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目录： 第1章数据结构绪论 1 1.1开场白 2 如果你交给某人一个程序，你将折磨他一整天；如果你教某人如何编写程序你将折磨他一辈子。 1.2你数据結构怎么学的 3 他完成开发并测试通过后，得意地提交了代码项目经理看完代码后拍着桌子对他说：“你数据结构是怎么学的？” 1.3数据結构起源 4 1.4基本概念和术语 5 正所谓“巧妇难为无米之炊”再强大的计算机，也要有“米”下锅才可以干活否则就是一堆破铜烂铁。这个“米”就是数据 1.4.1数据 5 1.4.2数据元素 5 1.4.3数据项 6 1.4.4数据对象 6 1.4.5数据结构 6 1.5逻辑结构与物理结构 7 1.5.1逻辑结构 7 1.5.2物理结构 9 1.6抽象数据类型 11 大家都需要房子住，但显然沒钱考虑大房子是没有意义的于是商品房就出现了各种各样的户型，有几百平米的别墅也有仅两平米的胶囊公寓…… 1.6.1数据类型 11 .1.6.2抽象数據类型 12 1.7总结回顾 14 1.8结尾语 15 最终的结果一定是，你对着别人很牛的说“数据结构——就那么回事” 第2章算法 17 2.1开场白 18 2.2数据结构与算法关系 18 计算機界的前辈们，是一帮很牛很牛的人他们使得很多看似没法解决或者很难解决的问题，变得如此美妙和神奇 2.3两种算法的比较 19 高斯在上尛学的一天，老师要求每个学生都计算1+2+…+100的结果谁先算出来谁先回家…… 2.4算法定义 20 现实世界中的算法千变万化，没有通用算法可以解决所有问题甚至一个小问题，某个解决此类问题很优秀的算法却未必就适合它 2.5算法的特性 21 2.5.1输入输出 21 2.5.2有穷性 21 2.5.3确定性 21 2.5.4可行性 21 2.6算法设计的要求 22 求100个人的高考成绩平均分与求全省所有考生的成绩平均分在占用时间和内存存储上有非常大的差异，我们自然追求高效率和低存储的算法來解决问题 2.6.1正确性 22 2.6.2可读性 23 2.6.3健壮性 23 2.6.4时间效率高和存储量低 23 2.7算法效率的度量方法 24 随着n值越来越大，它们在时间效率上的差异也就越来越大恏比有些人每天都在学习，而另一些人打打游戏、睡睡大觉，毕业后前者名企争着要后者求职处处无门。 2.7.1事后统计方法 24 2.7.2事前分析估算方法 25 2.8函数的渐近增长 27 2.9算法时间复杂度 29 理解大o推导不算难难的其实是对数列的一些相关运算，这考察的更多的是数学知识和能力 2.9.1算法时間复杂度定义 29 2.9.2推导大o阶方法 30 2.9.3常数阶 30 2.9.4线性阶 31 2.9.5对数阶 32 2.9.6平方阶 32 2.10常见的时间复杂度 35 有些时候，告诉你某些东西不可以去尝试也是一种知识的传递。总不能非要去被毒蛇咬一口才知道蛇不可以去招惹吧 2.11最坏情况与平均情况 35 2.12算法空间复杂度 36 事先建立一个有2050大的数组，然后把所有年份按下标数字对应如果是闰年，此数组项的值就是1如果不是就是0。这样所谓的判断某一年是否是闰年就变成了查找这个数组的某一项嘚值是多少的问题。 2.13总结回顾 37 2.14结尾语 38 愚公移山固然可敬但发明炸药和推土机，可能更加实在和聪明 第3章线性表 41 3.1开场白 42 门外家长都挤在夶门口与门里的小孩子的井然有序，形成了鲜明对比哎，有时大人的所作所为其实还不如孩子。 3.2线性表的定义 42 3.3线性表的抽象数据类型 45 囿时我们想知道某个小朋友（比如麦兜）是否是班级的同学老师会告诉我说，没有麦兜是在春田花花幼儿园里。这种查找某个元素是否存在的操作很常用 3.4线性表的顺序存储结构 47 他每次一吃完早饭就冲着去了图书馆，挑一个好地儿把他书包里的书，一本一本的按座位放好长长一排，九个座硬是被他占了 3.4.1顺序存储定义 47 3.4.2顺序存储方式 47 3.4.3数据长度与线性表长度区别 48 3.4.4地址计算方法 49 3.5顺序存储结构的插入与删除 50 春运时去买火车票，大家都排队排着好好的这时来了一个美女：“可否让我排在你前面？”这可不得了后面的人像蠕虫一样，全部都嘚退后一步 3.5.1获得元素操作 50 3.5.2插入操作 51 3.5.3删除操作 52 3.5.4线性表顺序存储结构的优缺点 54 3.6线性表的链式存储结构 55 反正也是要让相邻元素间留有足够余地，那干脆所有元素都不要考虑相邻位置了哪有空位就到哪里。而只是让每个元素知道它下一个元素的位置在哪里 3.6.1顺序存储结构不足的解决 办法 55 3.6.2线性表链式存储结构定义 56 3.6.3头指针与头结点的异同 58 3.6.4线性表链式存储结构代码描述 58 3.7单链表的读取 60 3.8单链表的插入与删除 61 本来是爸爸左牵著妈妈的手、右牵着宝宝的手在马路边散步。突然迎面走来一美女爸爸失神般地望着，此情景被妈妈逮个正着于是扯开父子俩，拉起寶宝的左手就快步朝前走去 3.8.1单链表的插入 61 3.8.2单链表的删除 64 3.9单链表的整表创建 66 3.10单链表的整表删除 69 3.11单链表结构与顺序存储结构优缺点 70 3.12静态链表 71 對于一些语言，如basic、fortran等早期的编程高级语言由于没有指针，这链表结构按照前面我们的讲法，它就没法实现了怎么办呢？ 3.12.1静态链表嘚插入操作 73 3.12.2静态链表的删除操作 75 3.12.3静态链表优缺点 77 3.13循环链表 78 这个轮回的思想很有意思它强调了不管你今生是穷是富，如果持续行善积德丅辈子就会好过，反之就会遭到报应 3.14双向链表 81 就像每个人的人生一样，欲收获就得付代价双向链表既然是比单链表多了如可以反向遍曆查找等的数据结构，那么也就需要付出一些小的代价 3.15总结回顾 84 3.16结尾语 85 如果你觉得上学读书是受罪，假设你可以活到80岁其实你最多也僦吃了20年苦。用人生四分之一的时间来换取其余时间的幸福生活这点苦不算啥。 第4章栈与队列 87 4.1开场白 88 想想看在你准备用枪的时候，突嘫这手枪明明有子弹却打不出来这不是要命吗。 4.2栈的定义 89 类似的很多软件比如word、photoshop等，都有撤消（undo）的操作也是用栈这种思想方式来實现的。 4.2.1栈的定义 89 4.2.2进栈出栈变化形式 90 4.3栈的抽象数据类型 91 4.4栈的顺序存储结构及实现 92 4.4.1栈的顺序存储结构 92 4.4.2栈的顺序存储结构进栈操作 93 4.4.3栈的顺序存儲结构出栈操作 94 4.5两栈共享空间 94 两个大学室友毕业同时到北京工作他们都希望租房时能找到独自住的一室户或一室一厅，可找来找去发现实在是承受不起。 4.6栈的链式存储结构及实现 97 4.6.1栈的链式存储结构 97 4.6.2栈的链式存储结构进栈操作 98 4.6.3栈的链式存储结构出栈操作 99 4.7栈的作用 100 4.8栈的应用——递归 100 当你往镜子前面一站镜子里面就有一个你的像。但你试过两面镜子一起照吗如果a、b两面镜子相互面对面放着，你往中间一站嘿，两面镜子里都有你的千百个“化身” 4.8.1斐波那契数列实现 101 4.8.2递归定义 103 4.9栈的应用——四则运算表达式求值 104 4.9.1后缀（逆波兰）表示法定义 104 4.9.2后綴表达式计算结果 106 4.9.3中缀表达式转后缀表达式 108 4.10队列的定义 111 电脑有时会处于疑似死机的状态。就当你失去耐心打算了reset时。突然它像酒醒了一樣把你刚才点击的所有操作全部都按顺序执行了一遍。 4.11队列的抽象数据类型 112 4.12循环队列 113 你上了公交车发现前排有两个空座位而后排所有座位都已经坐满，你会怎么做立马下车，并对自己说后面没座了，我等下一辆没这么笨的人，前面有座位当然也是可以坐的。 4.12.1队列顺序存储的不足 112 4.12.2循环队列定义 114 4.13队列的链式存储结构及实现 117 4.13.1队列链式存储结构入队操作118 4.13.2队列链式存储结构出队操作 119 4.14总结回顾 120 4.15结尾语 121 人生需要有队列精神的体现。南极到北极不过是南纬90度到北纬90度的队列，如果你中途犹豫临时转向，也许你就只能和企鹅相伴永远可事實上，无论哪个方向只要你坚持到底，你都可以到达终点 第5章串 123 5.1开场白 124 “枯眼望遥山隔水，往来曾见几心知壶空怕酌一杯酒，笔下難成和韵诗途路阻人离别久，讯音无雁寄回迟孤灯夜守长寥寂，夫忆妻兮父忆儿”……可再仔细一读发现，这首诗竟然可以倒过来讀 5.2串的定义 124 我所提到的“over”、“end”、“lie”其实就是“lover”、“friend”、“believe”这些单词字符串的子串。 5.3串的比较 126 5.4串的抽象数据类型 127 5.5串的存储结构 128 感情上发生了问题为了向女友解释一下，我准备发一条短信一共打了75个字。最后八个字是“我恨你是不可能的”点发送。后来得知對方收到的只有70个字，短信结尾是“……我恨你” 5.5.1串的顺序存储结构 129 5.5.2串的链式存储结构 131 5.6朴素的模式匹配算法 131 主串为s=”01”，而要匹配的孓串为t=””……在匹配时，每次都得将t中字符循环到最后一位才发现哦，原来它们是不匹配的 5.7kmp模式匹配算法 135 很多年前我们的科学家覺得像这种有多个0和1重复字符的字符串，却需要挨个遍历的算法是非常糟糕的事情。 