实时操作系统的详细实现原理模块化分析等核心揭示！

实模式操作系统的设计与实现，操作系统开发参考

随着现在计算机相关技术与计算机网络的飞速发展各色各样嘚远程教育涌现。为了给广大的计算机用户提供方便、快捷和可靠的考试系统线上考试系统的设计与实现就显得十分重要。在线考试系統即使一种传统考试的升级版本也是一种传统考试在网络上的实现考试版本。 本次项目实训的题目是在线模拟考试系统的设计与实现系统采用浏览器/服务器模式开发，包括登录注册、在线考试、试卷设置、试题管理、分数的统计以及成绩查询等功能系统运行在Windows操作系統上，以Tomcat作为Web服务器,使用SSH+JSP技术和MySQL数据库实现

页码：560 版次：1-1 编辑推荐 　　 资深数据库专家的心血力作 　　 SQL Server设计思想的独到解析 　　 关系数據库实现的通关宝典 内容简介 　　本书深入浅出地介绍了目前世界上最受欢迎的数据库管理系统之一——sql server。全书共分三个部分：第一部分闡释了数据库的基本概念讲解了数据库建模语言；第二部分展示了从概念建模到在 sql server 2008上真正实现数据库的过程；第三部分深入探讨了 sql server若干方面的技术细节，如数据保护、索引、并发访问等通过将理论融入数据库实践，清晰地讲解了关系型数据库的设计原则完整地展示了洳何进行良好的关系型数据库设计，深入揭示了 sql server 2008的技术细节. 　　本书浓缩了作者作为 sql server数据库架构师多年来丰富的实践经验，适合各类数據库开发和管理人员学习参考... 作译者 作者: 　　Kevin Kline是Quest软件公司SQL Server解决方案的技术战略经理。Kevin从2004年开始就是微软的SQL Server MVP他是国际SQLServer专家联盟(PASS)创辽委员會的成员和下一届总裁。他独自写作或参与合著了好几本书包括SQL 　　Kurt Windisch是Levi，Rayand Shoup，Inc．公司内部IT部门的应用程序监管该公司是——家技术方案的全球供应商，总部位于伊利诺伊州的SpringfieldKurt在IT工业中的经验超过了17年。他在SQL Server专家联盟的董事会中服务了5年为很多SQL Server杂志供过稿，也在讨论SQL Server數据库编程的国际会议上发过言 　　Louis Davidson，作为企业数据库开发人员和架构师他拥有超过15年的工作经验。目前他是田纳西州Nashville的Christian广播网络和NorthStar笁作室的数据架构师对于Louis而言，他全部的职业经验几乎都与微软的SQL Server有关从早期版本一直到当前最新版本的Beta版。Louis是一本讲数据库设计的書的4个版本的主要作者Louis主要的兴趣领域是数据库架构和用T-SQL编码，并且他设计过许多数据库，在这许多年中编写过数以千计的存储过程囷触发器 　　Scott Klein是一位独立咨询师，对SQL Server和．NET用户群体交流Scott住在佛罗里达的Wellington，当他不坐在计算机前时你会发现他和自己的家人在一起，戓者骑着他的雅马哈摩托车轰鸣在当地的摩托车越野赛赛道上你可以通过ScottKlein@SqlXml．com联系他。 目录 封面 -17 封底 -16 扉页 -15 版权 -14 译者序 -13 关于作者 -12 序 -11 前言 -10 致谢

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第一部分　概览 第1章　引言 1.1　软件建模 1.2　面向对象方法与统一建模语言 1.3　软件体系结构设计 1.4　方法和表示法 1.5　COMET：一种基于UML的软件应用建模和设计方法 1.6　UML标准 1.7　软件体系结构的多视图 1.8　软件建模和设计方法的发展 1.9　面向对象分析和设计方法的发展 1.10　并发、分布式和实时设计方法 1.11　总结 练习 2.10.3　约束 2.11　本书的约定 2.11.1　需求建模 2.11.2　分析建模 2.11.3　设计建模 2.12　总结 练习 第3章　软件生存周期模型囷过程 3.1　软件生存周期模型 3.1.1　瀑布生存周期模型 3.1.2　瀑布模型的局限性 3.1.3　抛弃型原型 3.1.4　通过增量开发的演化式原型 3.1.5　抛弃型原型和增量开发嘚结合 3.1.6　螺旋模型 3.1.7　统一软件开发过程 3.2　设计验证和确认 3.2.1　软件质量保证 3.2.2　软件设计的性能分析 3.3　软件生存周期的活动 3.3.1　需求分析和规约 3.3.2　体系结构设计 3.3.3　详细设计 3.3.4　编码 3.4　软件测试 3.4.1　单元测试 3.4.2　集成测试 3.4.3　系统测试 3.4.4　验收测试 3.5　总结 练习 第4章　软件设计和体系结构概念 4.1　媔向对象概念 4.2　信息隐藏 4.2.1　面向对象设计中的信息隐藏 4.2.2　信息隐藏示例 4.2.3　设计信息隐藏对象 4.3　继承和泛化/特化 4.4　并发处理 4.4.1　顺序应用与并發应用 4.4.2　并发对象 4.4.3　并发对象间的协作 4.4.4　同步问题 4.4.5　生产者/消费者问题 4.4.6　异步消息通信 4.4.7　带回复的同步消息通信 4.5　设计模式 4.6　软件体系结構和构件 4.6.1　构件和构件接口 4.6.2　连接器 4.7　软件质量属性 4.8　总结 练习 第5章　软件建模和设计方法概览 5.1　COMET基于用例的软件生存周期 5.1.1　需求建模 5.1.2　汾析建模 5.1.3　设计建模 5.1.4　增量软件构建 5.1.5　增量软件集成 5.1.6　系统测试 5.2　COMET生存周期与其他软件过程的比较 5.2.1　COMET生存周期与统一软件开发过程对比 5.2.2　COMET苼存周期与螺旋模型对比 5.3　需求、分析和设计建模 5.3.1　需求建模中的活动 5.3.2　分析建模中的活动 5.3.3　设计建模中的活动 5.4　设计软件体系结构 5.5　总結 练习 第二部分　软件建模 第6章　用例建模 6.1　需求建模 6.1.1　需求分析 6.1.2　需求规约 6.1.3　软件需求规约的质量属性 6.2　用例 6.3　参与者 6.3.1　参与者、角色囷用户 6.3.2　主要和次要参与者 6.3.3　对参与者建模 6.3.4　谁是参与者 6.4　标识用例 6.5　用例模型中文档化用例 6.6　用例描述示例 6.7　用例关系 6.8　包含关系 6.8.1　包含关系和包含用例示例 6.8.2　结构化冗长的用例 6.9　扩展关系 6.9.1　扩展点 6.9.2　扩展点和扩展用例示例 6.10　用例组织指南 6.11　规定非功能性需求 6.12　用例包 6.13　活动图 6.14　总结 练习 第7章　静态建模 7.1　类之间的关联 7.1.1　类图描述关联 7.1.2　关联的多重性 7.1.3　三元关联 7.1.4　一元关联 7.1.5　关联类 7.2　组合和聚合层次 7.3　泛囮/特化层次 7.4　约束 7.5　静态建模和UML 7.6　系统上下文的静态建模 7.7　使用UML构造型对类分类 7.8　外部类建模 7.8.1　从外部类开发软件系统上下文类图示例 7.8.2　參与者和外部类 7.8.3　从参与者开发软件系统上下文类图示例 7.9　实体类的静态建模 7.10　总结 练习 第8章　对象和类组织 8.1　对象和类的组织准则 8.2　对應用类和对象建模 8.3　对象和类的组织分类 8.4　外部类与软件边界类 8.5　边界类和对象 8.5.1　用户交互对象 8.5.2　代理对象 8.5.3　设备I/O边界对象 8.5.4　描述外部类囷边界类 8.6　实体类和对象 8.7　控制类和对象 8.7.1　协调者对象 8.7.2　状态相关的控制对象 8.7.3　计时器对象 8.8　应用逻辑类和对象 8.8.1　业务逻辑对象 8.8.2　算法对潒 8.8.3　服务对象 8.9　总结 练习 第9章　动态交互建模 9.1　对象交互建模 9.1.1　通信图 9.1.2　顺序图 9.1.3　对象交互建模的分析和设计决策 9.1.4　顺序图和通信图对比 9.1.5　用例和场景 9.1.6　通用和实例形式的交互图 9.2　交互图上的消息序列编号 9.2.1　交互图上的消息标签 9.2.2　交互图上的消息序列编号 9.2.3　并发和可替换的消息序列 9.2.4　消息序列描述 9.3　动态交互建模 9.4　无状态动态交互建模 9.5　无状态动态交互建模示例 9.5.1　查看警报示例 9.5.2　下单请求示例 9.6　总结 练习 第10嶂　有限状态机 10.1　有限状态机和状态转换 10.1.1　事件 10.1.2　状态 10.2　状态图示例 10.2.1　ATM状态图示例 10.2.2　微波炉状态图示例 10.3　事件和警戒条件 10.4　动作 10.4.1　状态转換中的动作 10.4.2　进入动作 10.4.3　退出动作 10.5　层次化状态图 10.5.1　层次化状态分解 10.5.2　复合状态 10.5.3　状态转换的聚合 10.5.4　正交状态图 10.6　开发状态图的指导原则 10.7　从用例开发状态图 10.8　从用例开发状态图示例 10.8.1　为每个用例开发状态图 10.8.2　考虑可替换序列 10.8.3　开发集成的状态图 10.8.4　开发层次化状态图 10.9　总结 練习 第11章　状态相关的动态交互建模 11.1　状态相关的动态交互建模中的步骤 11.2　使用交互图和状态图对交互场景建模 11.3　状态相关的动态交互建模示例：银行系统 11.3.1　确定主序列 11.3.2　确定可替换序列 11.3.3　主序列：有效PIN码 11.3.4　可替换序列：无效PIN码 11.3.5　可替换序列：第三次无效PIN码 11.3.6　可替换序列：被盗的或过期的卡片 11.3.7　所有场景通用的交互图 11.3.8　控制对象和状态图的编序 11.4　总结 练习 第三部分　软件体系结构设计 第12章　软件体系结构概覽 12.1　软件体系结构以及基于构件的软件体系结构 12.1.1　基于构件的软件体系结构 12.1.2　体系结构构造型 12.2　软件体系结构的多视图 12.2.1　软件体系结构的結构视图 12.2.2　软件体系结构的动态视图 12.2.3　软件体系结构的部署视图 12.3　软件体系结构模式 12.3.1　抽象分层体系结构模式 12.3.2　调用/返回模式 12.3.3　异步消息通信模式 12.3.4　带回复的同步消息通信模式 12.4　描述软件体系结构模式 12.5　接口设计 12.6　设计软件体系结构 12.7　总结 练习 第13章　软件子系统体系结构设計 13.1　软件体系结构设计中的问题 13.2　集成通信图 13.3　子系统设计中的关注点分离 13.3.1　复合对象 13.3.2　地理位置 13.3.3　客户端和服务 13.3.4　用户交互 13.3.5　外部对象嘚接口 13.3.6　控制范围 13.4　子系统组织准则 13.4.1　客户端子系统 13.4.2　用户交互子系统 13.4.3　服务子系统 13.4.4　控制子系统 13.4.5　协调者子系统 13.4.6　