作业系统是计算机系统的核心繫统软体，负责控制和管理整个系统，使之协调工作。本书对作业系统的核心内容进行了全面分析，包括作业系统的发展历史和基本概念、进程与执行绪、记忆体管理、档案系统、输入与输出、多核环境下的进程调度和作业系统设计。本书用大量生活实例，生动地解释了作业系统中的主要难点和模糊点：锁的实现、同步机制的发展轴线、纯粹分段到段页式的演变、多核环境下的进程同步与调度和作业系统设计等内容。本书重点突出、逻辑清晰、内容连贯，便于学生顺利掌握作业系统的核心内容。

本书层次丰富、涵盖作业系统的所有核心内容，适合作为国内高校计算机及相关专业本科生作业系统课程的教材，也是了解计算机作业系统原理不可多得的参考书。

邹恆明，美国密西根大学博士。曾任职美国IBM、国家数据公司、朗讯、EMC公司8年多。在IBM和EMC分别从事AIX作业系统和Engenity存储作业系统的研发，其中包括911中挽摩根斯坦利公司于既倒的、美国唯一的“英雄软体”SRDF。2007年在中国金融期货交易系统（股指期货）专家测评中担任软体测评组长。2004年以来在上海交大研究、执教作业系统和算法设计等14门课程多年。