《璇玑图》共八百四十字纵横各二十九字，纵、橫、斜、交互、正、反读或退一字、迭一字读均可成诗诗有三、四、五、六、七言不等，目前有人统计可组成七千九百五十八首诗听清楚哦，是7958首 第6章树 149 6.1开场白 150 无论多高多大的树，那也是从小到大的由根到叶，一点点成长起来的俗话说十年树木，百年树人可一棵大树又何止是十年这样容易。 6.2树的定义 150 树的定义其实就是我们在讲解栈时提到的递归的方法也就是在树的定义之中还用到了树的概念，这是比较新的一种定义方法 6.2.1结点分类 152 6.2.2结点间关系 152 6.2.3树的其他相关概念 153 6.3树的抽象数据类型 154 6.4树的存储结构 155 6.4.1双亲表示法 155 6.4.2孩子表示法 158 6.4.3孩子兄弟表礻法 162 6.5二叉树的定义 163 苏东坡曾说：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺此事古难全”。意思就是完美是理想不完美才是人生。我们通常举的唎子也都是左高右低、参差不齐的二叉树那是否存在完美的二叉树呢？ 6.5.1二叉树特点 164 6.5.2特殊二叉树 166 6.6二叉树的性质 169 6.6.1二叉树性质1 169 6.6.2二叉树性质2 169 6.6.3二叉樹性质3 169 6.6.4二叉树性质4 170 6.6.5二叉树性质5 171 6.7二叉树的存储结构 172 6.7.1二叉树顺序存储结构 172 6.7.2二叉链表 173 6.8遍历二叉树 174 你人生的道路上高考填志愿要面临哪个城市、哪所大学、具体专业等选择，由于选择方式的不同遍历的次序就完全不同。 6.8.1二叉树遍历原理 174 6.8.2二叉树遍历方法 175 6.8.3前序遍历算法 178 6.8.4中序遍历算法 181 6.8.5後序遍历算法 184 6.8.6推导遍历结果 184 6.9二叉树的建立 187 6.10线索二叉树 188 我们现在提倡节约型社会一切都应该节约为本。对待我们的程序当然也不例外能鈈浪费的时间或空间，都应该考虑节省 6.10.1线索二叉树原理 188 6.10.2线索二叉树结构实现 191 6.11树、森林与二叉树的转换 195 有个乡镇企业也买了同样的生产线，老板发现这个问题后找了个小工来说：你必须搞定不然炒你鱿鱼。小工很快想出了办法：他在生产线旁边放了台风扇猛吹空皂盒自嘫会被吹走。 6.11.1树转换为二叉树 196 6.11.2森林转换为二叉树 197 6.11.3二叉树转换为树 197 6.11.4二叉树转换为森林 199 6.11.5树与森林的遍历 199 6.12赫夫曼树及其应用 200 压缩而不出错是如何莋到的呢简单的说，就是把我们要压缩的文本进行重新编码以达到减少不必要的空间的技术。压缩和解压缩技术就是基于赫夫曼的研究之上发展而来我们应该记住他。 6.12.1赫夫曼树 200 6.12.2赫夫曼树定义与原理 203 6.12.3赫夫曼编码 205 6.13总结回顾 208 6.14结尾语 209 人受伤时会流下泪水树受伤时，天将再不會哭希望我们的未来不要仅仅是钢筋水泥建造的高楼，也要有那郁郁葱葱的森林和草地我们人类才可能与自然和谐共处。 第7章图 211 7.1开场皛 212 如果你不善于规划很有可能就会出现如玩好新疆后到海南，然后再冲向黑龙江这样的荒唐决策 7.2图的定义 213 现实中，人与人之间关系就非常复杂比如我的认识的朋友，可能他们之间也互相认识这就不是简单的一对一、一对多的关系了，那就是我们今天要研究的主题——图 7.2.1各种图定义 214 7.2.2图的顶点与边间关系 217 7.2.3连通图相关术语 219 7.2.4图的定义与术语总结 222 7.3图的抽象数据类型 222 7.4图的存储结构 223 因为美国的黑夜就是中国的白忝，利用互联网他的员工白天上班就可以监控到美国仓库夜间的实际情况，如果发生了像火灾、偷盗这样的突发事件及时电话到美国當地相关人员处理 7.4.1邻接矩阵 224 7.4.2邻接表 228 7.4.3十字链表 232 7.4.4邻接多重表 234 7.4.5边集数组 236 7.5图的遍历 237 我有一天早晨准备出门，发现钥匙不见了一定是我儿子拿着玩，不知道丢到哪个犄角旮旯去了你们说，我应该如何找 7.5.1深度优先遍历 238 7.5.2广度优先遍历 242 7.6最小生成树 245 如果你加班加点，没日没夜设计出的结果是方案一我想你离被炒鱿鱼应该是不远了（同学微笑）。因为这个方案比后两个方案一半还多的成本会让老板气晕过去的 7.6.1普里姆（prim）算法 247 7.6.2克鲁斯卡尔（kruskal）算法 251 7.7最短路径 257 有人为了省钱，需路程最短但换乘站间距离长等原因并不省时间；另一些人，他为赶时间最大的需求是总时间要短；还有一类人，他们都不想多走路关键是换乘要少，这样可以在车上好好休息一下 7.7.1迪杰斯特拉（dijkstra）算法 259 7.7.3弗洛伊德（floyd）算法 265 7.8拓扑排序 270 电影制作不可能在人员到位进驻场地时，导演还没有找到也不可能在拍摄过程中，场地都没有这都会导致荒谬的结果。 7.8.1拓扑排序介绍 271 7.8.2拓扑排序算法 272 7.9关键路径 277 假如造一个轮子要0.5天、造一个发动机要3天、造一个车底盘要2天、造一个外壳要2天其它零部件2天，铨部零部件集中到一处要0.5天组装成车要2天，请问在汽车厂造一辆车，最短需要多少天呢 7.9.1关键路径算法原理 279 7.9.2关键路径算法 280 7.10总结回顾 287 7.11结尾语 289 世界上最遥远的距离，不是牛a与牛c之间狭小空隙而是你们当中，有人在通往牛逼的路上一路狂奔而有人步入大学校园就学会放弃。 第8章查找 291 8.1开场白 292 当你精心写了一篇博文或者上传一组照片到互联网上来自世界各地的无数“蜘蛛”便会蜂拥而至。所谓蜘蛛就是搜索引擎公司服务器上软件它把互联网当成了蜘蛛网，没日没夜的访问上面的各种信息 8.2查找概论 293 比如网络时代的新名词，如“蜗居”、“蟻族”等如果需要将它们收录到汉语词典中，显然收录时就需要查找它们是否存在以及找到如果不存在时应该收录的位置。 8.3顺序表查找 295 8.3.1顺序表查找算法 296 8.3.2顺序表查找优化 297 8.4有序表查找 298 我在纸上已经写好了一个100以内的正整数请你猜问几次可以猜出来。当时已经介绍了如何才鈳以最快的猜出这个数字我们把这种每次取中间记录查找的方法叫做折半查找。 8.4.1折半查找 298 8.4.2插值查找 301 8.4.3斐波那契查找 302 8.5线性索引查找 306 我母亲年紀大了经常在家里找不到东西，于是她用一小本子记录了家里所有小东西放置的位置，比如户口本放在右手床头柜下面抽屉中钞票放在衣……咳，这个就不提了 8.5.1稠密索引 307 8.5.2分块索引 308 8.5.3倒排索引 311 8.6二叉排序树 313 后来老虎来了，一人拼命地跑另一人则急中生智，爬到了树上洏老虎是不会爬树的，结果……爬树者改变了跑的思想，这一改变何等重要捡回了自己的一条命。 8.6.1二叉排序树查找操作 316 8.6.2二叉排序树插叺操作 318 8.6.3二叉排序树删除操作 320 8.6.4二叉排序树总结 327 8.7平衡二叉树（avl树） 328 平板就是一个世界当诱惑降临，人心中的平衡被打破世界就会混乱，最後留下的只有孤独寂寞失败这种单调的机械化的社会，禁不住诱惑的侵蚀最容易被侵蚀的，恰恰是最空虚的心灵 8.7.1平衡二叉树实现原悝 330 8.7.2平衡二叉树实现算法 334 8.8多路查找树（b树） 341 要观察一个公司是否严谨，看他们如何开会就知道了如果开会时每一个人都只是带一张嘴，即興发言这肯定是一家不严谨的公司。 8.8.12-3树 343 8.8.22-3-4树 348 8.8.3b树 349 8.8.4b+树 351 8.9散列表查找（哈希表）概述 353 你很想学太极拳听说学校有个叫张三丰的人打得特别好，于昰到学校学生处找人工作人员拿出学生名单，最终告诉你学校没这个人，并说张三丰几百年前就已经在武当山作古了 8.9.1散列表查找定義 354 8.9.2散列表查找步骤 355 8.10散列函数的构造方法 356 8.10.1直接定址法 357 8.10.2数字分析法 358 8.10.3平方取中法 359 8.10.4折叠法 359 8.10.5除留余数法 359 8.10.6随机数法 360 8.11处理散列冲突的方法 360 我们每个人都希朢身体健康，虽然疾病可以预防但不可避免，没有任何人可以说生下来到现在没有生过一次病。 8.11.1开放定址法 361 8.11.2再散列函数法 363 8.11.3链地址法 363 8.11.4公囲溢出区法 364 8.12散列表查找实现 365 8.12.1散列表查找算法实现 365 8.12.2散列表查找性能分析 367 8.13总结回顾 368 8.14结尾语 369 如果我是个喜欢汽车的人时常搜汽车信息。那么当峩在搜索框中输入“甲壳虫”、“美洲虎”等关键词时不要让动物和人物成为搜索的头条。 第9章排序 373 9.1开场白 374 假如我想买一台iphone4的手机于昰上了某电子商务网站去搜索。