最適合初學者學習的操作系統書，沒有理由不拿來讀一讀

本書圍繞3個主題元素展開講解：虛擬化（virtualization）、并發（concurrency）和持久性（persistence）。對于這些概念的討論，最終延伸到討論操作系統所做的大多數重要事情。

每個主要概念在若干章節中加以闡釋，其中大部分章節都提出了一個特定的問題，然后展示了解決它的方法。這些章節很簡短，嘗試（盡可能地）引用作為這些想法真正來源的源材料。我們寫這本書的目的之一就是厘清操作系統的發展脈絡，因為我們認為這有助于學生更清楚地理解過去是什么、現在是什么、將來會是什么。在這種情況下，了解香腸的制作方法幾乎與了解香腸的優點一樣重要。

我們在整本書中采用了幾種結構，值得在這里介紹一下。

無論何時，在試圖解決問題時，我們首先要說明最重要的問題是什么。我們在書中明確提出關鍵問題（crux of the problem），并希望通過本書其余部分提出的技術、算法和思想來解決。

在許多地方，我們將通過顯示一段時間內的行為來解釋系統的工作原理。這些時間線（timeline）是理解的本質。如果你知道會發生什么，例如，當進程出現頁故障時，你就可以真正了解虛擬內存的運行方式。如果你理解日志文件系統將塊寫入磁盤時發生的情況，就已經邁出了掌握存儲系統的第一步。

整本書中有許多“補充”和“提示”，為主線講解增添了一些趣味性。“補充”傾向于討論與主要文本相關的內容（但可能不是必要的）；“提示”往往是一般經驗，可以應用于所構建的系統。

在整本書中，我們使用最古老的教學方法之一——對話（dialogue）。這些對話用于介紹主要的主題概念，并不時地復習這些內容。這也讓我們得以用更幽默的方式寫作。好吧，你覺得它們是有用還是幽默，完全是另一回事。

在每一個主要部分的開頭，我們將首先呈現操作系統提供的抽象（abstraction），然后在后續章節中介紹提供抽象所需的機制、策略和其他支持。抽象是計算機科學各個方面的基礎，因此它在操作系統中也是必不可少的。

在所有的章節中，我們嘗試使用可能的真實代碼（real code），而非偽代碼（pseudocode）。因此書中幾乎所有的示例，你應該能夠自己輸入并運行它們。在真實系統上運行真實代碼是了解操作系統的最佳方式，因此建議你盡可能這樣做。

在本書的各個部分，我們提供了一些作業（homework），確保你進一步理解書中的內容。其中許多作業都是對操作系統的一些模擬（simulation）程序。你應該下載作業，并運行它們，以此來測驗自己。作業模擬程序具有以下特征：通過給它們提供不同的隨機種子，你可以產生幾乎無限的問題，也可以讓模擬程序為你解決問題。因此，你可以一次又一次地自測，直至很好地理解了這些知識。

本書最重要的附錄是一組項目（project），可供你通過設計、測試和實現自己的代碼，來了解真實系統的工作原理。所有項目（以及上面提到的代碼示例）都是使用C編程語言（C programming language）[KR88]編寫的。C是一種簡單而強大的語言，是大多數操作系統的基礎，因此值得添加到你的工具庫中。附錄中含有兩種類型的項目（請參閱在線附錄中的想法）。第一類是系統編程（system programming）項目。這些項目非常適合那些不熟悉C和UNIX，并希望學習如何進行底層C編程的人。第二類基于在麻省理工學院開發的實際操作系統內核，稱為xv6 [CK+08]。這些項目非常適合已經有一些C的經驗并希望深入研究操作系統的學生。在威斯康星大學，我們以 3 種不同的方式開課：系統編程、xv6編程，或兩者兼而有之。

從這本書中你可以學習到哪些內容？

如何提供有許多CPU的假象？

如何創建并控制進程

如何高效、可控地虛擬化CPU

如何執行受限制的操作

如何在沒有協作的情況下獲得控制權

如何重獲CPU的控制權

如何開發調度策略

沒有完備的知識如何調度？

如何按比例分配CPU

如何在多處理器上調度工作

如何虛擬化內存

如何分配和管理內存

如何高效、靈活地虛擬化內存

怎樣支持大地址空間

如何管理空閑空間

如何通過頁來實現虛擬內存

如何加速地址轉換

如何讓頁表更小？

如何超越物理內存

如何決定踢出哪個頁

如何避免通用性“魔咒”　、

如何創建和控制線程？

怎樣實現一個鎖

如何給數據結構加鎖？

如何使用信號量？

如何處理常見的并發缺陷？

不用線程，如何構建并發服務器？

如何將I/O集成進計算機系統中？

如何減少輪詢開銷？

如何得到大型、快速、可靠的磁盤

操作系統應該如何管理持久存儲設備？都需要哪些API？實現有哪些重要方面？

如何構建一個簡單的文件系統？磁盤上需要什么結構？它們需要記錄什么？它們如何訪問？

如何組織文件系統數據結構以提高性能？在這些數據結構之上，需要哪些類型的分配策略？如何讓文件系統具有“磁盤意識”？

考慮到崩潰，如何更新磁盤

如何讓所有寫入變成順序寫入？

系統應如何確保寫入存儲的數據受到保護？需要什么技術？如何在低空間和時間開銷的情況下提高這些技術的效率？

如何用無法一直正常工作的部件，來構建能工作系統？這個基本問題應該讓你想起，我們在RAID存儲陣列中討論的一些主題。然而，這里的問題往往更復雜，解決方案也是如此。

如何構建分布式文件系統？要考慮哪些關鍵方面？哪里容易出錯？我們可以從現有系統中學到什么？

本文轉載自異步社區。

虛擬化 任務調度

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