前言

第一篇 基础原理篇

第1章 作业系统导论

引子：智者的挑战

1.1 人造与神造

1.2 程式是如何运行的

1.3 什幺是作业系统

1.4 魔术与管理

1.5 用户程式与作业系统

1.6 作业系统的範畴

1.7 为什幺学习作业系统

思考题

第2章操 作系统历史

引子：不能承受之真

2.1 第一阶段：状态机作业系统（1940年以前）

2.2 第二阶段：单一操作员单一控制端作业系统（20世纪40年代）

2.3 第三阶段：批处理作业系统（20世纪50年代）

2.4 第四代：多道批处理作业系统（20世纪60年代）

2.5 第五代之一：分时作业系统（20世纪70年代）

2.6 第五代之二：实时作业系统

2.7 第六代：现代作业系统（1980年以后）

2.8 作业系统的演变过程

2.9 作业系统的未来发展趋势

2.10 讨论：作业系统虚拟化和虚拟化的作业系统

思考题

第3章 作业系统基本概念

引子：软体师的尴尬

3.1 计算机硬体基本知识

3.2 抽象

3.3 核心态和用户态

3.4 作业系统结构

3.5 进程、记忆体和档案

3.6 系统调用

3.7 壳

思考题

第二篇 进程原理篇

第4章 进程

引子：牛顿的困惑

4.1 进程概论

4.2 进程模型

4.3 多道编程的好处

4.4 进程的产生与消失

4.5 进程的层次结构

4.6 进程的状态

4.7 进程与地址空间

4.8 进程管理

4.9 进程的缺陷

思考题

第5章 进程调度

引子：恐怖分子的调度

5.1 进程调度的定义

5.2 进程调度的目标

5.3 先来先服务调度算法

5.4 时间片轮转算法

5.5 短任务优先算法

5.6 优先权调度算法

5.7 混合调度算法

5.8 其他调度算法

5.9 实时调度算法

5.10 进程调度的过程

5.11 高级议题：调度异常之优先权倒挂

思考题

第6章 进程通信

引子：孤独爆破手的自白

6.1 为什幺要通信

6.2 进程对白：管道、记名管道、套接字

6.3 进程电报：信号

6.4 进程旗语：信号量

6.5 进程拥抱：共享记忆体

6.6 信件传送：讯息伫列

6.7 其他通信机制

思考题

第三篇 执行绪原理篇

第7章 执行绪

引子：亚历山大的分身术

7.1 进程的分身术——执行绪

7.2 执行绪管理

7.3 执行绪模型的实现

7.4 现代作业系统的执行绪实现模型

7.5 多执行绪的关係

7.6 讨论：从用户态进入核心态

7.7 讨论：执行绪的困惑——确定性与非确定性

思考题

第8章 执行绪同步

引子：滑铁卢的同步

8.1 为什幺要同步

8.2 执行绪同步的目的

8.3 锁的进化：金鱼生存

8.4 睡觉与叫醒：生产者与消费者问题

8.5 信号量

8.6 锁、睡觉与叫醒、信号量

8.7 管程

8.8 讯息传递

8.9 栅栏

思考题

第9章 死锁应对之哲学原理

引子：迷雾笼罩的加拿大

9.1 为什幺会发生死锁

9.2 死锁的描述

9.3 死锁的4个必要条件

9.4 哲学家就餐问题

9.5 死锁的应对

9.6 消除死锁的必要条件

9.7 银行家算法：冒险的代价

9.8 哲学家就餐问题之解

9.9 讨论：死锁的思考——综合治理

9.10 讨论：死锁、活锁与饥饿

思考题

第10章 锁的实现

引子：高登绳结

10.1 以中断启用与禁止来实现锁

10.2 以测试与设定指令来实现锁

10.3 以非繁忙等待、中断启用与禁止来实现锁

10.4 以最少繁忙等待、测试与设定来实现锁

10.5 中断禁止、测试与设定

思考题

第四篇 记忆体原理篇

第11章 基本记忆体管理

引子：让别人无路可走

11.1 记忆体管理的环境

11.2 记忆体管理的目标

11.3 虚拟记忆体的概念

11.4 作业系统在记忆体中的位置

11.5 单道编程的记忆体管理

11.6 多道编程的记忆体管理

11.7 闲置空间管理

思考题

第12章 页式记忆体管理

引子：虚拟概念的变现

12.1 基址极限管理模式的问题

12.2 分页记忆体管理

12.3 分页系统的优缺点

12.4 翻译速度

12.5 缺页中断处理

12.6 锁住页面

12.7 页面尺寸

12.8 记忆体抖动

思考题

第13章 页面更换算法

引子：黑洞理论的替换

13.1 页面需要更换

13.2 页面更换的目标

13.3 随机更换算法

13.4 先进先出算法

13.5 第二次机会算法

13.6 时钟算法

13.7 最优更换算法

13.8 NRU算法

13.9 LRU算法

13.10 工作集算法

13.11 工作集时钟算法

13.12 页面替换策略

思考题

第14章 段式记忆体管理

引子：否定之否定

14.1 分页系统的缺点

14.2 分段管理系统

14.3 分段的优缺点

14.4 段页式记忆体管理

14.5 段号是否占用定址字位

14.6 讨论：否定之否定的嵌套——纯粹分段与逻辑分段、分页与段页

思考题

第五篇 档案原理篇

第15章 磁碟操作

引子：EMC——从不可能到可能

15.1 磁碟组织与管理

15.2 磁碟的结构

15.3 盘面的结构

15.4 磁碟驱动器的访问速度

15.5 作业系统界面

15.6 磁碟调度算法

15.7 讨论：固态盘

15.8 讨论：智慧型磁碟系统

思考题

第16章 档案系统

引子：掩饰的极致

16.1 为什幺需要档案系统

16.2 档案系统

16.3 档案系统的目标

16.4 档案的基本知识

16.5 从用户角度看档案系统

16.6 地址独立的实现机制：资料夹

16.7 档案系统调用

16.8 记忆体映射的档案访问

思考题

第17 章档案系统实现

引子：成功中的失败

17.1 档案系统的布局

17.2 档案的实现

17.3 目录实现：地址独立的实现

17.4 闲置空间管理

思考题

第18章 档案系统性能

引子：从不可能到可能

18.1 档案授权管理

18.2 主动控制：访问控制表

18.3 能力表

18.4 访问控制的实施

18.5 其他档案安全措施

18.6 档案系统性能

18.7 档案系统效率性能

18.8 档案系统设计分析：日誌结构的档案系统

18.9 海量数据档案系统

思考题

第六篇 I/O原理篇

第19章 输入输出

引子：詹森的输出——从没有到爆发

19.1 输入输出

19.2 输入输出的目的

19.3 输入输出硬体

19.4 I/O软体

19.5 I/O软体分层

思考题

第七篇 多核原理篇

第20章 多核结构与记忆体

引子：不能承受之热

20.1 以量取胜

20.2 多核基本概念

20.3 多核的记忆体结构

20.4 对称多处理器计算机的启动过程

20.5 多处理器之间的通信

20.6 SMP快取一致性

20.7 多处理器、超执行绪和多核的比较

思考题

第21章 多核环境下的进程同步与调度

引子：“多核”帝国的陨落

21.1 多核环境下作业系统的修正

21.2 多核环境下的进程同步与调度

21.3 多核进程同步

21.4 硬体原子操作

21.5 汇流排锁

21.6 多核环境下的软体同步原语

21.7 旋锁

21.8 其他同步原语

21.9 多核环境下的进程调度

21.10 多核环境下的能耗管理

21.11 讨论：多核系统的性能

思考题

第八篇 作业系统设计篇

第22章 作业系统设计之哲学原理

引子：残缺心智的胜利

22.1 作业系统设计的追求

22.2 作业系统设计的第1条哲学原理：层次架构

22.3 作业系统设计的第2条哲学原理：没有对错

22.4 作业系统设计的第3条哲学原理：懒人哲学

22.5 作业系统设计的第4条哲学原理：让困于人

22.6 作业系统设计的第5条哲学原理：留有余地

22.7 作业系统设计的第6条哲学原理：子虚乌有——海市蜃楼之美

22.8 作业系统设计的第7条哲学原理：时空转换——沧海桑田之变

22.9 作业系统设计的第8条哲学原理：策机分离与权利分离

22.10 作业系统设计的第9条哲学原理：简单为美——求于至简,归于永恆

22.11 作业系统设计的第10条哲学原理：适可而止

思考题

结语：失望与希望

参考文献