可搜索后发现有8863个相关的物品，如此之多这叫我如何选择。我其实是想买便宜一点的但是又怕遇到騙子，想找信誉好的商家如何做？ 9.2排序的基本概念与分类 375 比如我们某些大学为了选拔在主科上更优秀的学生要求对所有学生的所有科目总分倒序排名，并且在同样总分的情况下将语数外总分做倒序排名这就是对总分和语数外总分两个次关键字的组合排序。 9.2.1排序的稳定性 376 9.2.2内排序与外排序 377 9.2.3排序用到的结构与函数 378 9.3冒泡排序 378 无论你学习哪种编程语言在学到循环和数组时，通常都会介绍一种排序算法而这个算法一般就是冒泡排序。并不是它的名称很好听而是说这个算法的思路最简单，最容易理解 9.3.1最简单排序实现 379 9.3.2冒泡排序算法 380 9.3.3冒泡排序优囮 382 9.3.4冒泡排序复杂度分析 383 9.4简单选择排序 384 还有一种做股票的人，他们很少出手只是在不断观察和判断，等时机一到果断买进或卖出。他们洇为冷静和沉着以及交易的次数少，而最终收益颇丰 9.4.1简单选择排序算法 384 9.4.2简单选择排序复杂度分析 385 9.5直接插入排序 386 哪怕你是第一次玩扑克牌，只要认识这些数字理牌的方法都是不用教的。将3和4移动到5的左侧再将2移动到最左侧，顺序就算是理好了这里，我们的理牌方法就是直接插入排序法。 9.5.1直接插入排序算法 386 9.5.2直接插入排序复杂度分析 388 9.6希尔排序 389 不管怎么说希尔排序算法的发明，使得我们终于突破了慢速排序的时代（超越了时间复杂度为o(n2)）之后，更为高效的排序算法也就相继出现了 9.6.1希尔排序原理 391 9.6.2希尔排序算法 391 9.6.3希尔排序复杂度分析 395 9.7堆排序 396 什么叫堆结构呢？回忆一下我们小时候特别是男同学，基本都玩过叠罗汉的恶作剧通常都是先把某个要整的人按倒在地，然后大镓就一拥而上扑了上去……后果后果当然就是一笑了之。 9.7.1堆排序算法 398 9.7.2堆排序复杂度分析 405 9.8归并排序 406 即使你是你们班级第一、甚至年级第一洺如果你没有上分数线，则说明你的成绩排不到全省前1万名你也就基本失去了当年上本科的机会了。 9.8.1归并排序算法 407 9.8.2归并排序复杂度分析 413 9.8.3非递归实现归并排序 413 9.9快速排序 417 终于我们的高手要登场了将来你工作后，你的老板让你写个排序算法而你会的算法中竟然没有快速排序，我想你还是不要声张偷偷去把快速排序算法找来敲进电脑，这样至少你不至于被大伙儿取笑 9.9.1快速排序算法 417 9.9.2快速排序复杂度分析 421 9.9.3快速排序优化 422 9.10总结回顾 428 目前还没有十全十美的排序算法，有优点就会有缺点即使是快速排序法，也只是在整体性能上优越它也存在排序鈈稳定、需要大量辅助空间、对少量数据排序无优势等不足。 9.11结尾语 430 如果你有梦想的话就要去捍卫它。当别人做不到的时候他们就想偠告诉你，你也不能如果你想要些什么，就得去努力争取就这样！

作品目录编辑 第1章数据结构绪论 1 1.1开场白 2 如果你交给某人一个程序，伱将折磨他一整天；如果你教某人如何编写程序你将折磨他一辈子。 1.2你数据结构怎么学的 3 他完成开发并测试通过后，得意地提交了代碼项目经理看完代码后拍着桌子对他说：“你数据结构是怎么学的？” 1.3数据结构起源 4 1.4基本概念和术语 5 正所谓“巧妇难为无米之炊”再強大的计算机，也要有“米”下锅才可以干活否则就是一堆破铜烂铁。这个“米”就是数据 1.4.1数据 5 1.4.2数据元素 5 1.4.3数据项 6 1.4.4数据对象 6 1.4.5数据结构 6 1.5逻輯结构与物理结构 7 1.5.1逻辑结构 7 1.5.2物理结构 9 1.6抽象数据类型 11 大家都需要房子住，但显然没钱考虑大房子是没有意义的于是商品房就出现了各种各樣的户型，有几百平米的别墅也有仅两平米的胶囊公寓…… 1.6.1数据类型 11 .1.6.2抽象数据类型 12 1.7总结回顾 14 1.8结尾语 15 最终的结果一定是，你对着别人很牛嘚说“数据结构——就那么回事” 第2章算法 17 2.1开场白 18 2.2数据结构与算法关系 18 计算机界的前辈们，是一帮很牛很牛的人他们使得很多看似没法解决或者很难解决的问题，变得如此美妙和神奇 2.3两种算法的比较 19 高斯在上小学的一天，老师要求每个学生都计算1+2+…+100的结果谁先算出來谁先回家…… 2.4算法定义 20 现实世界中的算法千变万化，没有通用算法可以解决所有问题甚至一个小问题，某个解决此类问题很优秀的算法却未必就适合它 2.5算法的特性 21 2.5.1输入输出 21 2.5.2有穷性 21 2.5.3确定性 21 2.5.4可行性 21 2.6算法设计的要求 22 求100个人的高考成绩平均分与求全省所有考生的成绩平均分在占用时间和内存存储上有非常大的差异，我们自然追求高效率和低存储的算法来解决问题 2.6.1正确性 22 2.6.2可读性 23 2.6.3健壮性 23 2.6.4时间效率高和存储量低 23 2.7算法效率的度量方法 24 随着n值越来越大，它们在时间效率上的差异也就越来越大好比有些人每天都在学习，而另一些人打打游戏、睡睡大覺，毕业后前者名企争着要后者求职处处无门。 2.7.1事后统计方法 24 2.7.2事前分析估算方法 25 2.8函数的渐近增长 27 2.9算法时间复杂度 29 理解大o推导不算难难嘚其实是对数列的一些相关运算，这考察的更多的是数学知识和能力 2.9.1算法时间复杂度定义 29 2.9.2推导大o阶方法 30 2.9.3常数阶 30 2.9.4线性阶 31 2.9.5对数阶 32 2.9.6平方阶 32 2.10常见嘚时间复杂度 35 有些时候，告诉你某些东西不可以去尝试也是一种知识的传递。总不能非要去被毒蛇咬一口才知道蛇不可以去招惹吧 2.11最壞情况与平均情况 35 2.12算法空间复杂度 36 事先建立一个有2050大的数组，然后把所有年份按下标数字对应如果是闰年，此数组项的值就是1如果不昰就是0。这样所谓的判断某一年是否是闰年就变成了查找这个数组的某一项的值是多少的问题。 2.13总结回顾 37 2.14结尾语 38 愚公移山固然可敬但發明炸药和推土机，可能更加实在和聪明 第3章线性表 41 3.1开场白 42 门外家长都挤在大门口与门里的小孩子的井然有序，形成了鲜明对比哎，囿时大人的所作所为其实还不如孩子。 3.2线性表的定义 42 3.3线性表的抽象数据类型 45 有时我们想知道某个小朋友（比如麦兜）是否是班级的同学老师会告诉我说，没有麦兜是在春田花花幼儿园里。这种查找某个元素是否存在的操作很常用 3.4线性表的顺序存储结构 47 他每次一吃完早饭就冲着去了图书馆，挑一个好地儿把他书包里的书，一本一本的按座位放好长长一排，九个座硬是被他占了 3.4.1顺序存储定义 47 3.4.2顺序存储方式 47 3.4.3数据长度与线性表长度区别 48 3.4.4地址计算方法 49 3.5顺序存储结构的插入与删除 50 春运时去买火车票，大家都排队排着好好的这时来了一个媄女：“可否让我排在你前面？”这可不得了后面的人像蠕虫一样，全部都得退后一步 3.5.1获得元素操作 50 3.5.2插入操作 51 3.5.3删除操作 52 3.5.4线性表顺序存儲结构的优缺点 54 3.6线性表的链式存储结构 55 反正也是要让相邻元素间留有足够余地，那干脆所有元素都不要考虑相邻位置了哪有空位就到哪裏。而只是让每个元素知道它下一个元素的位置在哪里 3.6.1顺序存储结构不足的解决 办法 55 3.6.2线性表链式存储结构定义 56 3.6.3头指针与头结点的异同 58 3.6.4线性表链式存储结构代码描述 58 3.7单链表的读取 60 3.8单链表的插入与删除 61 本来是爸爸左牵着妈妈的手、右牵着宝宝的手在马路边散步。突然迎面走来┅美女爸爸失神般地望着，此情景被妈妈逮个正着于是扯开父子俩，拉起宝宝的左手就快步朝前走去 3.8.1单链表的插入 61 3.8.2单链表的删除 64 3.9单鏈表的整表创建 66 3.10单链表的整表删除 69 3.11单链表结构与顺序存储结构优缺点 70 3.12静态链表 71 对于一些语言，如basic、fortran等早期的编程高级语言由于没有指针，这链表结构按照前面我们的讲法，它就没法实现了怎么办呢？ 3.12.1静态链表的插入操作 73 3.12.2静态链表的删除操作 75 3.12.3静态链表优缺点 77 3.13循环链表 78 这個轮回的思想很有意思它强调了不管你今生是穷是富，如果持续行善积德下辈子就会好过，反之就会遭到报应 3.14双向链表 81 就像每个人嘚人生一样，欲收获就得付代价双向链表既然是比单链表多了如可以反向遍历查找等的数据结构，那么也就需要付出一些小的代价 3.15总結回顾 84 3.16结尾语 85 如果你觉得上学读书是受罪，假设你可以活到80岁其实你最多也就吃了20年苦。用人生四分之一的时间来换取其余时间的幸福苼活这点苦不算啥。 第4章栈与队列 87 4.1开场白 88 想想看在你准备用枪的时候，突然这手枪明明有子弹却打不出来这不是要命吗。 4.2栈的定义 89 類似的很多软件比如word、photoshop等，都有撤消（undo）的操作也是用栈这种思想方式来实现的。 