第4版前言
　　計算機技術(shù)的飛速發(fā)展正在引發(fā)新的一輪世界性技術(shù)革命。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越全球化、科技創(chuàng)新越來越國際化、知識經(jīng)濟(jì)已初見端倪的今天，任何一門技術(shù)或任何一個領(lǐng)域離開了計算機都是不可想象的。而計算機技術(shù)發(fā)展之迅速，計算機及其相關(guān)IT產(chǎn)品市場競爭之激烈，計算機產(chǎn)業(yè)讓人致富速度之迅猛，也同樣是人們始料不及的。在21世紀(jì)，任何想在技術(shù)領(lǐng)域有一番作為的人，都不得不面對計算機技術(shù)的挑戰(zhàn)。
　　軟件技術(shù)是計算機系統(tǒng)的靈魂與核心，而操作系統(tǒng)更是計算機系統(tǒng)的大腦�！跋氚l(fā)財，學(xué)軟件！”在一些國家已成為深入人心的廣告詞。在我國，科技創(chuàng)新、高科技產(chǎn)業(yè)化的浪潮也勢必會以雷霆萬鈞之力推動軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展與普及。21世紀(jì)的哪一行哪一業(yè)能夠離開軟件呢?
　　學(xué)習(xí)計算機軟件技術(shù)，特別是計算機操作系統(tǒng)技術(shù)，除了需要刻苦努力外，還需要掌握軟件和操作系統(tǒng)的原理與設(shè)計技巧。這些原理與技巧可以說是計算機界的前輩們一代接一代不停頓的努力所留下的知識與智慧的結(jié)晶，學(xué)習(xí)和掌握它們對于激發(fā)自己的創(chuàng)造力和想象力是很有幫助的。
如何學(xué)習(xí)和掌握操作系統(tǒng)技術(shù)的原理與實際技巧呢？除了聽課和讀書之外，最好的方法就是在實踐中練習(xí)。例如，自己設(shè)計一個小型操作系統(tǒng)，多使用操作系統(tǒng)，多閱讀和分析操作系統(tǒng)源代碼等。當(dāng)前非常流行的Linux操作系統(tǒng)的原始版事實上也是一位優(yōu)秀的大學(xué)生的練習(xí)之作。除了上述練習(xí)方法之外，習(xí)題和實驗也是很重要的實踐之一。
　　本書是配合《計算機操作系統(tǒng)教程》(第4版)的習(xí)題解答與實驗指導(dǎo)書。本書除給出《計算機操作系統(tǒng)教程》(第4版)各章所附習(xí)題的參考答案外，還給出一些有關(guān)的綜合試題及其參考答案；另外，還設(shè)計了4個在Linux環(huán)境下或UNIX環(huán)境下的小實驗，包括進(jìn)程控制、進(jìn)程通信、內(nèi)存管理以及文件系統(tǒng)設(shè)計等，并給出了這４個實驗的參考編程解答。
本書的編寫得到了清華大學(xué)計算機系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組楊華杰的大力支持和幫助，她對本書中的部分習(xí)題進(jìn)行了解答和完善，而且重新編寫了實驗程序。
本書雖然給出了《計算機操作系統(tǒng)教程》(第4版)一書中習(xí)題的參考解答和相關(guān)實驗指導(dǎo)，但由于作者的水平與知識所限，這些解答只是一種參考，里面完全可能存在錯誤和不妥之處，有待于有識之士的指教。此外，還希望讀者不要局限于這些解答。
衷心希望本書能對學(xué)習(xí)計算機操作系統(tǒng)和計算機軟件的人們有所幫助！

