第4版前言
　　計(jì)算機(jī)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(lái)越全球化、科技創(chuàng)新越來(lái)越國(guó)際化、知識(shí)經(jīng)濟(jì)已初見(jiàn)端倪的今天，任何一門技術(shù)或任何一個(gè)領(lǐng)域離開(kāi)了計(jì)算機(jī)都是不可想象的。而計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展之迅速，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)IT產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之激烈，計(jì)算機(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的挑戰(zhàn)。
　　軟件技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂與核心，而操作系統(tǒng)更是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大腦�！跋氚l(fā)財(cái)，學(xué)軟件！”在一些國(guó)家已成為深入人心的廣告詞。在我國(guó)，科技創(chuàng)新、高科技產(chǎn)業(yè)化的浪潮也勢(shì)必會(huì)以雷霆萬(wàn)鈞之力推動(dòng)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(kāi)軟件呢?
　　學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)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(jì)技巧。這些原理與技巧可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)界的前輩們一代接一代不停頓的努力所留下的知識(shí)與智慧的結(jié)晶，學(xué)習(xí)和掌握它們對(duì)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(shí)際技巧呢？除了聽(tīng)課和讀書(shū)之外，最好的方法就是在實(shí)踐中練習(xí)。例如，自己設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)也是很重要的實(shí)踐之一。
　　本書(shū)是配合《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》(第4版)的習(xí)題解答與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。本書(shū)除給出《計(jì)算機(jī)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(jì)了4個(gè)在Linux環(huán)境下或UNIX環(huán)境下的小實(shí)驗(yàn)，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(jì)等，并給出了這４個(gè)實(shí)驗(yàn)的參考編程解答。
本書(shū)的編寫(xiě)得到了清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組楊華杰的大力支持和幫助，她對(duì)本書(shū)中的部分習(xí)題進(jìn)行了解答和完善，而且重新編寫(xiě)了實(shí)驗(yàn)程序。
本書(shū)雖然給出了《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》(第4版)一書(shū)中習(xí)題的參考解答和相關(guān)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，但由于作者的水平與知識(shí)所限，這些解答只是一種參考，里面完全可能存在錯(cuò)誤和不妥之處，有待于有識(shí)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(shū)能對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件的人們有所幫助！

　　作者
　　2013年6月于清華園前言

　　對(duì)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(jì)實(shí)現(xiàn)呢？陸游說(shuō)過(guò)： “紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，也深刻體會(huì)到這一點(diǎn)。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(guò)實(shí)際動(dòng)手來(lái)一步一步分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)微型化的操作系統(tǒng)，會(huì)深入了解操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，并體會(huì)到概念原理和實(shí)際實(shí)現(xiàn)之間的緊密聯(lián)系及巨大差異。
　　操作系統(tǒng)是一個(gè)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(wàn)行的源代碼規(guī)模。開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)這些操作系統(tǒng)軟件的目的是用于實(shí)際計(jì)算機(jī)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(lái)分析了解操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)會(huì)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(lái)越龐大和抽象，而面向操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)部分相對(duì)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(shí)際細(xì)節(jié)很困難。
　　早期的UNIX操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和MIT教授Frans Kaashoek等基于UNIX v6設(shè)計(jì)的xv6操作系統(tǒng)給了我們啟發(fā)：對(duì)一個(gè)計(jì)算機(jī)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(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作系統(tǒng)有挑戰(zhàn)，但是可行！我們對(duì)此進(jìn)行了嘗試與探索，以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(kāi)發(fā)方式完成各種基于ucore操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)為實(shí)踐過(guò)程，以在此過(guò)程中逐步介紹的操作系統(tǒng)的基本概念和原理為實(shí)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(jì)與實(shí)現(xiàn)。目前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含如下8個(gè)。
　　(1) 啟動(dòng)操作系統(tǒng)的bootloader：了解操作系統(tǒng)啟動(dòng)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(yè)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(yè)表機(jī)制、缺頁(yè)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(duì)簡(jiǎn)單的內(nèi)核態(tài)線程的動(dòng)態(tài)管理過(guò)程。
　　(5) 用戶進(jìn)程管理子系統(tǒng)：理解用戶態(tài)進(jìn)程動(dòng)態(tài)管理過(guò)程以及系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程。
　　(6) 處理器調(diào)度子系統(tǒng)：理解操作系統(tǒng)的調(diào)度過(guò)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(shí)現(xiàn)，與進(jìn)程管理和內(nèi)存管理等的關(guān)系。
　　其中每個(gè)開(kāi)發(fā)步驟都是建立在上一個(gè)步驟之上的，就像搭積木，從一個(gè)一個(gè)小木塊，最終搭出來(lái)一個(gè)小房子。在搭房子的過(guò)程中，完成從理解操作系統(tǒng)原理到實(shí)踐操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的探索過(guò)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(ài)好者覺(jué)得這些實(shí)驗(yàn)難度不夠，大家可參加更有挑戰(zhàn)和樂(lè)趣的ucore plus實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤的地方需要改進(jìn)，歡迎大家批評(píng)指正。
　　在實(shí)現(xiàn)基于ucore的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們參考和借鑒了xv6、OS161以及Linux的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)代碼，而且Frans Kaashoek 博士也親自給予了幫助與指導(dǎo)。國(guó)內(nèi)多所高校的老師，包括陳向群、王雷、陳鵬、陳莉君、原倉(cāng)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