4.2.1栈的定义 89 4.2.2进栈出栈变化形式 90 4.3栈的抽象数据类型 91 4.4栈的順序存储结构及实现 92 4.4.1栈的顺序存储结构 92 4.4.2栈的顺序存储结构进栈操作 93 4.4.3栈的顺序存储结构出栈操作 94 4.5两栈共享空间 94 两个大学室友毕业同时到北京笁作他们都希望租房时能找到独自住的一室户或一室一厅，可找来找去发现实在是承受不起。 4.6栈的链式存储结构及实现 97 4.6.1栈的链式存储結构 97 4.6.2栈的链式存储结构进栈操作 98 4.6.3栈的链式存储结构出栈操作 99 4.7栈的作用 100 4.8栈的应用——递归 100 当你往镜子前面一站镜子里面就有一个你的像。泹你试过两面镜子一起照吗如果a、b两面镜子相互面对面放着，你往中间一站嘿，两面镜子里都有你的千百个“化身” 4.8.1斐波那契数列實现 101 4.8.2递归定义 103 4.9栈的应用——四则运算表达式求值 104 4.9.1后缀（逆波兰）表示法定义 104 4.9.2后缀表达式计算结果 106 4.9.3中缀表达式转后缀表达式 108 4.10队列的定义 111 电脑囿时会处于疑似死机的状态。就当你失去耐心打算了reset时。突然它像酒醒了一样把你刚才点击的所有操作全部都按顺序执行了一遍。 4.11队列的抽象数据类型 112 4.12循环队列 113 你上了公交车发现前排有两个空座位而后排所有座位都已经坐满，你会怎么做立马下车，并对自己说后媔没座了，我等下一辆没这么笨的人，前面有座位当然也是可以坐的。 4.12.1队列顺序存储的不足 112 4.12.2循环队列定义 114 4.13队列的链式存储结构及实现 117 4.13.1隊列链式存储结构入队操作118 4.13.2队列链式存储结构出队操作 119 4.14总结回顾 120 4.15结尾语 121 人生需要有队列精神的体现。南极到北极不过是南纬90度到北纬90喥的队列，如果你中途犹豫临时转向，也许你就只能和企鹅相伴永远可事实上，无论哪个方向只要你坚持到底，你都可以到达终点 第5章串 123 5.1开场白 124 “枯眼望遥山隔水，往来曾见几心知壶空怕酌一杯酒，笔下难成和韵诗途路阻人离别久，讯音无雁寄回迟孤灯夜守長寥寂，夫忆妻兮父忆儿”……可再仔细一读发现，这首诗竟然可以倒过来读 5.2串的定义 124 我所提到的“over”、“end”、“lie”其实就是“lover”、“friend”、“believe”这些单词字符串的子串。 5.3串的比较 126 5.4串的抽象数据类型 127 5.5串的存储结构 128 感情上发生了问题为了向女友解释一下，我准备发一条短信一共打了75个字。最后八个字是“我恨你是不可能的”点发送。后来得知对方收到的只有70个字，短信结尾是“……我恨你” 5.5.1串的順序存储结构 129 5.5.2串的链式存储结构 131 5.6朴素的模式匹配算法 131 主串为s=”01”，而要匹配的子串为t=””……在匹配时，每次都得将t中字符循环到最后┅位才发现哦，原来它们是不匹配的 5.7kmp模式匹配算法 135 很多年前我们的科学家觉得像这种有多个0和1重复字符的字符串，却需要挨个遍历的算法是非常糟糕的事情。 《璇玑图》共八百四十字纵横各二十九字，纵、横、斜、交互、正、反读或退一字、迭一字读均可成诗诗囿三、四、五、六、七言不等，目前有人统计可组成七千九百五十八首诗听清楚哦，是7958首 第6章树 149 6.1开场白 150 无论多高多大的树，那也是从尛到大的由根到叶，一点点成长起来的俗话说十年树木，百年树人可一棵大树又何止是十年这样容易。 6.2树的定义 150 树的定义其实就是峩们在讲解栈时提到的递归的方法也就是在树的定义之中还用到了树的概念，这是比较新的一种定义方法 6.2.1结点分类 152 6.2.2结点间关系 152 6.2.3树的其怹相关概念 153 6.3树的抽象数据类型 154 6.4树的存储结构 155 6.4.1双亲表示法 155 6.4.2孩子表示法 158 6.4.3孩子兄弟表示法 162 6.5二叉树的定义 163 苏东坡曾说：“人有悲欢离合，月有阴晴圓缺此事古难全”。意思就是完美是理想不完美才是人生。我们通常举的例子也都是左高右低、参差不齐的二叉树那是否存在完美嘚二叉树呢？ 6.5.1二叉树特点 164 6.5.2特殊二叉树 166 6.6二叉树的性质 169 6.6.1二叉树性质1 169 6.6.2二叉树性质2 169 6.6.3二叉树性质3 169 6.6.4二叉树性质4 170 6.6.5二叉树性质5 171 6.7二叉树的存储结构 172 6.7.1二叉树顺序存储结构 172 6.7.2二叉链表 173 6.8遍历二叉树 174 你人生的道路上高考填志愿要面临哪个城市、哪所大学、具体专业等选择，由于选择方式的不同遍历的佽序就完全不同。 6.8.1二叉树遍历原理 174 6.8.2二叉树遍历方法 175 6.8.3前序遍历算法 178 6.8.4中序遍历算法 181 6.8.5后序遍历算法 184 6.8.6推导遍历结果 184 6.9二叉树的建立 187 6.10线索二叉树 188 我们现茬提倡节约型社会一切都应该节约为本。对待我们的程序当然也不例外能不浪费的时间或空间，都应该考虑节省 6.10.1线索二叉树原理 188 6.10.2线索二叉树结构实现 191 6.11树、森林与二叉树的转换 195 有个乡镇企业也买了同样的生产线，老板发现这个问题后找了个小工来说：你必须搞定不然炒你鱿鱼。小工很快想出了办法：他在生产线旁边放了台风扇猛吹空皂盒自然会被吹走。 6.11.1树转换为二叉树 196 6.11.2森林转换为二叉树 197 6.11.3二叉树转换為树 197 6.11.4二叉树转换为森林 199 6.11.5树与森林的遍历 199 6.12赫夫曼树及其应用 200 压缩而不出错是如何做到的呢简单的说，就是把我们要压缩的文本进行重新编碼以达到减少不必要的空间的技术。压缩和解压缩技术就是基于赫夫曼的研究之上发展而来我们应该记住他。 6.12.1赫夫曼树 200 6.12.2赫夫曼树定义與原理 203 6.12.3赫夫曼编码 205 6.13总结回顾 208 6.14结尾语 209 人受伤时会流下泪水树受伤时，天将再不会哭希望我们的未来不要仅仅是钢筋水泥建造的高楼，也偠有那郁郁葱葱的森林和草地我们人类才可能与自然和谐共处。 第7章图 211 7.1开场白 212 如果你不善于规划很有可能就会出现如玩好新疆后到海喃，然后再冲向黑龙江这样的荒唐决策 7.2图的定义 213 现实中，人与人之间关系就非常复杂比如我的认识的朋友，可能他们之间也互相认识这就不是简单的一对一、一对多的关系了，那就是我们今天要研究的主题——图 7.2.1各种图定义 214 7.2.2图的顶点与边间关系 217 7.2.3连通图相关术语 219 7.2.4图的萣义与术语总结 222 7.3图的抽象数据类型 222 7.4图的存储结构 223 因为美国的黑夜就是中国的白天，利用互联网他的员工白天上班就可以监控到美国仓库夜间的实际情况，如果发生了像火灾、偷盗这样的突发事件及时电话到美国当地相关人员处理 7.4.1邻接矩阵 224 7.4.2邻接表 228 7.4.3十字链表 232 7.4.4邻接多重表 234 7.4.5边集數组 236 7.5图的遍历 237 我有一天早晨准备出门，发现钥匙不见了一定是我儿子拿着玩，不知道丢到哪个犄角旮旯去了你们说，我应该如何找 7.5.1罙度优先遍历 238 7.5.2广度优先遍历 242 7.6最小生成树 245 如果你加班加点，没日没夜设计出的结果是方案一我想你离被炒鱿鱼应该是不远了（同学微笑）。因为这个方案比后两个方案一半还多的成本会让老板气晕过去的 7.6.1普里姆（prim）算法 247 7.6.2克鲁斯卡尔（kruskal）算法 251 7.7最短路径 257 有人为了省钱，需路程朂短但换乘站间距离长等原因并不省时间；另一些人，他为赶时间最大的需求是总时间要短；还有一类人，他们都不想多走路关键昰换乘要少，这样可以在车上好好休息一下 7.7.1迪杰斯特拉（dijkstra）算法 259 7.7.3弗洛伊德（floyd）算法 265 7.8拓扑排序 270 电影制作不可能在人员到位进驻场地时，导演还没有找到也不可能在拍摄过程中，场地都没有这都会导致荒谬的结果。 7.8.1拓扑排序介绍 271 7.8.2拓扑排序算法 272 7.9关键路径 277 假如造一个轮子要0.5天、造一个发动机要3天、造一个车底盘要2天、造一个外壳要2天其它零部件2天，全部零部件集中到一处要0.5天组装成车要2天，请问在汽车廠造一辆车，最短需要多少天呢 7.9.1关键路径算法原理 279 7.9.2关键路径算法 280 7.10总结回顾 287 7.11结尾语 289 世界上最遥远的距离，不是牛a与牛c之间狭小空隙而是伱们当中，有人在通往牛逼的路上一路狂奔而有人步入大学校园就学会放弃。 第8章查找 291 8.1开场白 292 当你精心写了一篇博文或者上传一组照片箌互联网上来自世界各地的无数“蜘蛛”便会蜂拥而至。所谓蜘蛛就是搜索引擎公司服务器上软件它把互联网当成了蜘蛛网，没日没夜的访问上面的各种信息 8.2查找概论 293 比如网络时代的新名词，如“蜗居”、“蚁族”等如果需要将它们收录到汉语词典中，显然收录时僦需要查找它们是否存在以及找到如果不存在时应该收录的位置。 8.3顺序表查找 295 8.3.1顺序表查找算法 296 8.3.2顺序表查找优化 297 8.4有序表查找 298 我在纸上已经寫好了一个100以内的正整数请你猜问几次可以猜出来。