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，而且以当代很流行的操作系统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。

威廉·斯托林斯博士，已撰写著作18部，再加上这些著作的修订版，共出版70多本计算机方面的书籍。他的作品出现在很多ACM和IEEE的系列出版物中，包括《IEEE会议论文集》（Proceedings of the IEEE）和《ACM计算评论》（ACM Computing Reviews）。他曾11次获得“教材和学术专著作者协会”（Text and Academic Authors Association）颁发的“年度佳计算机科学教材”奖。
在计算机领域的30多年中，威廉·斯托林斯博士曾经做过技术员、技术经理和几家高科技公司的主管。他曾为多种计算机和操作系统设计并实现了基于TCP/IP和基于OSI的协议组，从微型计算机到大型机都有涉及。目前，他是一名独立技术顾问，其客户包括计算机与网络设备制造商和用户、软件开发公司和政府的前沿领域研究机构等。
陈向群，北京大学信息科学技术学院计算机科学技术系教授，博士生导师，主要研究领域为软件需求工程、知识工程、基于知识的软件工程、面向服务的计算。

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
部分背景知识
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SMP54
2.7.5Windows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
2.9.1SystemVRelease4（SVR4）58
2.9.2BSD58
2.9.3Solaris1058
2.10Linux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
2.11Android62
2.11.1Android软件体系结构63
2.11.2Android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
3.6UNIXSVR4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
4.4Windows8的进程和线程管理110
4.4.1Windows8中的变化111
4.4.2Windows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
4.5Solaris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
4.6Linux的进程和线程管理118
4.6.1Linux任务118
4.6.2Linux线程119
4.6.3Linux命名空间120
4.7Android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
4.8MacOSX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
6.7UNIX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
6.8Linux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
6.9Solaris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
6.10Windows7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
6.11Android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
8.3UNIX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
8.4Linux内存管理249
8.4.1虚拟内存249
8.4.2内核内存分配250
8.5Windows内存管理251
8.5.1Windows虚拟地址映射251
8.5.2Windows分页251
8.5.3Windows8交换252
8.6Android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
0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
10.3Linux调度297
10.3.1实时调度297
10.3.2非实时调度298
10.4UNIXSVR4调度300
10.5FreeBSD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
10.6Windows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
1章I／O管理和磁盘调度310
11.1I／O设备310
11.2I／O功能的组织311
11.2.1I／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
11.3.2I／O功能的逻辑结构314
11.4I／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
11.6RAID322
11.6.1RAID级别0325
11.6.2RAID级别1325
11.6.3RAID级别2326
11.6.4RAID级别3326
11.6.5RAID级别4327
11.6.6RAID级别5328
11.6.7RAID级别6328
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
11.8UNIXSVR4I／O331
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／O332
11.8.4UNIX设备332
11.9LinuxI／O333
11.9.1磁盘调度333
11.9.2Linux页面缓存334
11.10WindowsI／O335
11.10.1基本I／O机制335
11.10.2异步I／O和同步I／O335
11.10.3软件RAID336
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
2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
12.3B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
12.8UNIX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
12.9Linux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
12.10Windows文件系统365
12.10.1NTFS的重要特征365
12.10.2NTFS卷和文件结构366
12.10.3可恢复性367
12.11Android文件系统368
12.11.1文件系统368
12.11.2SQLite369
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
3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Linux376
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
13.3.5Android377
13.4TinyOS377
13.4.1无线传感器网络378
13.4.2TinyOS的目标378
13.4.3TinyOS的组件379
13.4.4TinyOS的调度程序381
13.4.5配置示例381
13.4.6TinyOS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
4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
14.5VMwareESXi393
14.6微软Hyper—V与Xen系列395
14.7Java虚拟机396
14.8LinuxVServer虚拟机架构396
14.8.1架构396
14.8.2进程调度397
14.9Android虚拟机398
14.9.1dex文件系统398
14.9.2Zygote399
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
5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
15.4UNIX访问控制414
15.4.1传统UNIX文件访问控制414
15.4.2UNIX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
15.7Windows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
6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
16.5Windows集群服务器441
16.6Beowulf和Linux集群442
16.6.1Beowulf特性442
16.6.2Beowulf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