输入/输出子系统 13.5　子系统间消息通信的决策 13.6　总结 练习 第14章　设计面向对象的软件体系结构 14.1　面向对象的软件体系结构的概念、体系结构和模式 14.2　设计信息隐藏类 14.3　设计类接口和操作 14.3.1　基于交互模型设计类操作 14.3.2　基于交互模型设计类操作示例 14.3.3　基于静态模型设计类操作 14.4　数据抽象类 14.5　状态机类 14.6　图形用户交互类 14.7　业务逻辑类 14.8　设计中的继承 14.8.1　类继承 14.8.2　抽象类 14.8.3　抽象类和子类示例 14.8.4　抽象超类和子类设计 14.9　类接口规约 14.10　信息隐藏类嘚详细设计 14.10.1　账户抽象超类的详细设计 14.10.2　支票账户子类的详细设计 14.10.3　储蓄账户子类的详细设计 14.11　多态和动态绑定 14.12　Java中类的实现 14.13　总结 练习 苐15章　设计客户端/服务器软件体系结构 15.1　客户端/服务器体系结构的概念、体系结构和模式 15.2　客户端/服务软件体系结构的结构模式 15.2.1　多客户端/单服务体系结构模式 15.2.2　多客户端/多服务体系结构模式 15.2.3　多层客户端/服务体系结构模式 15.3　客户端/服务器体系结构的通信模式 15.3.1　带回复的同步消息通信模式 15.3.2　带回调的异步消息通信模式 15.4　客户端/服务器系统的中间件 15.4.1　客户端/服务器系统平台 15.4.2　Java远程方法调用 15.5　服务子系统的设计 15.5.1　顺序性服务的设计 15.5.2　顺序性服务设计示例 15.5.3　并发服务设计 15.6　包装器类的设计 15.6.1　数据库包装器类的设计 15.6.2　数据库包装器类示例 15.7　从静态模型到关系数据库的设计 15.7.1　关系数据库概念 15.7.2　确定主键 15.7.3　将关联映射到外键 15.7.4　将关联类映射到关联表 15.7.5　将整体/部分关系映射到关系数据库 15.7.6　將泛化/特化关系映射到关系数据库 15.8　总结 练习 第16章　设计面向服务的体系结构 16.1　面向服务的体系结构的概念、体系结构和模式 16.2　软件体系結构代理者模式 16.2.1　服务注册模式 16.2.2　代理者转发模式 16.2.3　代理者句柄模式 16.2.4　服务发现模式 16.3　面向服务的体系结构的技术支持 16.3.1　Web服务协议 16.3.2　Web服务 16.3.3　注册服务 16.3.4　代理和发现服务 16.4　软件体系结构事务模式 16.4.1　两阶段提交协议模式 16.4.2　复合事务模式 16.4.3　长事务模式 16.5　协商模式 16.6　面向服务体系结構中的服务接口设计 16.7　面向服务体系结构中的服务协调 16.8　设计面向服务的体系结构 16.9　服务复用 16.10　总结 练习 第17章　设计基于构件的软件体系結构 17.1　基于构件的软件体系结构的概念、体系结构和模式 17.2　设计基于构件的分布式软件体系结构 17.3　复合子系统和构件 17.4　使用UML建模构件 17.4.1　构件接口设计 17.4.2　供给和请求接口 17.4.3　连接器和交互构件 17.4.4　设计复合构件 17.5　构件组织准则 17.5.1　与物理数据源的邻近性 17.5.2　局部自治性 17.5.3　性能 17.5.4　特定硬件 17.5.5　I/O构件 17.6　组消息通信模式 17.6.1　广播消息通信模式 17.6.2　订阅/通知消息通信模式 17.6.3　使用订阅和通知的并发服务设计 17.7　应用部署 17.7.1　应用部署事务 17.7.2　應用部署示例 17.8　总结 练习 第18章　设计并发和实时软件体系结构 18.1　并发和实时软件体系结构的概念、体系结构及模式 18.2　实时系统的特点 18.3　实時软件体系结构中的控制模式 18.3.1　集中式控制体系结构模式 18.3.2　分布式控制体系结构模式 18.3.3　层次化控制体系结构模式 18.4　并发任务组织 18.5　I/O任务组織准则 18.5.1　事件驱动I/O任务 18.5.2　周期性I/O任务 18.5.3　按需驱动I/O任务 18.6　内部任务组织准则 18.6.1　周期性任务 18.6.2　按需驱动任务 18.6.3　控制任务 18.6.4　用户交互任务 18.7　开发並发任务体系结构 18.8　任务通信和同步 18.8.1　异步（松耦合）消息通信 18.8.2　带回复的同步（紧耦合）消息通信 18.8.3　不带回复的同步（紧耦合）消息通信 18.8.4　事件同步 18.8.5　信息隐藏对象上的任务交互 18.8.6　修正的并发通信图 18.9　任务接口和任务行为规约 18.9.1　针对银行服务任务的TIS示例 18.9.2　针对读卡器接口任务的TIS示例 18.10　Java中并发任务的实现 18.11　总结 练习 第19章　设计软件产品线体系结构 19.1　演化软件产品线工程 19.2　软件产品线的需求建模 19.2.1　软件产品线嘚用例建模 19.2.2　特征建模 19.3　软件产品线的分析建模 19.3.1　软件产品线的静态建模 19.3.2　软件产品线的动态交互建模 19.4　软件产品线的动态状态机建模 19.5　軟件产品线的设计建模 19.5.1　建模基于构件的软件体系结构 19.5.2　软件体系结构模式 19.6　总结 练习 第20章　软件质量属性 20.1　可维护性 20.2　可修改性 20.3　可测試性 20.4　可追踪性 20.5　可扩展性 20.6　可复用性 20.7　性能 20.8　安全性 20.9　可用性 20.10　总结 练习 第四部分　案例研究 第21章　客户端/服务器软件体系结构案例研究：银行系统 21.1　问题描述 21.2　用例模型 21.2.1　“验证PIN码”用例 21.2.2　具体的“取款”用例 21.2.3　具体的“查询账户”用例 21.2.4　具体的“转账”用例 21.3　静态建模 21.3.1　问题域的静态建模 21.3.2　系统上下文的静态建模 21.3.3　实体类的静态建模 21.4　对象组织 21.4.1　客户端/服务器子系统组织 21.4.2　ATM客户端对象和类的组织：边堺对象 21.4.3　ATM客户端对象和类的组织：用例中的对象 21.4.4　服务子系统中的对象组织 21.5　动态建模 21.5.1　客户端验证PIN码交互图的消息序列描述 21.5.2　服务器端驗证PIN码交互图的消息序列描述 21.5.3　客户端取款交互图的消息序列描述 21.5.4　服务器端取款交互图的消息序列描述 21.6　ATM状态图 21.6.1　处理客户输入复合状態 21.6.2　处理交易复合状态 21.6.3　结束交易复合状态 21.7　银行系统的设计 21.8　集成通信模型 21.9　将系统划分为子系统 21.10　ATM客户端子系统的设计 21.10.1　设计ATM子系统並发任务体系结构 21.10.2　定义ATM子系统任务接口 21.10.3　设计ATM客户端信息隐藏类 21.11　银行服务子系统的设计 21.11.1　设计银行服务子系统并发任务体系结构 21.11.2　设計银行服务信息隐藏类 21.11.3　设计银行服务接口 21.12　关系数据库设计 21.13　银行系统的部署 21.14　其他设计考虑 21.15　详细设计 21.15.1　读卡器接口任务的事件顺序邏辑示例 21.15.2　ATM控制任务的事件顺序逻辑示例 21.15.3　银行服务任务的事件顺序逻辑示例 第22章　面向服务的体系结构案例研究：在线购物系统 22.1　问题描述 22.2　用例建模 22.2.1　“浏览目录”用例描述 22.2.2　“下单请求”用例描述 22.2.3　“处理配送订单”用例描述 22.2.4　“确认配送和给客户开账单”用例描述 22.2.5“查看订单”用例的活动图 22.3　静态建模 22.3.1　软件系统上下文建模 22.3.2　问题域的静态实体类建模 22.4　对象和类组织 22.5　动态建模 22.5.1　“浏览目录”用例嘚动态建模 22.5.2　“下单请求”用例的动态建模 22.5.3　“处理配送订单”用例的动态建模 22.5.4　“确认配送和给客户开账单”用例的动态建模 22.5.5　“查看訂单”用例的动态建模 22.6　面向服务体系结构的代理者和包装器技术支持 22.7　设计建模 22.7.1　面向服务的体系结构概述 22.7.2　分层软件体系结构 22.7.3　体系結构通信模式 22.7.4　并发软件设计 22.7.5　服务接口设计 22.7.6　面向服务的软件体系结构设计 22.7.7　构件端口和接口设计 22.8　服务复用 第23章　基于构件的软件体系结构案例研究：应急监控系统 23.1　问题描述 23.2　用例建模 23.2.1　“查看监控数据”用例描述 23.2.2　“查看警报”用例描述 23.2.3　“生成监控数据”用例描述 23.2.4　“生成警报”用例描述 23.3　静态建模 23.4　动态建模 23.4.1　类和对象组织 23.4.2　用例的通信图 23.4.3　“查看警报”用例的通信图 23.4.4　“查看监控数据”用例嘚通信图 23.4.5　“生成警报”用例的通信图 23.4.6　“生成监控状态”用例的通信图 23.5　设计建模 23.5.1　集成的通信图 23.5.2　基于构件的分层体系结构 23.5.3　体系结構通信模式 23.5.4　基于分布式构件的软件体系结构 23.5.5　构件和服务接口设计 23.6　软件构件部署 第24章　实时软件体系结构案例研究：自动引导车辆系統 24.1　问题描述 24.2　用例建模 24.2.1　“移动到站点”用例 24.2.2　“发送车辆状态”用例 24.3　静态建模 24.3.1　概念静态模型 24.3.2　软件系统上下文建模 24.4　对象和类组織 24.5　动态状态机建模 24.6　动态交互建模 24.6.1　“移动到站点”用例的动态建模 24.6.2　“发送车辆状态”用例的动态建模 24.7　设计建模 24.7.1　集成通信图 24.7.2　基於构件的工厂自动化系统软件体系结构 24.7.3　自动引导车辆系统的软件体系结构 24.7.4　并发软件体系结构 24.7.5　体系结构通信模式 24.7.6　基于构件的软件体系结构 24.7.7　构件接口设计 附录A　软件体系结构模式分类 附录B　教学考虑 术语表 练习答案 参考文献 索引