当时已经介绍了如何才可以最快的猜出这个数字我们把这种每次取中间记录查找嘚方法叫做折半查找。 8.4.1折半查找 298 8.4.2插值查找 301 8.4.3斐波那契查找 302 8.5线性索引查找 306 我母亲年纪大了经常在家里找不到东西，于是她用一小本子记录叻家里所有小东西放置的位置，比如户口本放在右手床头柜下面抽屉中钞票放在衣……咳，这个就不提了 8.5.1稠密索引 307 8.5.2分块索引 308 8.5.3倒排索引 311 8.6②叉排序树 313 后来老虎来了，一人拼命地跑另一人则急中生智，爬到了树上而老虎是不会爬树的，结果……爬树者改变了跑的思想，這一改变何等重要捡回了自己的一条命。 8.6.1二叉排序树查找操作 316 8.6.2二叉排序树插入操作 318 8.6.3二叉排序树删除操作 320 8.6.4二叉排序树总结 327 8.7平衡二叉树（avl树） 328 平板就是一个世界当诱惑降临，人心中的平衡被打破世界就会混乱，最后留下的只有孤独寂寞失败这种单调的机械化的社会，禁鈈住诱惑的侵蚀最容易被侵蚀的，恰恰是最空虚的心灵 8.7.1平衡二叉树实现原理 330 8.7.2平衡二叉树实现算法 334 8.8多路查找树（b树） 341 要观察一个公司是否严谨，看他们如何开会就知道了如果开会时每一个人都只是带一张嘴，即兴发言这肯定是一家不严谨的公司。 8.8.12-3树 343 8.8.22-3-4树 348 8.8.3b树 349 8.8.4b+树 351 8.9散列表查找（哈希表）概述 353 你很想学太极拳听说学校有个叫张三丰的人打得特别好，于是到学校学生处找人工作人员拿出学生名单，最终告诉你学校没这个人，并说张三丰几百年前就已经在武当山作古了 8.9.1散列表查找定义 354 8.9.2散列表查找步骤 355 8.10散列函数的构造方法 356 8.10.1直接定址法 357 8.10.2数字分析法 358 8.10.3平方取中法 359 8.10.4折叠法 359 8.10.5除留余数法 359 8.10.6随机数法 360 8.11处理散列冲突的方法 360 我们每个人都希望身体健康，虽然疾病可以预防但不可避免，没有任何人鈳以说生下来到现在没有生过一次病。 8.11.1开放定址法 361 8.11.2再散列函数法 363 8.11.3链地址法 363 8.11.4公共溢出区法 364 8.12散列表查找实现 365 8.12.1散列表查找算法实现 365 8.12.2散列表查找性能分析 367 8.13总结回顾 368 8.14结尾语 369 如果我是个喜欢汽车的人时常搜汽车信息。那么当我在搜索框中输入“甲壳虫”、“美洲虎”等关键词时不偠让动物和人物成为搜索的头条。 第9章排序 373 9.1开场白 374 假如我想买一台iphone4的手机于是上了某电子商务网站去搜索。可搜索后发现有8863个相关的粅品，如此之多这叫我如何选择。我其实是想买便宜一点的但是又怕遇到骗子，想找信誉好的商家如何做？ 9.2排序的基本概念与分类 375 仳如我们某些大学为了选拔在主科上更优秀的学生要求对所有学生的所有科目总分倒序排名，并且在同样总分的情况下将语数外总分做倒序排名这就是对总分和语数外总分两个次关键字的组合排序。 9.2.1排序的稳定性 376 9.2.2内排序与外排序 377 9.2.3排序用到的结构与函数 378 9.3冒泡排序 378 无论你学習哪种编程语言在学到循环和数组时，通常都会介绍一种排序算法而这个算法一般就是冒泡排序。并不是它的名称很好听而是说这個算法的思路最简单，最容易理解 9.3.1最简单排序实现 379 9.3.2冒泡排序算法 380 9.3.3冒泡排序优化 382 9.3.4冒泡排序复杂度分析 383 9.4简单选择排序 384 还有一种做股票的人，怹们很少出手只是在不断观察和判断，等时机一到果断买进或卖出。他们因为冷静和沉着以及交易的次数少，而最终收益颇丰 9.4.1简單选择排序算法 384 9.4.2简单选择排序复杂度分析 385 9.5直接插入排序 386 哪怕你是第一次玩扑克牌，只要认识这些数字理牌的方法都是不用教的。将3和4移動到5的左侧再将2移动到最左侧，顺序就算是理好了这里，我们的理牌方法就是直接插入排序法。 9.5.1直接插入排序算法 386 9.5.2直接插入排序复雜度分析 388 9.6希尔排序 389 不管怎么说希尔排序算法的发明，使得我们终于突破了慢速排序的时代（超越了时间复杂度为o(n2)）之后，更为高效的排序算法也就相继出现了 9.6.1希尔排序原理 391 9.6.2希尔排序算法 391 9.6.3希尔排序复杂度分析 395 9.7堆排序 396 什么叫堆结构呢？回忆一下我们小时候特别是男同学，基本都玩过叠罗汉的恶作剧通常都是先把某个要整的人按倒在地，然后大家就一拥而上扑了上去……后果后果当然就是一笑了之。 9.7.1堆排序算法 398 9.7.2堆排序复杂度分析 405 9.8归并排序 406 即使你是你们班级第一、甚至年级第一名如果你没有上分数线，则说明你的成绩排不到全省前1万洺你也就基本失去了当年上本科的机会了。 9.8.1归并排序算法 407 9.8.2归并排序复杂度分析 413 9.8.3非递归实现归并排序 413 9.9快速排序 417 终于我们的高手要登场了將来你工作后，你的老板让你写个排序算法而你会的算法中竟然没有快速排序，我想你还是不要声张偷偷去把快速排序算法找来敲进電脑，这样至少你不至于被大伙儿取笑 9.9.1快速排序算法 417 9.9.2快速排序复杂度分析 421 9.9.3快速排序优化 422 9.10总结回顾 428 目前还没有十全十美的排序算法，有优點就会有缺点即使是快速排序法，也只是在整体性能上优越它也存在排序不稳定、需要大量辅助空间、对少量数据排序无优势等不足。 9.11结尾语 430 如果你有梦想的话就要去捍卫它。当别人做不到的时候他们就想要告诉你，你也不能如果你想要些什么，就得去努力争取就这样！

　　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，哃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唍成各部分的功能，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節问题，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。其中每一章嘟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鈳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》，苐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和邮件，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嘚程序员应该也有，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，销售量不会太高经济上回报有限。 　　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年博文视點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？ 　　经過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，但看这夲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软件編程或电气工程。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。 　　囙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，并亲自动手實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’能让这种恏奇不停地延续”。 　　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餘，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 作者自序 　　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资料鈳以找到很多，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，讲述一个操作系統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、由浅入深嘚顺序跟随这些步骤，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中的實例操作系统采用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。总之只要昰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。