操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，是保證計(jì)算機(jī)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(gè)計(jì)算機(jī)用戶駕馭計(jì)算機(jī)的唯一系統(tǒng)工具。因此，每個(gè)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(yùn)行機(jī)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(duì)硬件進(jìn)行管理，向用戶屏蔽復(fù)雜的硬件細(xì)節(jié)。計(jì)算機(jī)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(cuò)誤的發(fā)生。總之，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)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(jìn)行新的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)均離不開(kāi)對(duì)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(yǔ)言。操作系統(tǒng)課程內(nèi)容又是程序設(shè)計(jì)、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(shí)用的實(shí)踐方案和模板。例如，操作系統(tǒng)所包含的方便軟件維護(hù)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(shū)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(jìn)程的同步、互斥與死鎖、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理、操作系統(tǒng)安全機(jī)制、多處理機(jī)與多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，涵蓋操作系統(tǒng)經(jīng)典、核心內(nèi)容及擴(kuò)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(diǎn)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(jì)的理解與區(qū)分。
　　第2章，講述進(jìn)程管理的硬件基礎(chǔ)、進(jìn)程的定義、進(jìn)程的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、進(jìn)程控制、處理器調(diào)度以及線程概念和線程實(shí)現(xiàn)。重難點(diǎn)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(shí)現(xiàn)關(guān)系；2.3 進(jìn)程概念、進(jìn)程邏輯結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)物理實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；2.4.2 多線程環(huán)境中進(jìn)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　　第3章，講述并發(fā)進(jìn)程之間的關(guān)系，包括：并發(fā)進(jìn)程的同步、互斥關(guān)系及信號(hào)量與PV和管程實(shí)現(xiàn)機(jī)制、死鎖的產(chǎn)生及其解決方案、進(jìn)程間的通信方案。重難點(diǎn)內(nèi)容是3.1.3 并發(fā)進(jìn)程與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤；3.2.1 臨界區(qū)調(diào)度原則；3.3 信號(hào)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(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用；3.5 進(jìn)程通信方案及應(yīng)用；3.6 死鎖的避免與檢測(cè)和解除方法。
　　第4章，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜講述存儲(chǔ)管理技術(shù)，包括連續(xù)存儲(chǔ)管理技術(shù)（固定分區(qū)、可變分區(qū)、伙伴系統(tǒng)）、離散實(shí)存管理技術(shù)（分頁(yè)、分段、段頁(yè)式系統(tǒng)）和虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)（請(qǐng)求分頁(yè)、請(qǐng)求分段、請(qǐng)求段頁(yè)式系統(tǒng)），重點(diǎn)講述請(qǐng)求分頁(yè)虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)。重難點(diǎn)內(nèi)容是4.2 地址重定位、存儲(chǔ)保護(hù)和存儲(chǔ)共享；4.4 分頁(yè)存儲(chǔ)管理；4.6 虛擬存儲(chǔ)管理相關(guān)概念、工作原理及相關(guān)算法的理解與計(jì)算。
　　第5章，講述設(shè)備管理的硬件基礎(chǔ)知識(shí)、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(diǎn)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(dòng)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(jì)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jiǎn)述操作系統(tǒng)安全保護(hù)機(jī)制，了解系統(tǒng)安全隱患與相應(yīng)的防護(hù)措施。
　　第8章，簡(jiǎn)述多處理機(jī)及多計(jì)算機(jī)環(huán)境下操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，了解復(fù)雜硬件條件下與單處理機(jī)環(huán)境下處理機(jī)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(shí)，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(yùn)行邏輯，本書(shū)采用可見(jiàn)形式描述復(fù)雜抽象的概念和事物。對(duì)于相關(guān)硬件及軟件的重要運(yùn)作細(xì)節(jié)力求充分揭示。
　　對(duì)操作系統(tǒng)的內(nèi)核功能進(jìn)行實(shí)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(shí)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(shū)包含了經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐積累、完善形成的Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核功能完整實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建方法，可供讀者無(wú)障礙地驗(yàn)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(jìn)行操作系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新和設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建、Linux程序接口實(shí)驗(yàn)、Linux操作接口實(shí)驗(yàn)、Linux進(jìn)程控制實(shí)驗(yàn)、多線程并發(fā)運(yùn)行與互斥訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)、Linux進(jìn)程同步與互斥實(shí)驗(yàn)、Linux多途徑通信實(shí)驗(yàn)、Linux文件操作實(shí)驗(yàn)、Linux內(nèi)存映射文件實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選材既考慮操作系統(tǒng)概念、理論的驗(yàn)證性需求，同時(shí)也考慮相關(guān)技術(shù)在工程實(shí)踐中的實(shí)用價(jià)值，達(dá)到學(xué)以致用的目的。
　　總之，本書(shū)理論與實(shí)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(shí)，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(shí)踐能力。對(duì)于安排有獨(dú)立實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的班級(jí)，教材中的實(shí)驗(yàn)可以在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)進(jìn)行。對(duì)于課程安排在實(shí)驗(yàn)室或機(jī)房，但是沒(méi)有獨(dú)立實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的班級(jí)，教材中的實(shí)驗(yàn)可以嵌入在理論講授的適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)由教師根據(jù)學(xué)生情況及總學(xué)時(shí)合理確定。建議理論講授與實(shí)驗(yàn)交替進(jìn)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(duì)于不具備統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)條件的班級(jí)，教材中的實(shí)驗(yàn)可以由學(xué)生課下進(jìn)行，教師決定驗(yàn)收與否。略過(guò)教材中的實(shí)驗(yàn)章節(jié)，并不影響操作系統(tǒng)理論體系的完整性。
　　本書(shū)內(nèi)容與知識(shí)結(jié)構(gòu)圖形象直觀地描述了本書(shū)核心章節(jié)，同時(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該圖幫助讀者總覽知識(shí)全局、準(zhǔn)確定位知識(shí)細(xì)節(jié)。
　　本書(shū)由申豐山主編和統(tǒng)稿。作者所在團(tuán)隊(duì)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(shí)間和機(jī)會(huì)熟悉、積累和完善操作系統(tǒng)知識(shí)、探索講授技巧，為本書(shū)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?jiān)绤⑴c討論、編寫了第7章和第8章的部分內(nèi)容。書(shū)中某些章節(jié)參考或引用了文獻(xiàn)中列出的國(guó)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(shū)的講義版在卓越工程師班及計(jì)算機(jī)和軟件類專業(yè)班的應(yīng)用極大調(diào)動(dòng)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(shū)出版的重要?jiǎng)恿Α?br /> 　　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(shū)中內(nèi)容難免存在錯(cuò)誤，某些抽象、晦澀的內(nèi)容可能改進(jìn)不徹底，敬請(qǐng)讀者批評(píng)、指正，以便共同改進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shū)使用的ubuntu版本，高版本ubuntu完全可以替代本書(shū)使用的低版本ubuntu順利安裝和完成實(shí)驗(yàn)。
　　編 者
　　2015年12月