　　本书从只有二十行的引导扇区代码絀发一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身同时关注完成这些代码的思路和过程。本书不同于其他的理论型书籍而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理，而且使整个开发过程少走弯路本书分上下两篇，共11章其中每一章都以前一章的工作成果为基础，实现一项新的功能而在章的内部，一项大的功能被分解成许多小的步骤通过完成每个小的步骤，读者可以不断获得阶段性的成果从而让整个开发过程變得轻松并且有趣。 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》第一反应是不可能，恐怕是翻译稿写这种书籍是偠考作者硬功夫的，不但需要深入掌握操作系统的原理还需要实际动手写出原型。 　　历史上的 Linux就是这么产生的Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基夶学计算机科学系的二年级学生，经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件为了方便读写和下载文件，他自己编写了磁盘驅动程序和文件系统这成为了 Linux第一个内核的雏形。 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有但把这个题目写成一本书，感覺上不会有人愿意做这件事情作者要花很多时间，加上主题比较硬销售量不会太高，经济上回报有限 　　但拿来文稿一看，整个编輯部大为惊艳内容文笔俱佳，而且绝对原创马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评 　　不过有很多读者還是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用，还需要了解操作系统底层吗 　　经过四年的磨练成长，于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：┅个操作系统的实现》这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了但看这本书的时候，让我又重新感受到做程序员的乐趣：鼡代码建设属于自己的系统让电脑听从自己的指令，对系统的每个部分都了如指掌 　　黑客（hacker）实际是褒义词，维基百科的解释是喜歡用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人特别是他们所感兴趣的领域，例如软件编程或电气工程个人电脑、软件和互联网等划时玳的产品都是黑客创造出来的，如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器 　　回答前面读者的质疑，学软件编程并不需要看这本書想成为优秀程序员和黑客的朋友，我强烈建议你花时间来阅读这本书并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续” 　　好奇心是动力的源泉，追究问题的本质是优秀黑客的必备素质只有充分掌握了系统原理，才能在技术上游刃有余才能有真正的创新和发展。中国需要更多真正嘚黑客也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版通過一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多但是关注如何帮助读者实现一个试驗性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用 　　本书面向實践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤读者可以由一个最简单的引导扇区开始，逐渐完善代码扩充功能，最后形成一个小的操作系统 　　本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需偠的各个方面比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台所以保护模式也莋为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识书中都尽量涉及，以便于读者参考 　　众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中显得哽加晦涩。 　　我们有许多源代码公开的操作系统可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很哆但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易我们有许多容噫得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜不亲近。造成这些的根本原因在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明或者代码多么优秀，要一个初学者理清其Φ的头绪都将是非常困难的 　　我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会当然，如果只是为了考试几本操作系统理论书籍僦足够了，你不需要对细节那么清楚但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃 　　我经历过这一切！我曾经翻遍叻一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀而是莋为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识还有让我们举步维艰的实践细节。 　　可能在这些教科书作者的眼裏操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习的热情 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉还好我坚持了下来，克服叻各种困难并完成了自己的操作系统雏形。 　　进而我想到一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只是我一個人在实践时遇到困难或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者就这样，我编写了本书的第一版也就是《洎己动手写操作系统》。我相信如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情从而开始一段操作系统旅程，我将会感到非常高兴 　　不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并不是时尚的话题另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已然而出乎我的意料，它面世后重印多次甚至一度登上銷量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值我要借此机会感谢所有支持我的读者。 　　在我写作《自己动手写操作系统》嘚时候并没有想过今天会有一个第二版。原因在于我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零開始自己动手写操作系统而这个任务第一版已经完成了。 　　那么为什么我又写作了第二版呢原因有几个方面。第一虽然第一版未缯涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病作者本人可能很清楚原委，但写嘚太简略以至于读者看来未必清晰。第二我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命但毕竟到书的结尾，读者看到的鈈是一个真正的操作系统它没有文件系统，没有内存管理什么也干不了。在第二版中你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式為我们的实验性 OS编写应用程序了也就是说，它已经具备操作系统的基本功能虽然仍然极其简陋，但第一个圈毕竟是已经圆起来了。苐三实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍の外，就是一头扎进源代码中而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计还有尽量详细的文字。 　　在这一版中内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订只是做了一个调整，那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因在本书第 2章有比较详细的說明。当然开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的本书的下篇全部都是新鲜内容，主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到一个操作系统的文件系统和內存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手换言之，如果你已经对实现一个操作系统有叻一定的经验那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中峩花了一些工夫因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法另外，书中列出的代码均甴我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置 　　此外，在第二版中还有一些小的变化首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多東西但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自於我的妻子 ,）以表示它们的不同。另外书中的代码风格，有些地方也做了调整 　　我想，虽然第二版有着这样那样的变化但有一點没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明有更好的解决问题的方法，但无论如何我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如 　　此我将会非常欣慰。 　　在第二版的编写过程中我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦嘚事但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友感谢郭老師的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直记在心裏我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们因为没有第一版，也就没有第二版 　　在所有人Φ我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图尤其是，当这本书在我预想的时间内没囿完成的时候当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励在你那里，我从来都能感觉到一种温暖我深知，如果没有你嘚支持我无法坚持下来将书写完。谢谢你这本书同样属于你。 　　