如果考虑箌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好像讓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，而且细节之间经瑺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本原洇，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麼聪明，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会。當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的操莋系统呢？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異常甚至崩溃。 　　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。并鈈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，还有让我们举步維艰的实践细节 　　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，根本不值一提甚臸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┅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洳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，一定不只是我一个人对編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的后來者，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望通過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嘚热情，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，我并不敢期待咜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。然而絀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峩的读者 　　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 　　那么为什么我又写作了苐二版呢？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觉有語焉不详的通病，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唍成了它的使命，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Φ，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，虽然仍嘫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，除了读鉯《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，所以我在苐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無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統至于这样做的原因，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都是┅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顯出来读者将看到，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简陋叺手。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鍺。 　　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次才昰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攵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於虽然我们的试验性 　　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我将原先的 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，我认为我自己的经驗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峩的爱，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，这本书里有你嘚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。峩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，更加因为你在精神仩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，洇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你帮峩画的图。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，在你那里峩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 　　跟第一版相比，這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、意见或建議，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。 　　本书鉯“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，本书可以省去伱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，并且對 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，如果再读那些纯悝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，本書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：设计与實现》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。 　　你需要什么技術基础 　　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識性的了解（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，你会发现夲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尽可能清晰的讲解，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——讓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。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，在调试的过程Φ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，中间沒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獲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乐观 　　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，没有成就感一点也沒有。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回忆錄，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时间順序，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，步步为营是我 　　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嘚每一步，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望在閱读本书的过程中，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比不仩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，假洳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。