操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，是保證計算機功能正常、完整、可用的最基本的軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)幾乎是每個計算機用戶駕馭計算機的唯一系統(tǒng)工具。因此，每個用戶理所當(dāng)然地需要熟悉操作系統(tǒng)。然而操作系統(tǒng)又是一種異常復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，不僅代碼規(guī)模龐大，而且組成結(jié)構(gòu)和運行機制復(fù)雜，學(xué)習(xí)、理解操作系統(tǒng)內(nèi)部奧秘極富挑戰(zhàn)性。操作系統(tǒng)直接建立在硬件基礎(chǔ)上，對硬件進行管理，向用戶屏蔽復(fù)雜的硬件細(xì)節(jié)。計算機系統(tǒng)中的硬件品種眾多，工作流程復(fù)雜。操作系統(tǒng)需要處理大量的并發(fā)任務(wù)及并行操作，良好協(xié)調(diào)這些任務(wù)及操作間的同步關(guān)系，防止錯誤的發(fā)生�？傊�，操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)工作的指揮者、協(xié)調(diào)者、監(jiān)控者。理解操作系統(tǒng)乃至進行新的設(shè)計及實現(xiàn)均離不開對操作系統(tǒng)概念和理論的熟悉和掌握，這些概念和理論是操作系統(tǒng)領(lǐng)域的共同語言。操作系統(tǒng)課程內(nèi)容又是程序設(shè)計、軟件工程等需要以操作系統(tǒng)作為工作支持環(huán)境及涉及操作系統(tǒng)內(nèi)核要素的課程的基礎(chǔ)。作為一種復(fù)雜的大規(guī)模的軟件系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的成功研制也是軟件工程思想和方法應(yīng)用的典范，并且為軟件工程提供普遍的、可借鑒的、實用的實踐方案和模板。例如，操作系統(tǒng)所包含的方便軟件維護的模塊化、層次化、分布式軟件體系結(jié)構(gòu)思想、復(fù)雜系統(tǒng)分治策略及各種資源管理中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在許多應(yīng)用軟件構(gòu)造中有著類似的應(yīng)用。因此，操作系統(tǒng)是一門重要的軟件理論和方法基礎(chǔ)課程。
　　全書共分8章，分別講述了操作系統(tǒng)基本概念、理論體系、處理器管理、并發(fā)進程的同步、互斥與死鎖、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理、操作系統(tǒng)安全機制、多處理機與多計算機操作系統(tǒng)，涵蓋操作系統(tǒng)經(jīng)典、核心內(nèi)容及擴展內(nèi)容。
　　第1章，介紹操作系統(tǒng)的定義、地位、功能、特性、發(fā)展、分類及結(jié)構(gòu)。重難點內(nèi)容是1.1.3 操作系統(tǒng)的資源管理技術(shù)；1.3 操作系統(tǒng)的主要特性；1.5.1 程序接口；1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解與區(qū)分。
　　第2章，講述進程管理的硬件基礎(chǔ)、進程的定義、進程的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、進程控制、處理器調(diào)度以及線程概念和線程實現(xiàn)。重難點內(nèi)容是2.1.2指令系統(tǒng)、特權(quán)指令與非特權(quán)指令；2.1.3 處理器狀態(tài)及切換；2.2 中斷等硬件設(shè)施與操作系統(tǒng)控制地位的實現(xiàn)關(guān)系；2.3 進程概念、進程邏輯結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)物理實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；2.4.2 多線程環(huán)境中進程與線程的區(qū)別與聯(lián)系、線程的應(yīng)用；2.6 處理器調(diào)度算法的理解與應(yīng)用及其評價標(biāo)準(zhǔn)。
　　第3章，講述并發(fā)進程之間的關(guān)系，包括：并發(fā)進程的同步、互斥關(guān)系及信號量與PV和管程實現(xiàn)機制、死鎖的產(chǎn)生及其解決方案、進程間的通信方案。重難點內(nèi)容是3.1.3 并發(fā)進程與時間有關(guān)的錯誤；3.2.1 臨界區(qū)調(diào)度原則；3.3 信號量結(jié)構(gòu)與PV操作邏輯及其應(yīng)用；3.4 管程結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)方法及應(yīng)用；3.5 進程通信方案及應(yīng)用；3.6 死鎖的避免與檢測和解除方法。
　　第4章，從簡單到復(fù)雜講述存儲管理技術(shù)，包括連續(xù)存儲管理技術(shù)（固定分區(qū)、可變分區(qū)、伙伴系統(tǒng)）、離散實存管理技術(shù)（分頁、分段、段頁式系統(tǒng)）和虛擬存儲管理技術(shù)（請求分頁、請求分段、請求段頁式系統(tǒng)），重點講述請求分頁虛擬存儲管理技術(shù)。重難點內(nèi)容是4.2 地址重定位、存儲保護和存儲共享；4.4 分頁存儲管理；4.6 虛擬存儲管理相關(guān)概念、工作原理及相關(guān)算法的理解與計算。