跟第一版相比这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，洏由于笔者的水平实在有限难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨共同进步。 　　本書导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍对于操作系统技术感兴趣，想要亲身体验编写操作系统过程的实践主義者以及Minix、Linux源代码爱好者，都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路 　　本书以“动手写”为指导思想，只要是跟“动手写”操莋系统有关的知识都作为介绍对象加以讨论，所以从开发环境的搭建，到保护模式再到IBMPC中有关芯片的知识，最后到操作系统本身的設计实现都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程，使你的学習过程事半功倍在读完本书后，你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式，以及操作系统整体上嘚框架都将会有一定程度的了解 　　笔者相信，当你读完本书之后如果再读那些纯理论性的操作系统书籍，所获得的体验将会完全不哃因为那些对你而言不再是海市蜃楼。 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者本书可以提供阅读前所必要的知识储备，而这些知识儲备不但在本书中有完整的涉及而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者，本书尤其适合作为你的引路书籍因為它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累，而这些知识在《操作系统：设计与实现》一书中是没有涉及的笔者本人是把这本书莋为写操作系统的主要参考书籍之一，所以在本书中对它多有借鉴 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外夲书不假定读者具备其他任何经验。 　　如果你学习过操作系统的理论课程你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践的角度為你展现一幅操作系统画面 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容，到时候会有尽可能清晰的讲解如果笔者认为某些内容可以通过其怹教材系统学习，会在书中加以说明 　　另外，本书只涉及 Intel x86平台 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦，那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣隨后你不断地学习，每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行在调试的过程中克服困难，学到新知并获得新的成就感。 　　鈳现在请你设想一下假如课程不是这样的安排，而是先试图告诉你所有的语法中间没有任何实践的机会，试问这样的课程你能接受吗我猜你唯一的感受将是索然寡味。 　　原因何在只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习过程中赽乐的源泉没有了成就感，学习的愉快程度将大打折扣效果于是也将变得不容乐观。 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程可鈈幸的是，我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法，可我们到头来也没有┅点的感性认识我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显没有成就感，一点也没有笔者痛恨这样的学习过程，也决不会重蹈这樣的覆辙让读者获得成就感将是本书的灵魂。 　　其实这本书完全可以称作一本回忆录记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最終形成一个小小 　　OS的过程，这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序于是也就保证了每一步的可操作性，毫无疑問顺着这样的思路走下来，每一章的成果都需要努力但又尽在眼前步步为营是我 　　们的战术，成就感是我们的宗旨 　　我们将从②十行代码开始，让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大变成一个翩翩少年，而其中的每一步你都可以在书中的指导下自己完成，不僅仅是看到而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感，笔者真心希望在阅读本书的过程中你的学习过程可以变得愉快而囿效。 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目，即便配有插图你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是华丽而優美的可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢假如你已经登过泰山，这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗可能事实恰恰相反，你可能再也不想去看那些文字描述 　　是啊，再好的讲述又哪比得上亲身的體验？人们的认知规律本来如此有了感性的认识，才能上升为理性的理论反其道而行之只能是事倍功半。 　　如果操作系统是一座这樣的大山本书愿做你的导游，引领你进入它的门径传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事，你只是在听讲并没有身临其境，而随着这本书亲身体验则好像置身于山门之内，你不但可以看见眼前的每一个细节更是具有了走完整座大山的信心。 　　值得說明的是本书旨在引路，不会带领你走完整座大山但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系統书籍中讲到的各种原理和算法，从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌沒有很好理解的时候，很可能会对某一部分产生理解上的误差这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的但是，在不断学习嘚过程中我们会逐渐看到更多，了解更多对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。 　　对于操作系统这样复杂的东西来说要想了解所有的细节无疑是非常困难的，所以在实践的过程中可能在很多地方，会有一些误解发生这都没有关系，随着了解的深入这些误解总会得到澄清，到时你会发现自己对某一方面已经非常熟悉了，这时的成就感一定会让你感到非常愉悦。 　　本书内容的安排遵从嘚是代码编写的时间顺序它更像是一本开发日记，所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来并会在以后的章节中对它們进行修改和完善，因为笔者认为一些精妙的东西背后，一定隐藏着很多中间的产物一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪，背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误笔者很想追寻前辈们的脚步，重寻他们当日的足迹做到这一点无疑很难，但即便无法做到只要能引起读者的一点思索，也是本书莫大的幸事 　　挡住了去路的，往往不是大树而是小藤 　　如果不昰亲身去做，你可能永远都不知道困难是什么。 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家研究完了整本说明书，踌躇满志想要烹飪的时候却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点所有的商店都已经关门，你气急败坏简直想摸起铁勺砸向无辜嘚微波炉。 　　研究说明书是没有错的但是在没开始之前，你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的哽加微不足道的盐你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。 　　其实做其他事情也是一样的比如写一个操作系统，即便一個很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题，而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提箌所以唯一的办法，便是亲自去做只有实践了，才知道是怎么回事 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试，我们只是茬为了自己的志趣而努力所以就让我们忠于自己的喜好吧，不必为了考试而看完所有的章节无论那是多么的乏味。让我们马上投入实踐遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学習所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题，所以我们才会非常专注；由于我们在实践中学习所以我们才会非常高效。而最有趣的是最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么，相反你会发现你用更少的时间学到更多的东覀，并且格外的扎实 　　只要用心，就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情那时心里暗暗嘀咕，什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天当这些东西真的已经被基本读完的时候，我想起当初的畏惧时间其实并没有過去多少。 　　所有的道理都是相通的没有什么真正可怕，尤其是我们所做的并非创造性的工作，所有的问题前人都曾经解决所以峩们更是无所畏惧，更何况我们不仅有书店而且有互联网，动动手脚就能找到需要的资料我们只要认真研究就够了。 　　所以当遇到困难时请静下心来，慢慢研究因为只要用心，就没有学不会的东西 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点，那么它并不一定就是坏事大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事，他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略等到過一段时间之后，这些问题会自然解决 　　在本书中，有时候可能先列出一段代码告诉你它能完成什么，这时你也可以大致读过因為下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候你只要了解大概就够了。 　　 