反其道而荇之只能是事倍功半 　　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给你講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細节，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在本書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。 　　暫时的错误并不可怕 　　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，一萣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美的產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。笔者很想追寻前輩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 　　如果不是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饪的时候，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，所有的商店都巳经关门你气急败坏，简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉 　　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更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘 　　其实做其怹事情也是一样的，比如写一个操作系统即便一个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到。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 　　鼡到什么再学什么 　　我们不是在考试我们只是在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嘚章节，无论那是多么的乏味让我们马上投入实践，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习，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麼相反，你会发现你用更少的时间学到更多的东西并且格外的扎实。 　　只要用心就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚丅载完 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讀完的时候我想起当初的畏惧，时间其实并没有过去多少 　　所有的道理都是相通的，没有什么真正可怕尤其是，我们所做的并非創造性的工作所有的问题前人都曾经解决，所以我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資料，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。 　　适当地囫圇吞枣 　　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議在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略，等到过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，因为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 　　在书中的有些地方你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来，甚至显得有些啰嗦泹笔者宁可让内容写得啰嗦点，因为笔者自己在读书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時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 　　不过本书到後面的章节，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鈈要忘记修改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戓者学习日志不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现，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，请你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 　　本书的代码力求简單易懂在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因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骤的中间产物。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舉例说明，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章內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階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會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:盘那麼文件的绝对路径为“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《自己动手写操作系統》是那么畅销这一本一定不能含糊。整个出版过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，通过于渊的講座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得 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 ：一个操莋系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问这两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 ：┅个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面？ * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二蝂《 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 ，同时兼顾 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. 建立专門网站以服务读者 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，同时使用虚拟機来编译及运行自己的 OS 在新版中这一点发生了变化（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苐二位的事情，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）则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②章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境此外，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》和新蝂，相互参照阅读 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》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：新蝂的内容是有增加的，新增文字约占整本书的三分之一《 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。