最适合初学者学习的操作系统书，没有理由不拿来读一读

新的一周开始了，今天给大家推荐一本最适合初学者学习的《操作系统导论》本书的作者讲解的思路非常清晰，从问题出发，一步步引导出解决方案，抽丝剥茧。本书围绕3个主题元素展开讲解：虚拟化（virtualization）、并发（concurrency）和持久性（persistence）。对于这些概念的讨论，最终延伸到讨论操作系统所做的大多数重要事情。希望你在这个过程中体会到一些乐趣。学习新事物很有趣，对吧？

本书围绕3个主题元素展开讲解：虚拟化（virtualization）、并发（concurrency）和持久性（persistence）。对于这些概念的讨论，最终延伸到讨论操作系统所做的大多数重要事情。

每个主要概念在若干章节中加以阐释，其中大部分章节都提出了一个特定的问题，然后展示了解决它的方法。这些章节很简短，尝试（尽可能地）引用作为这些想法真正来源的源材料。我们写这本书的目的之一就是厘清操作系统的发展脉络，因为我们认为这有助于学生更清楚地理解过去是什么、现在是什么、将来会是什么。在这种情况下，了解香肠的制作方法几乎与了解香肠的优点一样重要。

我们在整本书中采用了几种结构，值得在这里介绍一下。

无论何时，在试图解决问题时，我们首先要说明最重要的问题是什么。我们在书中明确提出关键问题（crux of the problem），并希望通过本书其余部分提出的技术、算法和思想来解决。

在许多地方，我们将通过显示一段时间内的行为来解释系统的工作原理。这些时间线（timeline）是理解的本质。如果你知道会发生什么，例如，当进程出现页故障时，你就可以真正了解虚拟内存的运行方式。如果你理解日志文件系统将块写入磁盘时发生的情况，就已经迈出了掌握存储系统的第一步。

整本书中有许多“补充”和“提示”，为主线讲解增添了一些趣味性。“补充”倾向于讨论与主要文本相关的内容（但可能不是必要的）；“提示”往往是一般经验，可以应用于所构建的系统。

在整本书中，我们使用最古老的教学方法之一——对话（dialogue）。这些对话用于介绍主要的主题概念，并不时地复习这些内容。这也让我们得以用更幽默的方式写作。好吧，你觉得它们是有用还是幽默，完全是另一回事。

在每一个主要部分的开头，我们将首先呈现操作系统提供的抽象（abstraction），然后在后续章节中介绍提供抽象所需的机制、策略和其他支持。抽象是计算机科学各个方面的基础，因此它在操作系统中也是必不可少的。

在所有的章节中，我们尝试使用可能的真实代码（real code），而非伪代码（pseudocode）。因此书中几乎所有的示例，你应该能够自己输入并运行它们。在真实系统上运行真实代码是了解操作系统的最佳方式，因此建议你尽可能这样做。

在本书的各个部分，我们提供了一些作业（homework），确保你进一步理解书中的内容。其中许多作业都是对操作系统的一些模拟（simulation）程序。你应该下载作业，并运行它们，以此来测验自己。作业模拟程序具有以下特征：通过给它们提供不同的随机种子，你可以产生几乎无限的问题，也可以让模拟程序为你解决问题。因此，你可以一次又一次地自测，直至很好地理解了这些知识。

本书最重要的附录是一组项目（project），可供你通过设计、测试和实现自己的代码，来了解真实系统的工作原理。所有项目（以及上面提到的代码示例）都是使用C编程语言（C programming language）[KR88]编写的。C是一种简单而强大的语言，是大多数操作系统的基础，因此值得添加到你的工具库中。附录中含有两种类型的项目（请参阅在线附录中的想法）。第一类是系统编程（system programming）项目。这些项目非常适合那些不熟悉C和UNIX，并希望学习如何进行底层C编程的人。第二类基于在麻省理工学院开发的实际操作系统内核，称为xv6 [CK+08]。这些项目非常适合已经有一些C的经验并希望深入研究操作系统的学生。在威斯康星大学，我们以 3 种不同的方式开课：系统编程、xv6编程，或两者兼而有之。

从这本书中你可以学习到哪些内容？

• 如何提供有许多CPU的假象？

• 如何创建并控制进程

• 如何高效、可控地虚拟化CPU

• 如何执行受限制的操作

• 如何在没有协作的情况下获得控制权

• 如何重获CPU的控制权

• 如何开发调度策略

• 没有完备的知识如何调度？

• 如何按比例分配CPU

• 如何在多处理器上调度工作

• 如何虚拟化内存

• 如何分配和管理内存

• 如何高效、灵活地虚拟化内存

• 怎样支持大地址空间

• 如何管理空闲空间

• 如何通过页来实现虚拟内存

• 如何加速地址转换

• 如何让页表更小？

• 如何超越物理内存

• 如何决定踢出哪个页

• 如何避免通用性“魔咒”　、

• 如何创建和控制线程？

• 怎样实现一个锁

• 如何给数据结构加锁？

• 如何使用信号量？

• 如何处理常见的并发缺陷？

• 不用线程，如何构建并发服务器？

• 如何将I/O集成进计算机系统中？

• 如何减少轮询开销？

• 如何得到大型、快速、可靠的磁盘

• 操作系统应该如何管理持久存储设备？都需要哪些API？实现有哪些重要方面？

• 如何构建一个简单的文件系统？磁盘上需要什么结构？它们需要记录什么？它们如何访问？

• 如何组织文件系统数据结构以提高性能？在这些数据结构之上，需要哪些类型的分配策略？如何让文件系统具有“磁盘意识”？

• 考虑到崩溃，如何更新磁盘

• 如何让所有写入变成顺序写入？

• 系统应如何确保写入存储的数据受到保护？需要什么技术？如何在低空间和时间开销的情况下提高这些技术的效率？

• 如何用无法一直正常工作的部件，来构建能工作系统？这个基本问题应该让你想起，我们在RAID存储阵列中讨论的一些主题。然而，这里的问题往往更复杂，解决方案也是如此。

• 如何构建分布式文件系统？要考虑哪些关键方面？哪里容易出错？我们可以从现有系统中学到什么？

本文转载自异步社区。

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