作系统设计相关的主题，并概述其他部分的主题。
第二部分 进程：详细分析进程、多线程、对称多处理（SMP）和微内核，介绍单个系统上的并发机制，重点讲述互斥和死锁。
	第三部分 内存：全面介绍内存管理技术，包括虚拟存储器。
第四部分 调度：分析和比较多种进程调度方法，讨论线程调度、SMP调度和实时调度。
第五部分 输入/输出和文件：分析操作系统的I/O功能控制，特别是决定系统主要性能的磁盘I/O；概念文件管理。
第六部分 嵌入式系统：嵌入式系统的数量远多于通用计算机系统，且市面上存在许多独特的嵌入式操作系统。该部分讨论嵌入式操作系统的一般性原理，并介绍两个实例系统TinyOS和eCos。
	在线章节与附录涵盖了与本书相关的一些其他主题。
0.2  实例系统
	本书的目的是让读者熟悉现代操作系统的设计原理与实现问题，因此仅介绍概念和理论远远不够。为举例说明这些概念，并把它们与现实世界中必须做出的设计选择相关联，本书选用了三个操作系统作为运行实例：
◆ Windows：可在各种个人计算机、工作站和服务器上运行的多任务操作系统。这是为数不多的几个从零开始设计的商用操作系统之一，因此反映了操作系统的最新发展趋势。本书采用的实例系统是Windows 8。
◆ UNIX：一个多用户操作系统，其最初为小型计算机设计，后来广泛用于从微机到超级计算机的各种机器中。本书选择Linux作为实例系统。
◆ Android：目前的主流移动平台。移动设备在现实世界中的使用限制和运行环境，与传统桌面或服务器计算机有很大的不同，因此了解这一新环境非常重要。本书详细介绍了Android的内核信息。
	关于这些实例系统的讨论并不集中于某章或某个附录，而是贯穿本书的全部内容。因此在讨论并发性时，将介绍每个实例系统的并发机制，并讨论单个设计选择的动机，因此可让读者深入理解特定章节中的设计概念。
	本书还采用了其他合适的实例系统。
0.3  读者和教师的路线图
	读者可能会质疑本书中各个主题出现的顺序。例如，既然调度主题（第9章和第10章）与并发主题（第5章和第6章）及进程主题（第3章）密切相关，就应尽可能安排在一起。
	这样安排的困难在于，各个主题都是紧密关联的。例如，在讨论虚拟存储器时，若能够参考调度问题中的缺页处理，则非常有用；再如，在讨论调度决策时，若能够参考关于内存管理的问题也很有用。这种例子不胜枚举：讨论调度需要I/O管理的部分内容，反之亦然。
	图0.1中显示了各主题间的一些重要关联。实线表示从设计和实现的角度考虑时，非常紧密的联系。根据该图，我们显然应从对进程的最基本的讨论开始，正如第3章中所做的那样。接下来的顺序有一定的任意性，很多操作系统的书籍最初会把所有与进程相关的内容放在一起，然后再介绍其他主题，这无疑是正确的。然而，由于内存管理与进程管理的地位同等重要，因此本书中把这部分内容放在调度内容之前。

图0.1  操作系统各主题间的关联性
	对学生而言，最理想的安排是，按顺序学完第1～3章后，并行阅读如下章节：第4章，第5章（任选）；第6章，第7章；第8章，第9章（任选）；第10章。其余部分可按任意顺序学习。当然，尽管人脑可能可以并行处理，但让学生同时打开4本同样的书并翻到不同的4个章节进行学习几乎是不可能的（同时成本也过于昂贵）。既然必须按照线性顺序学习，那么本书的顺序安排就是有效的。
	最后要说明的是，第2章特别是2.3节概述了后续章节涵盖的所有重要概念，因此读完第2章后，可以灵活地选择阅读其余章节的顺序。
0.4  互联网和网站资源
	在互联网和本书的配套网站上有很多有用的资源，同这些资源可以有效地跟踪该领域的发展趋势。

本书网站
为学生和教师提供其他资源的网站有三个。第一个网站是本书的配套网站，其网址是http://williamstallings.com/OperatingSystems/：为学生提了按章节组织的许多链接和本书的勘误，以及为初学者介绍Ｃ语言编程的文档；为得到授权的教师提供至课程网页的链接和文档。
	第二个网站是高级内容网站，它提供丰富的辅助资源，包括附加的在线章节、附录、习题、答案和动画。
	第三个网站是教师资源中心（IRC），它为教师提供了丰富的资源，详见前言中的相关信息。书中的印刷或其他错误，都会出现在网站上的勘误文件中。
	此外，作者还开发和维护了一个计算机科学学生资源网站（ComputerScienceStudent.com），该网站能为计算机科学专业的学生提供资源、信息、链接和文档，具体如下：
◆ 数学：包含排队论、数制的基础知识，以及至许多数学网站的链接。
◆ 操作指南：完成作业、报告和演示文档的建议与指导。
◆ 研究资源：至很多重要论文、技术报告和参考文献的链接。
◆ 其他有用信息：大量有用的其他资料和链接。
◆ 计算机科学职业：与计算机科学职业规划有关的链接和资料。
◆ 杂论和轶事：供消遣用的内容。

其他网站
	为本书中的主题提供信息的网站还有很多，配套网站中按章节提供了至这些网站的链接。

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