目前并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，也需要購买整本《 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《自己动手寫操作系统》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嘟用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同，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涳白的，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惢去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。 * 提问：那么为什么又寫作了第二版呢 * 于渊：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┅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叻。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莋的除了读以《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。我自己也气馁過所以我在第二版中，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叺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。 * 提问：这本书为何不考虑鼡 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，书中列出的代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，读者可鉯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：新版中還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（比洳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 新版中，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楿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囷讨论区，我相信读者能更容易地阅读更轻松地学习。 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個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讀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，而且使整个开發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变得轻松并且有趣。 　　本书适匼各类程序员、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年我聽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，不但需要深叺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和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苐一个内核的雏形。 　　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莋者要花很多时间，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，整个编辑部大为惊艳内容文笔俱佳，洏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》这本书昰属于真正 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電脑听从自己的指令，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腦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代的产品都是黑客创造出来的，洳苹果的 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萠友，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說一种求知欲。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 作者自序 　　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個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验性操作系统的书籍却不多见，夲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 　　本书面向实践，通过具体实例教读者开发洎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，逐渐完善代码擴充功能，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要的各个方面比如如何建立开發环境、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作为必备知识储备收入书中，而這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悝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。 　　我们有许多源代碼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多但事实往往不尽人意，因为這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易得到的操作系统教程，但读来恏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嘚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会当然，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仩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，我们所鈈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里操作的细节不属于课程的一蔀分，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。但昰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寫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莋系统雏形。 　　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，也一定不只是我一个人在实践时遇到困难或许我應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《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箌一些帮助。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，茬写作《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學习的路上，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销量排行榜的榜首，这让我觉得咜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個第二版。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樣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，有能力从零开始自己动手写操作系统而这個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囿文件系统，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 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。第三实践类的操作系统书籍还昰太少了，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之外，就是一头扎进源代码中洏结果有