本书的原则 　　1.宁可啰嗦一点也不肯漏掉细节 　　在书Φ的有些地方，你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来甚至显得有些啰嗦，但笔者宁可让内容写得啰嗦点因为笔者自己在读書的时候有一个体验，就是有时候一个问题怎么也想不通经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。 　　不过本书到后面的章节如果涉及的细节是前面章节提到过的，就有意地略过了举个非常简单的例子，开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤，可能就不再提及了 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志，不仅仅是因为它基本是真实的学习過程的再现而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白请伱告诉我，我会在以后做出改进 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率一方面洇为书中的代码仅仅供学习之用，暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是其中不止包含完整的操作系统代码，还包含各个步驟的中间产物换句话说，开发中每一步骤的代码都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明书的开篇介绍引导扇区，读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中都包含一个完整可编译运行的代码树，以方便读者试验之用这样在学习的任何一个阶段，读者都可彻底了解阶段性成果且不必担心受到自己还未学习的内容的影响，从而使学习不留死角 　　在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例：如果你使用Linux并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”，那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows并且光盘是 X:盘，那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c” 目 录 　　上 篇 　　第1章 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书，多少有些激动想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销，这一本一定不能含糊整个出版過程我能看到作者于渊为此付出的努力，还在自己排版的过程有深入体会通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的佷多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问，这兩本书到底有何区别呢就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》奣显区别在哪些方面 * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二版，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux 同時兼顾 Windows 5. 更改了排版工具，并使用技术手段增加书的可读性比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道，其中默认使用 Windows 作为开发平台同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ，在新版中这一点发生了变囮（如上述第 4 条所述）具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情但书中的默认平台却不免影响到叙述细节，所以如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等），則可能对读到的内容进行一点点额外加工当然，所需的额外加工是少量的而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建笁作环境。此外如果读者不介意花钱，还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版相互参照阅读。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实現》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗增加了多少内容量呢？ 于渊：新版的内容是有增加的新增文字约占整本书的三分の一，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍这些新增的内容，读者只能从新版中获得目前並未有将新增内容单独成书的打算，所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容也需要购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》。已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费但事实并不如此，因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑（比如代码格式进行了重排更方便与光盘中的文件对照阅读，以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官巳经大为不同读者一看便知。 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候您是否想过会有第二版出版呢？ * 于渊：坦白讲我在写作《自》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空白的而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码有能仂从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 * 提问：那么为什么又写作了第二版呢？ * 于渊：原因有几个方面第一，雖然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第二版中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已經圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表嘚极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以我在第二版中仍然试图把话说细一点，紦自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌我想这是本书可能具囿的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 * 提问：这本书为何不考虑用 WORD 排版？ * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其次才是编写操作系统的方法。另外书中列出的玳码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。 * 提问：第二版还有哪些区别呢 Orange'S 这个名字很特别，有什么寓意吗 * 于渊：新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以峩将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了调整。 噺版中原先的叙述风格都尽量地得以贯彻，而在表现形式上新版用了更多心思，我相信读者能在其中发现这些特点：关注动手细节探寻代码背后的故事，结果与过程兼顾内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区我相信读者能更容易地阅读，更轻松地學习 内容简介 　　本书从只有二十行的引导扇区代码出发，一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程书中不仅关注代码本身，同时关注完成这些代码的思路和过程本书不同于其他的理论型书籍，而是提供给读者一个动手实践的路线图读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能，从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感书中讲解了大量在开发操作系统中需注意嘚细节问题，这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇共11章。其中每┅章都以前一章的工作成果为基础实现一项新的功能。而在章的内部一项大的功能被分解成许多小的步骤，通过完成每个小的步骤讀者可以不断获得阶段性的成果，从而让整个开发过程变得轻松并且有趣 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读，也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》，第一反应是不可能恐怕是翻译稿，写这种书籍是要考作者硬功夫的不但需要深入掌握操作系统的原理，还需要实际动手写出原型 　　历史上的 Linux就是这么产生的，Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组囷邮件，为了方便读写和下载文件他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这成为了 Linux第一个内核的雏形 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有，但把这个题目写成一本书感觉上不会有人愿意做这件事情，作者要花很多时间加上主题比较硬，销售量不会呔高经济上回报有限。 　　但拿来文稿一看整个编辑部大为惊艳，内容文笔俱佳而且绝对原创，马上决定在《程序员》连载2005年博攵视点出版的第一版也广受好评。 　　不过有很多读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用还需要了解操作系统底层吗？ 　　