　　第5章，講述設(shè)備管理的硬件基礎(chǔ)知識、I/O軟件系統(tǒng)層次、磁盤結(jié)構(gòu)與磁盤I/O調(diào)度算法、虛擬設(shè)備技術(shù)。重難點內(nèi)容是5.1.2 I/O控制方式及控制器硬件工作關(guān)鍵細(xì)節(jié)；5.2.3 設(shè)備驅(qū)動程序的用途及與中斷處理程序的協(xié)作關(guān)系；5.3.2 磁盤調(diào)度算法與計算及磁盤速度與磁道/扇區(qū)編排的關(guān)系；5.4.2 SPOOLing系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　第6章，講述文件管理系統(tǒng)的文件及目錄結(jié)構(gòu)、用戶接口功能及其實現(xiàn)、文件空間管理方法、內(nèi)存映射文件技術(shù)及虛擬文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。重難點內(nèi)容是6.1.4 文件操作應(yīng)用；6.3 文件物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)；6.4.2 文件操作系統(tǒng)調(diào)用功能實現(xiàn)；6.4.3 文件共享技術(shù)；6.5 文件空間管理技術(shù)、內(nèi)存映射文件的應(yīng)用。
　　第7章，簡述操作系統(tǒng)安全保護機制，了解系統(tǒng)安全隱患與相應(yīng)的防護措施。
　　第8章，簡述多處理機及多計算機環(huán)境下操作系統(tǒng)設(shè)計思想，了解復(fù)雜硬件條件下與單處理機環(huán)境下處理機管理的區(qū)別。
　　為了使讀者能夠近距離、可觸摸地感知操作系統(tǒng)的概念和原理知識，盡可能向讀者清晰展現(xiàn)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)元素和運行邏輯，本書采用可見形式描述復(fù)雜抽象的概念和事物。對于相關(guān)硬件及軟件的重要運作細(xì)節(jié)力求充分揭示。
　　對操作系統(tǒng)的內(nèi)核功能進行實踐應(yīng)用是解除操作系統(tǒng)陌生感的重要學(xué)習(xí)形式，也是以工程實踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。本書包含了經(jīng)過多年教學(xué)實踐積累、完善形成的Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核功能完整實驗程序和實驗環(huán)境搭建方法，可供讀者無障礙地驗證和透徹理解操作系統(tǒng)的相關(guān)概念和理論，并在此基礎(chǔ)上進行操作系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新和設(shè)計。實驗內(nèi)容包括：Linux操作系統(tǒng)實驗環(huán)境的搭建、Linux程序接口實驗、Linux操作接口實驗、Linux進程控制實驗、多線程并發(fā)運行與互斥訪問實驗、Linux進程同步與互斥實驗、Linux多途徑通信實驗、Linux文件操作實驗、Linux內(nèi)存映射文件實驗。實驗選材既考慮操作系統(tǒng)概念、理論的驗證性需求，同時也考慮相關(guān)技術(shù)在工程實踐中的實用價值，達到學(xué)以致用的目的。
　　總之，本書理論與實踐并重，滿足各類讀者的需要。既方便以理論學(xué)習(xí)為主的人員具體、完整地理解和掌握操作系統(tǒng)理論知識，又方便需要在理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上熟練掌握操作系統(tǒng)內(nèi)核功能應(yīng)用技術(shù)的人員順利獲得工程實踐能力。對于安排有獨立實驗學(xué)時的班級，教材中的實驗可以在實驗學(xué)時進行。對于課程安排在實驗室或機房，但是沒有獨立實驗學(xué)時的班級，教材中的實驗可以嵌入在理論講授的適當(dāng)時機進行，實驗時長由教師根據(jù)學(xué)生情況及總學(xué)時合理確定。建議理論講授與實驗交替進行，防止學(xué)習(xí)形式的單調(diào)性，保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。對于不具備統(tǒng)一實驗條件的班級，教材中的實驗可以由學(xué)生課下進行，教師決定驗收與否。略過教材中的實驗章節(jié)，并不影響操作系統(tǒng)理論體系的完整性。
　　本書內(nèi)容與知識結(jié)構(gòu)圖形象直觀地描述了本書核心章節(jié)，同時也是操作系統(tǒng)各組成部分與所依賴的硬件系統(tǒng)各部件之間的對應(yīng)關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該圖幫助讀者總覽知識全局、準(zhǔn)確定位知識細(xì)節(jié)。
　　本書由申豐山主編和統(tǒng)稿。作者所在團隊的多名成員參與了課程討論與部分編寫工作。王黎明教授一直支持作者從事操作系統(tǒng)教學(xué)工作，使得作者有充分的時間和機會熟悉、積累和完善操作系統(tǒng)知識、探索講授技巧，為本書的成稿積累了重要的素材。王黎明教授參與了教材第1章、第2章、第3章的部分編寫工作。張卓博士參與討論、編寫了第4章、第5章和第6章的部分內(nèi)容，職為梅和張岳參與討論、編寫了第7章和第8章的部分內(nèi)容。書中某些章節(jié)參考或引用了文獻中列出的國內(nèi)外著作的部分內(nèi)容以及互聯(lián)網(wǎng)資源上的某些內(nèi)容，謹(jǐn)此向各位作者一并表示衷心的感謝！本書的講義版在卓越工程師班及計算機和軟件類專業(yè)班的應(yīng)用極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)和探索操作系統(tǒng)的興趣，這是促成本書出版的重要動力。
　　由于作者水平有限，加上操作系統(tǒng)代碼規(guī)模龐大、復(fù)雜，分析不易，難以獲得系統(tǒng)、完整、準(zhǔn)確的第一手資料作為佐證，書中內(nèi)容難免存在錯誤，某些抽象、晦澀的內(nèi)容可能改進不徹底，敬請讀者批評、指正，以便共同改進教材。為方便課程講授，華信教育資源網(wǎng)提供了教學(xué)課件等資源供教師下載，或與作者聯(lián)系索取。
　　用于搭建實驗環(huán)境的ubuntu Linux操作系統(tǒng)可從網(wǎng)址下載，也可從其他相關(guān)網(wǎng)站下載安裝。ubuntu新版本不斷推出，讀者可能下載到高于本書使用的ubuntu版本，高版本ubuntu完全可以替代本書使用的低版本ubuntu順利安裝和完成實驗。
　　編 者
　　2015年12月