书籍摘要

《Modern Operating Systems》第五版是由Andrew S. Tanenbaum和Herbert Bos共同撰写的经典操作系统教材。本书全面深入地探讨了现代操作系统的工作原理、设计原则以及实现方法，适合作为计算机科学相关专业的本科教材，也适合对操作系统感兴趣的自学者。

一、内容概述

本书共分十二章，涵盖操作系统的基础概念、核心组件以及前沿研究进展。每一章都从不同的角度深入剖析操作系统的各个方面，使读者能够逐步建立起对操作系统的全面理解。

二、章节内容提炼

第1章：引言

• 操作系统的定义：操作系统是计算机硬件与用户之间的软件接口，提供资源管理和服务抽象功能。
• 操作系统的历史：从早期的批处理系统到现代的多处理器、移动计算环境，操作系统不断发展以满足日益增长的需求。
• 计算机硬件概述：介绍了现代计算机硬件的各个组成部分，包括处理器、内存、非易失性存储、I/O设备等，以及它们与操作系统的交互关系。

第2章：进程和线程

• 进程概念：详细介绍了进程的定义、状态、生命周期以及创建和终止过程。
• 线程模型：讨论了线程的使用场景、实现方式以及线程与进程的区别与联系。
• 同步与通信：探讨了进程间和线程间的同步机制，如信号量、互斥锁、监视器等，以及它们在解决并发问题中的应用。

第3章：内存管理

• 无内存抽象：介绍了早期操作系统中单程序运行时的内存管理方式。
• 内存抽象：重点讨论了地址空间的概念以及虚拟内存机制，包括页表、TLB、页替换算法等。
• 虚拟内存设计：分析了虚拟内存系统的设计问题，如页面大小、内存分配策略、共享页面等。
• 实现问题：探讨了虚拟内存的实现细节，如页面故障处理、内存映射、锁定页面等。

第4章：文件系统

• 文件属性：介绍了文件的各种属性，如文件名、文件结构、文件类型、访问权限等。
• 文件操作：讨论了文件系统支持的各种操作，如创建、删除、读写文件等。
• 文件系统实现：详细介绍了文件系统的实现机制，包括文件系统布局、文件和目录的实现、共享文件管理等。
• 文件系统管理与优化：探讨了文件系统的管理任务，如磁盘空间管理、文件系统备份、一致性维护、性能优化等。

第5章：输入/输出

• I/O硬件原理：介绍了I/O设备的基本原理，包括I/O设备控制器、内存映射I/O、DMA等。
• I/O软件层次：讨论了I/O软件的分层结构，包括中断处理程序、设备驱动程序、设备无关I/O软件等。
• 大容量存储设备：重点介绍了磁盘和固态硬盘（SSD）的工作原理、特性以及RAID技术。
• 时钟与用户界面：探讨了时钟设备的工作原理以及键盘、鼠标、显示器等用户界面设备的驱动程序设计。

第6章：死锁

• 死锁条件：分析了死锁产生的必要条件，如互斥条件、请求和保持条件等。
• 死锁处理策略：讨论了操作系统中解决死锁问题的各种策略，如鸵鸟算法、死锁检测与恢复、死锁避免、死锁预防等。

第7章：虚拟化与云计算

• 虚拟化技术：介绍了虚拟化的基本概念、类型1和类型2虚拟机监视器的工作原理。
• 虚拟化技术：探讨了虚拟化技术在提高资源利用率、灵活性和安全性方面的作用。
• 云计算：讨论了云计算的概念、服务模型（IaaS、PaaS、SaaS）以及虚拟机迁移和检查点技术。

第8章：多处理器系统

• 多处理器硬件：介绍了多处理器系统的硬件架构，包括对称多处理器和非对称多处理器。
• 多处理器操作系统类型：讨论了多处理器操作系统的设计类型，如单体式、分层式、微内核等。
• 多处理器同步：分析了多处理器系统中的同步问题，如互斥、通信、线程同步等。
• 多处理器调度：探讨了多处理器系统中的调度策略，如负载均衡、任务分配等。

第9章：安全

• 操作系统安全原则：介绍了操作系统安全的基本原则，如最小权限原则、纵深防御原则等。
• 访问控制：讨论了访问控制机制，如访问控制列表、能力、身份验证等。
• 安全模型：介绍了多级安全模型、密码学在操作系统安全中的应用以及可信平台模块。
• 攻击与防御：分析了操作系统面临的各种安全威胁，如缓冲区溢出攻击、格式化字符串攻击等，以及相应的防御技术。

第10章：案例研究1：UNIX、Linux和Android

• UNIX和Linux的发展历史：回顾了UNIX和Linux的发展历程，以及它们在现代操作系统中的重要地位。
• Linux操作系统：详细介绍了Linux操作系统的内部结构、进程管理、内存管理、文件系统等关键组件。
• Android操作系统：探讨了Android系统的架构、Linux内核扩展、ART、Binder IPC等特性。

第11章：案例研究2：Windows 11

• Windows的发展历史：从Windows 8.1到Windows 11的演变过程。
• Windows编程模型：介绍了Windows的编程接口，包括通用Windows平台、子系统、本地API等。
• Windows内核结构：分析了Windows内核的结构，包括对象管理器、子系统、用户模式服务等。
• Windows进程和线程：讨论了Windows中进程和线程的管理机制，包括作业、进程、线程和光纤管理API调用。
• Windows内存管理：介绍了Windows的内存管理机制，包括内存系统调用、内存压缩、内存分区等。

第12章：操作系统设计

• 操作系统设计问题：探讨了操作系统设计中面临的挑战，如需求分析、设计目标、设计原则等。
• 接口设计：讨论了系统调用接口的设计原则、范式以及系统调用的分类。
• 实现方法：分析了操作系统的实现方法，如系统结构、机制与策略、正交性、命名、绑定时间等。
• 性能优化：探讨了操作系统的性能问题，如优化方向、空间时间权衡、缓存技术等。
• 项目管理：讨论了操作系统开发中的项目管理问题，如团队结构、经验的作用、开发方法等。

三、特色与亮点

• 内容全面性：本书涵盖了操作系统的各个方面，从基础概念到高级主题，从理论到实践，为读者提供了完整的知识体系。
• 结合现代技术：紧跟现代计算技术的发展，如虚拟化、云计算、多处理器系统等，使读者能够了解最新的操作系统技术和趋势。
• 案例丰富：涵盖了UNIX、Linux、Android和Windows 11等主流操作系统的详细案例分析，帮助读者更好地理解理论与实践的结合。
• 教学资源丰富：提供了丰富的教学资源，包括问题与解答、实验指导等，便于教师教学和学生学习。

四、适用人群

本书适合作为计算机科学、软件工程等相关专业的本科教材，也适合对操作系统有深入研究兴趣的科研人员和开发者。对于希望了解操作系统工作原理和设计思想的读者来说，《Modern Operating Systems》第五版是一本不可或缺的经典教材。