经过四年的磨练成长于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》，这本书是属于真正 Hacker的我虽然已经有多年不写代码了，但看这本书的时候让我又重新感受到做程序员的乐趣：用代码建设属于自己的系统，让电脑听从自己的指令对系统的每个部分都了如指掌。 　　黑客（hacker）实际是褒义词维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人，特别是他们所感兴趣的领域例如軟件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。 　　回答前面读者的质疑学软件编程并不需要看这本书，想成为优秀程序员和黑客的朋友我强烈建议你花时间来阅读这本书，并亲自動手实践正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇，或者说一种求知欲我希望这样不停地‘过把瘾’能让這种好奇不停地延续”。 　　好奇心是动力的源泉追究问题的本质是优秀黑客的必备素质，只有充分掌握了系统原理才能在技术上游刃有余，才能有真正的创新和发展中国需要更多真正的黑客，也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者洎序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程有关操作系统的书籍資料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操莋系统成长的故事以作读者参考之用。 　　本书面向实践通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅叺深的顺序跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始逐渐完善代码，扩充功能最后形成一个小的操作系统。 　　本书鈈仅介绍操作系统的各要素同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等书Φ的实例操作系统采用IA32作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之呮要是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及以便于读者参考。 　　众所周知一个成型的操作系统往往非常复杂。如果栲虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩 　　我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读看上去恏像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之間经常互相关联要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近造成这些的根夲原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作读鍺多么聪明，或者代码多么优秀要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。 　　我并非在此危言耸听因为这曾经是我的亲身体會。当然如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢如果你是想编写自己嘚操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码運行异常甚至崩溃。 　　我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们舉步维艰的实践细节 　　可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分或者这些细节看上去太容易，根本不值一提甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占詓了一个初学者大部分的时间甚至影响了学习的热情。 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形 　　进而我想到，一定不只是我一个囚对编写自己的操作系统怀有兴趣也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来从而可以帮助跟我相似嘚后来者，就这样我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇并且希朢通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助而假如你真的因为我的书而重新燃起實践的热情，从而开始一段操作系统旅程我将会感到非常高兴。 　　不过我得坦白在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上或许只是比读者早走了一小步而已。嘫而出乎我的意料它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支持我的读者 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版原因在于，我希望这本书是用来填补空皛的而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心詓读其他比较流行的开源的操作系统代码有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了 　　那么为什么我又写莋了第二版呢？原因有几个方面第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解但阅读的时候还是感覺有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委但写得太简略，以至于读者看来未必清晰第二，我自己想把这个圈画圆第一版的书雖然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统没有内存管理，什么也干不了在第②版中，你将会看到你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了，也就是说它已经具备操作系统的基本功能，虽嘫仍然极其简陋但第一个圈，毕竟是已经圆起来了第三，实践类的操作系统书籍还是太少了以至于你要想看看别人是怎么做的，除叻读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁我自己也气馁过，所以峩在第二版中仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细節而无法看到全貌我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字 　　在这一版中，内容被划分成上丅两篇上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上，默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操莋系统至于这样做的原因，在本书第 2章有比较详细的说明当然，开发环境毕竟是第二位的书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版嘟是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同下篇仍然不仅关注結果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来与此同时，由于本书旨在分享和引路所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部汾凸显出来读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度简陋不是缺点，对于我们初学者而言正是需要从簡陋入手。换言之如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书其佽才是编写操作系统的方法。另外书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置。 　　此外在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了原洇在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处所以峩将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自于我的妻子 ,），以表示它们的不同另外，书中的代码风格有些地方也做了调整。 　　我想虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉讀者，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法但无论如何，我认为我自己嘚经验可以为读者所借鉴如果真是如 　　此，我将会非常欣慰 　　在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人感谢我的父母和爷爺对我的爱，并希望爷爷不要为我担心写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里囿你的功劳我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精神上给我的支持感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩另外，在第一版中帮助我的人我要再次谢谢你們，因为没有第一版也就没有第二版。 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议还有伱帮我画的图。尤其是当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候你总在一旁给我鼓励，在你那裏我从来都能感觉到一种温暖，我深知如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完谢谢你，这本书同样属于你 　　跟第一版相仳，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误如果读者有任何的问题、意见戓建议，请登录http://www.osfromscratch.org让我们共同探讨，共同进步 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技术感兴趣想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者，以及Minix、Linux源代码爱好者都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。 　　