　　作者
　　2013年6月于清華園前言

　　對于在校的學(xué)生和工程技術(shù)人員而言，能否有效地了解操作系統(tǒng)原理后面的具體設(shè)計實現(xiàn)呢？陸游說過： “紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。我們在教學(xué)過程中，也深刻體會到這一點。我們認(rèn)為，在了解基本的操作系統(tǒng)概念和原理的基礎(chǔ)上，通過實際動手來一步一步分析、設(shè)計和實現(xiàn)一個微型化的操作系統(tǒng)，會深入了解操作系統(tǒng)的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，并體會到概念原理和實際實現(xiàn)之間的緊密聯(lián)系及巨大差異。
　　操作系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)軟件，涉及內(nèi)容繁多，發(fā)展也很快，如Linux、Windows等，都是上百萬行的源代碼規(guī)模。開發(fā)人員開發(fā)這些操作系統(tǒng)軟件的目的是用于實際計算機系統(tǒng)中，而不是用于教學(xué)，所以直接用這些操作系統(tǒng)來分析了解操作系統(tǒng)的實現(xiàn)和進(jìn)行操作系統(tǒng)實驗會比較復(fù)雜。而且目前部分操作系統(tǒng)教材的內(nèi)容也越來越龐大和抽象，而面向操作系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的實驗部分相對就少了很多。這兩方面交織在一起，導(dǎo)致學(xué)生了解和掌握操作系統(tǒng)的實際細(xì)節(jié)很困難。
　　早期的UNIX操作系統(tǒng)實現(xiàn)和MIT教授Frans Kaashoek等基于UNIX v6設(shè)計的xv6操作系統(tǒng)給了我們啟發(fā)：對一個計算機專業(yè)的本科生而言，在了解操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)有挑戰(zhàn)，但是可行！我們對此進(jìn)行了嘗試與探索，以設(shè)計實現(xiàn)一個微型但全面的操作系統(tǒng)——ucore為基本目標(biāo)，以增量式遞進(jìn)開發(fā)方式完成各種基于ucore操作系統(tǒng)的實驗為實踐過程，以在此過程中逐步介紹的操作系統(tǒng)的基本概念和原理為實踐指導(dǎo)，做到有“理”可循和有“碼”可查，最終讓讀者了解和掌握操作系統(tǒng)的原理、設(shè)計與實現(xiàn)。目前的實驗內(nèi)容包含如下8個。
　　(1) 啟動操作系統(tǒng)的bootloader：了解操作系統(tǒng)啟動前的狀態(tài)和要做的準(zhǔn)備工作。
　　(2) 物理內(nèi)存管理子系統(tǒng)：理解硬件段/頁模式和操作系統(tǒng)如何管理物理內(nèi)存。
　　(3) 虛擬內(nèi)存管理子系統(tǒng)：理解頁表機制、缺頁故障處理以及內(nèi)存替換算法。
　　(4) 內(nèi)核線程子系統(tǒng)：理解相對簡單的內(nèi)核態(tài)線程的動態(tài)管理過程。
　　(5) 用戶進(jìn)程管理子系統(tǒng)：理解用戶態(tài)進(jìn)程動態(tài)管理過程以及系統(tǒng)調(diào)用過程。
　　(6) 處理器調(diào)度子系統(tǒng)：理解操作系統(tǒng)的調(diào)度過程和調(diào)度算法。
　　(7) 同步互斥與進(jìn)程間通信子系統(tǒng)：理解進(jìn)程間如何同步互斥以及進(jìn)行信息交換和共享。
　　(8) 文件系統(tǒng)：理解文件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，與進(jìn)程管理和內(nèi)存管理等的關(guān)系。
　　其中每個開發(fā)步驟都是建立在上一個步驟之上的，就像搭積木，從一個一個小木塊，最終搭出來一個小房子。在搭房子的過程中，完成從理解操作系統(tǒng)原理到實踐操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的探索過程。最新的代碼和文檔放在http://www.github.com/chyyuu/ucore_lab上。如果有同學(xué)和OS愛好者覺得這些實驗難度不夠，大家可參加更有挑戰(zhàn)和樂趣的ucore plus實驗，這些實驗位于 http://www.github.com/chyyuu/ucore_plus下。目前的代碼和文檔還有許多不完善和錯誤的地方需要改進(jìn)，歡迎大家批評指正。
　　在實現(xiàn)基于ucore的操作系統(tǒng)實驗過程中，我們參考和借鑒了xv6、OS161以及Linux的設(shè)計思路和實現(xiàn)代碼，而且Frans Kaashoek 博士也親自給予了幫助與指導(dǎo)。國內(nèi)多所高校的老師，包括陳向群、王雷、陳鵬、陳莉君、原倉周、蒲曉蓉等都給予了指導(dǎo)和幫助。操作系統(tǒng)課程的助教王乃崢、袁昕顥、茅俊杰、陳宇恒、曹聰、楊楊等完成了大量工作，在此表示衷心的感謝！

　　陳渝　向勇
　　2013年3月12日