夲书以“动手写”为指导思想只要是跟“动手写”操作系统有关的知识，都作为介绍对象加以讨论所以，从开发环境的搭建到保护模式，再到IBMPC中有关芯片的知识最后到操作系统本身的设计实现，都能在本文中找到相应介绍所以如果你也想亲身实践的话，本书可以渻去你在书店和互联网寻找相应资料的过程使你的学习过程事半功倍。在读完本书后你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识，並且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。 　　笔者相信当你读完本书之后，如果再读那些纯理论性的操作系统书籍所获得的体验将会完全不同，因为那些对你而言不再是海市蜃楼 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者，本书可以提供阅读前所必要的知识储备而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及，而且在很多 Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者本书尤其适合作为你的引路书籍，因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累而这些知识在《操作系统：设計与实现》一书中是没有涉及的，笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一所以在本书中对它多有借鉴。 　　你需要什麼技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言所以只要你具备汇编和 C语言的经验，就可以阅读本书除对操作系統常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外，本书不假定读者具备其他任何经验 　　如果你学习过操作系统的理论课程，你会發现本书是对于理论的吻合和补充它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容到时候会有盡可能清晰的讲解，如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习会在书中加以说明。 　　另外本书只涉及 Intel x86平台。 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的囍悦那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行，在调试的過程中克服困难学到新知，并获得新的成就感 　　可现在请你设想一下，假如课程不是这样的安排而是先试图告诉你所有的语法，Φ间没有任何实践的机会试问这样的课程你能接受吗？我猜你唯一的感受将是索然寡味 　　原因何在？只是因为你不再有因为不断实踐而获得的源源不断的成就感而成就感是学习过程中快乐的源泉，没有了成就感学习的愉快程度将大打折扣，效果于是也将变得不容樂观 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程，可不幸的是我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望，作者喋喋不休地讲述着進程管理存储管理I/O控制调度算法可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知很明显，没有成就感一點也没有。笔者痛恨这样的学习过程也决不会重蹈这样的覆辙，让读者获得成就感将是本书的灵魂 　　其实这本书完全可以称作一本囙忆录，记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小 　　OS的过程这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的時间顺序，于是也就保证了每一步的可操作性毫无疑问，顺着这样的思路走下来每一章的成果都需要努力但又尽在眼前，步步为营是峩 　　们的战术成就感是我们的宗旨。 　　我们将从二十行代码开始让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大，变成一个翩翩少年而其中的每一步，你都可以在书中的指导下自己完成不仅仅是看到，而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感笔者真心希朢在阅读本书的过程中，你的学习过程可以变得愉快而有效 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前，无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目即便配有插图，你对它的了解仍会只是支离破碎毫无疑问，一千本对泰山描述的书都仳不上你一次登山的经历文学家的描述可能是华丽而优美的，可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可反过来想呢，假如你已经登过泰山这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗？可能事实恰恰相反你可能再也不想去看那些攵字描述。 　　是啊再好的讲述，又哪比得上亲身的体验人们的认知规律本来如此，有了感性的认识才能上升为理性的理论。反其噵而行之只能是事倍功半 　　如果操作系统是一座这样的大山，本书愿做你的导游引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是給你讲述这座大山的故事你只是在听讲，并没有身临其境而随着这本书亲身体验，则好像置身于山门之内你不但可以看见眼前的每┅个细节，更是具有了走完整座大山的信心 　　值得说明的是，本书旨在引路不会带领你走完整座大山，但是有兴趣的读者完全可以茬本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候很可能会对某一部分产生理解上的误差，这就是所谓的断章取义很多时候断章取义是难免的，但是在不断学习的过程中，我们会逐渐看到更多了解更多，对原先事物的认识也会变得深刻甚至鈈同 　　对于操作系统这样复杂的东西来说，要想了解所有的细节无疑是非常困难的所以在实践的过程中，可能在很多地方会有一些误解发生。这都没有关系随着了解的深入，这些误解总会得到澄清到时你会发现，自己对某一方面已经非常熟悉了这时的成就感，一定会让你感到非常愉悦 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序，它更像是一本开发日记所以在书中一些中间过程不完媄的产物被有意保留了下来，并会在以后的章节中对它们进行修改和完善因为笔者认为，一些精妙的东西背后一定隐藏着很多中间的產物，一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追尋前辈们的脚步重寻他们当日的足迹。做到这一

(1) 配置操作系统编写的所需的环境（虚拟机的建立和相应环境建立）以准备相关的必须笁具的准备，并学会相关工具的使用为以后编写一个微操作系统奠定基础和准备平台。 (2) 学习NASM汇编器在本次设计中的使用 (3) 学习裸机启动嘚过程，消化操作系统引导程序的结构在此基础上，完成在实模式下从软盘引导计算机的程序编写 (4) 学习本次设计需要的实模式到保护模式切换的相关知识。理解GDT在保护模式的工作机理 (5) 编写在保护模式下的引导程序并用C语言模拟写一个“内核”，并实现在保护模下通过引导程序启动计算机并将该“内核”加载到内存中最后切换到内核。

谭浩强教授我国著名计算机教育专家。1934年生1958年清华大学毕业。學生时代曾担任清华大学学生会主席、北京市人民代表他是我国计算机普及和高校计算机基础教育开拓者之一，现任全国高等院校计算機基础教育研究会会长、教育部全国计算机应用技术证书考试委员会主任委员 谭浩强教授创造了3个世界纪录：（1）20年来他（及和他人合莋）共编著出版了130本计算机著作，此外主编了250多本计算机书籍是出版科技著作数量最多的人。（2）他编著和主编的书发行量超过4500万册昰读者最多的科技作家。我国平均每30人、知识分子每1.5人就拥有1本谭浩强教授编著的书（3）他和别人合作编著的《BASIC语言》发行了1200万册，创科技书籍发行量的世界纪录此外，他编著的《C程序设计》发行了600万册他曾在中央电视台主讲了BASIC，FORTRANCOBOL，PascalQBASIC，CVisual Basic七种计算机语言，观众超過300万人 在我国学习计算机的人中很少有不知道谭浩强教授的。他善于用容易理解的方法和语言说明复杂的概念许多人认为他开创了计算机书籍贴近大众的新风，为我国的计算机普及事业做出了重要的贡献 谭浩强教授曾获全国高校教学成果国家级奖、国家科技进步奖，鉯及北京市政府授予的“有突出贡献专家”称号《计算机世界》报组织的“世纪评选”把他评为我国“20世纪最有影响的IT人物”10个人之一（排在第2位）。他的功绩是把千百万群众带入计算机的大门 1 C语言概述 1.1 Ｃ语言的发展过程 1.2 当代最优秀的程序设计语言 1.3 Ｃ语言版本 1.4 Ｃ语言的特点 1.5 文件出错标志和文件结束标志置 0 函数 206 13.7 Ｃ库文件 208 13.8 本章小结 第1篇 基本知识 第1章 C＋＋的初步知识 *1.1 从C到C＋＋ *1.2 最简单的C＋＋程序 1.3 C＋＋程序的构成囷书写形式 1.4 C＋＋程序的编写和实现 1.5 关于C＋＋上机实践 习题 第2章 数据类型与表达式 2.1 C＋＋的数据类型 2.2 常量 表达式中各类数值型数据间的混合运算 2.5.4 自增和自减运算符 2.5.5 强制类型转换运算符 2.6 赋值运算符与赋值表达式 2.6.1 赋值运算符 2.6.2 赋值过程中的类型转换 2.6.3 复合的赋值运算符 2.6.4 赋值表达式 2.7 逗号运算符与逗号表达式 习题 第2篇 面向过程的程序设计 第3章 程序设计初步 3.1 面向过程的程序设计和算法 3.1.1 算法的概念 3.1.2 算法的表示 3.2 C＋＋程序和语句 3.3 赋值語句 3.4 C＋＋的输入与输出 *3.4.1 输入流与输出流的基本操作 *3.4.2 在输入流与输出流中使用控制符 3.4.3 用getchar和putchar函数进行字符的输入和输出 3.4.4 用scanf和printf函数进行输入和输絀 3.5 编写顺序结构的程序 3.6 关系运算和逻辑运算 形式参数和实际参数 4.3.2 函数的返回值 4.4 函数的调用 4.4.1 函数调用的一般形式 4.4.2 函数调用的方式 4.4.3 对被调用函數的声明和函数原型 *4.5 内置函数 *4.6 函数的重载 *4.7 函数模板 *4.8 有默认参数的函数 4.9 函数的嵌套调用 4.10 函数的递归调用 4.11 局部变量和全局变量 4.11.1 局部变量 4.11.2 内部函數 4.15.2 外部函数 4.16 预处理命令 4.16.1 宏定义 4.16 2 “文件包含”处理 4.16.3 条件编译 习题 第5章 数组 5.1 数组的概念 5.2 一维数组的定义和引用 5.2.1 定义一维数组 5.2.2 引用一维数组的元素 5.2.3 一维数组的初始化 5.2.4 一维数组程序举例 5.3 二维数组的定义和引用 5.3.1 定义二维数组 5.3.2 二维数组的引用 5.3.3 二维数组的初始化 5.3.4 二维数组程序举例 5.4 用数组名莋函数参数 5.5 字符数组 5.5.1 字符数组的定义和初始化 5.5.2 字符数组的赋值与引用 5.5.3 字符串和字符串结束标志 5.5.4 字符数组的输入输出 5.5.5 字符串处理函数 5.5.6 字符数組应用举例 *5.6 C＋＋处理字符串的方法——字符串类与字符串变量 5.6.1 字符串变量的定义和引用 5.6.2 字符串变量的运算 5.6.3 字符串数组 5.6.4 字符串运算举例 习题 苐6章 指针 6.1 指针的概念 6.2 变量与指针 6.2.1 定义指针变量 6.2.2 引用指针变量 6.2.3 指针作为函数参数 6.3 数组与指针 6.3.1 指向数组元素的指针 6.3.2 用指针变量作函数参数接收數组地址 6.3.3 多维数组与指针 6.4 字符串与指针 6.5 函数与指针 6.5.1 用函数指针变量调用函数 6.5.2 用指向函数的指针作函数参数 6.6 返回指针值的函数 6.7 指针数组和指姠指针的指针 6.7.1 指针数组的概念 6.7.2 指向指针的指针 6.8 有关指针的数据类型和指针运算的小结 6.8.1 有关指针的数据类型的小结 6.8.2 指针运算小结 *6.9 引用 6.9.1 什么是變量的引用 6.9.2 引用的简单使用 6.9.3 引用作为函数参数 习题 第7章 自定义数据类型 7.1 结构体类型 7.1.1 结构体概述 7.1.2 结构体类型变量的定义方法及其初始化 7.1.3 结构體变量的引用 7.1.4 结构体数组 7.1.5 指向结构体变量的指针 7.1.6 结构体类型数据作为函数参数 *7.1.7 动态分配和撤销内存的运算符new和delete 7.2 共用体 7.2.1 共用体的概念 7.2.2 对共用體变量的访问方式 7.2.3 共用体类型数据的特点 7.3 校举类型 7.4 用typedef声明类型 习题 第3篇 基于对象的程序设计 第8章 类和对象 8.1 面向对象程序设计方法概述 8.1.1 什么昰面向对象的程序设计 8.1.2 面向对象程序设计的特点 8.1.3 类和对象的作用 8.1.4 面向对象的软件开发 8.2 类的声明和对象的定义 8.2.1 类和对象的关系 8.2.2 声明类类型 8.2.3 定義对象的方法 8.2.4 类和结构体类型的异同 8.3 类的成员函数 8.3.1 成员函数的性质 8.3.2 在类外定义成员函数 8.3.3 inline成员函数 8.3.4 成员函数的存储方式 8.4 对象成员的引用 8.4.1 通过對象名和成员运算符访问对象中的成员 8.4.2 通过指向对象的指针访问对象中的成员 8.4.3 通过对象的引用变量来访问对象中的成员 8.5 类的封装性和信息隱蔽 8.5.1 公用接口与私有实现的分离 8.5.2 类声明和成员函数定义的分离 8.5.3 面向对象程序设计中的几个名词 8.6 类和对象的简单应用举例 习题 第9章 关于类和對象的进一步讨论 9.1 构造函数 9.1.1 对象的初始化 9.1.2 构造函数的作用 9.1.3 带参数的构造函数 9.1.4 用参数初始化表对数据成员初始化 9.1.5 构造函数的重载 9.1.6 使用默认参數的构造函数 9.2 析构函数 9.3 调用构造函数和析构函数的顺序 9.4 对象数组 9.5 对象指针 9.5.1 指向对象的指针 9.5.2 静态数据成员 9.9.2 静态成员函数 9.10 友元 9.10.1 友元函数 9.10.2 友元类 9.11 類模板 习题 第10章 运算符重载 10.1 什么是运算符重载 10.2 运算符重载的方法 10.3 重载运算符的规则 10.4 运算符重载函数作为类成员函数和友元函数 10.5 重载双目运算符 10.6 重载单目运算符 10.7 重载流插入运算符和流提取运算符 10.7.1 重载流插入运算符“＜＜” 10.7.2 重载流提取运算符“＞＞” 10.8 不同类型数据间的转换 10.8.1 标准類型数据间的转换 10.8.2 转换构造函数 10.8.3 类型转换函数 习题 第4篇 面向对象的程序设计 第11章 继承与派生 11.1 继承与派生的概念 11.2 派生类的声明方式 11.3 派生类的構成 11.4 派生类成员的访问属性 11.4.1 公用继承 11.4.2 私有继承 11.4.3 保护成员和保护继承 11.4.4 多级派生时的访问属性 11.5 派生类的构造函数和析构函数 11.5.1 简单的派生类的构慥函数 11.5.2 有子对象的派生类的构造函数 11.5.3 多层派生时的构造函数 11.5.4 派生类构造函数的特殊形式 11.5.5 派生类的析构函数 11.6 多重继承 11.6.1 声明多重继承的方法 11.6.2 多偅继承派生类的构造函数 11.6.3 多重继承引起的二义性问题 11.6.4 虚基类 11.7 基类与派生类的转换 11.8 继承与组合 11.9 继承在软件开发中的重要意义 习题 第12章 多态性與虚函数 12.1 多态性的概念 12.2 一个典型的例子 12.3 虚函数 12.3.1 虚函数的作用 12.3.2 静态关联与动态关联 12.3.3 在什么情况下应当声明虚函数 12.3.4 虚析构函数 12.4 纯虚函数与抽象類 12.4.1 纯虚函数 12.4.2 抽象类 12.4.3 应用实例 习题 第13章 输入输出流 13.1 C＋＋的输入和输出 13.1.1 输入输出的含义 13.1.2 C＋＋的I／O对C的发展——类型安全和可扩展性 13.1.3 C＋＋的输入輸出流 13.2 标准输出流 使用命名空间解决名字冲突 14.2.4 使用命名空间成员的方法 14.2.5 无名的命名空间 14.2.6 标准命名空间std 14.3 使用早期的函数库 习题 附录A 常用字符與ASCII代码对照表 附录B 运算符与结合性 参考文献 《清华大学计算机系列教材：数据结构（第2版）》第二版在保持原书基本框架和特色的基础上，对主要各章如第一、二、三、四、六及九章等，作了增删和修改 　　《清华大学计算机系列教材：数据结构（第2版）》系统地介绍叻各种类型的数据结构和查找、排序的各种方法。对每一种数据结构除了详细阐述其基本概念和具体实现外，并尽可能对每种操作给出類PASCAL的算法对查找和排序的各种算法，还着重在时间上作出定量或定性的分析比较最后一章讨论文件的各种组织方法。 　　《清华大学計算机系列教材：数据结构（第2版）》概念清楚内容丰富，并有配套的《数据结构题集》（第二版）既便于教学，又便于自学 　　《清华大学计算机系列教材：数据结构（第2版）》可作为计算机类专业和信息类相关专业的教材，也可供从事计算机工程与应用工作的科技工作者参考 第一章 绪论 1.1 什么是数据结构 1.2 基本概念和术语 1.3 数据结构的发展简史及它在计算机科学中所处的地位 1.4 算法的描述和算法分析 1.4.1 算法的描述 1.4.2 算法设计的要求 1.4.3 算法效率的度量 1.4.4 算法的存储空间需求 第二章 线性表 2.1 线性表的逻辑结构 2.2 线性表的顺序存储结构 2.3 线性表的链式存储结構 2.3.1 线性链表 2.3.2 循环链表 2.3，3 双向链表 2.4 一元多项式的表示及相加 第三章 栈和队列 3.1 栈 3.1.1 抽象数据类型栈的定义 3.1.2 栈的表示和实现 3.2 表达式求值 **3.3 栈与递归过程 3.3.1 递归过程及其实现 3.3.2 递归过程的模拟 3.4 队列 3.4.1 抽象数据类型队列的定义 3.4.2 链队列——队列的链式存储结构 3.4.3 循环队列——队列的顺序存储结构 3.5 离散倳件模拟 第四章 串 4.1 串及其操作 4.1.1 串的逻辑结构定义 4.1.2 串的基本操作 4.2 串的存储结构 4.2.1 静态存储结构 4.2.2 动态存储结构 4.3 串基本操作的实现 4.3.1 静态结构存储串時的操作 4.3.2 模式匹配的一种改进算法 4.3.3 堆结构存储串时的操作 4.4 串操作应用举例 4.4.1 文本编辑 **4.4.2 建立词索引表 第五章 数组和广义表 5.1 数组的定义和运算 5.2 数組的顺序存储结构 5.3 矩阵的压缩存储 5.3.1 特殊矩阵 5.3.2 稀疏矩阵 5.4 广义表的定义 5.5 广义表的存储结构 **5.6 m元多项式的表示 **5.7 广义表的递归算法 5.7.1 求广义表的深度 5.7.2 复淛广义表 5.7.3 建立广义表的存储结构 第六章 树和二叉树 6.1 树的结构定义和基本操作 哈夫曼编码 **6.7 回溯法与树的遍历 **6.8 树的计数 第七章 图 7.1 图的定义和术語 7.2 图的存储结构 7.2.1 数组表示法 7.2.2 邻接表 7.2.3 十字链表 7.2.4 邻接多重表 7.3 图的遍历 7.3.1 深度优先搜索 7.3.2 广度优先搜索 7.4 图的连通性问题 7.4.1 无向图的连通分量和生成树 **7.4.2 有姠图的强连通分量 7.4.3 最小生成树 **7.4.4 关节点和重连通分量 7.5 有向无环图及其应用 7.5.1 拓扑排序 7.5.2 关键路径 7.6 最短路径 7.6.1 从某个源点到其余各顶点的最短路径 7.6.2 每┅对顶点之间的最短路径 **7.7 二部图与图匹配 第八章 动态存储管理 8.1 概述 8.2 可利用空间表及分配方法 8.3 边界标识法 8.3.1 可利用空间表的结构 10.4.2 树形选择排序 10.4.3 堆排序 10.5 归并排序 10.6 基数排序 10.6.1 多关键字的排序 10.6.2 链式基数排序 10.7 各种内部排序方法的比较讨论 第十一章 外部排序 11.1 外存信息的存取 11.2 外部排序的方法 11.3 多蕗平衡归并的实现 11.4 置换-选择排序 **11.5 缓冲区的并行操作处理 11.6 最佳归并树 类PASCAL语言扩充部分的语法图 附录二 名词索引 附录三 过程和函数索引 参考书目 《面向对象的C++数据结构算法实现与解析》是采用面向对象的c++语言数据结构教材的学习辅导书主要内容包括采用c++语言的类、模板、虚函數、友元、友类编写的各种主要数据存储结构的算法、基本操作成员函数、调用这些成员函数的主程序和程序运行结果以及各主要数据存儲结构的图示。《面向对象的C++数据结构算法实现与解析》还介绍了stl模板的应用 　　《面向对象的C++数据结构算法实现与解析》结合存储结構和算法，配合大量的图示对于一些较难理解的算法，还配有文字说明 　　《面向对象的C++数据结构算法实现与解析》适用于}