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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:微软公司

出品人:

页数:365

译者:

出版时间:2003-10

价格:43.0

装帧:平装

isbn号码:9787504539083

丛书系列:

图书标签:

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《深入理解现代操作系统原理与实践》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，操作系统作为计算机系统的心脏和灵魂，其重要性不言而喻。本书《深入理解现代操作系统原理与实践》并非一本侧重于特定商业发行版本配置与管理的指南，而是旨在为读者提供一个全面、深入且具备前瞻性的视角，剖析当代主流操作系统的核心架构、运行机制、性能优化以及前沿技术。本书的视野横跨经典理论与尖端实践，力求帮助读者构建扎实的操作系统知识体系，从而能够胜任从底层驱动开发到复杂分布式系统构建的各类工程挑战。 本书的内容结构经过精心设计，从最基础的抽象概念出发，逐步深入到复杂的系统级交互与设计哲学。我们摒弃了对某一特定软件版本功能点的罗列，转而聚焦于驱动这些功能的底层逻辑与通用原理。 第一部分：操作系统核心理论基石 本部分着重于奠定坚实的理论基础，这是理解任何复杂操作系统工作方式的前提。 第一章：操作系统的演进与基本概念 本章将回顾操作系统从批处理系统到现代多任务、多用户环境的演变历程。重点探讨操作系统的核心目标（抽象、并发、保护、共享），并详细阐述操作系统的层次结构、内核模式与用户模式的隔离机制。我们将分析操作系统的基本服务和系统调用接口的设计哲学，强调系统安全与稳定性的重要性。 第二章：进程与线程管理 进程是操作系统进行资源分配的基本单位，而线程则是CPU调度的基本单位。本章将深入剖析进程的生命周期、上下文切换的开销与优化。在线程管理方面，本书详细讲解了用户级线程与内核级线程的区别，以及同步与互斥机制的数学基础。我们将用大量的图例和伪代码来解释经典同步原语，如信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、条件变量（Condition Variable）的工作原理，并探讨死锁的预防、检测与解除策略。 第三章：内存管理系统 内存管理是操作系统中最复杂且至关重要的一环。本章首先介绍内存的物理组织和逻辑地址空间的概念。核心内容聚焦于虚拟内存机制，详细阐述了分页（Paging）和分段（Segmentation）技术的实现细节，以及快表（TLB）在地址翻译过程中的作用。我们还将深入探讨页面置换算法（如LRU、FIFO、Optimal等）的性能权衡，并讨论内存保护与内存共享的实现方式。现代系统中的内存映射文件（Memory-Mapped Files）技术也将作为重点内容进行分析。 第四章：文件系统与存储管理 本章旨在解构文件系统的内部运作。我们不仅讨论文件、目录的抽象概念，更深入研究磁盘I/O的管理。详细分析了文件系统的数据结构，如索引节点（Inode）、超级块（Superblock）的布局，以及FAT、i-node、日志式文件系统（Journaling File Systems）的设计优劣。存储方面，我们将覆盖磁盘调度算法（如SSTF、SCAN）以及如何通过RAID技术增强数据冗余和性能。 第二部分：并发、调度与性能工程 本部分将视角转向操作系统的核心功能——如何有效地管理共享资源和CPU时间。 第五章：高级并发控制与同步模型 在多核处理器成为标配的今天，并发编程的挑战日益突出。本章超越了基本的锁机制，探讨了更复杂的同步模型，如屏障（Barrier）、读写锁（Reader-Writer Locks）以及无锁（Lock-Free）数据结构的实现原理，例如原子操作（Atomic Operations）和内存顺序（Memory Ordering）。我们将分析并发程序中常见的竞态条件和内存可见性问题，并介绍现代编程语言和编译器如何辅助解决这些问题。 第六章：CPU调度算法的深度解析 本章全面覆盖了操作系统的CPU调度策略。从早期的FCFS、SJF，到现代系统中广泛应用的优先级调度、轮转法（Round Robin）。重点分析了实时调度算法（如Rate Monotonic, EDF）的理论依据，并探讨了现代多核系统中的多处理器调度（SMP Scheduling）问题，包括负载均衡与亲和性（Affinity）的概念。我们还将介绍基于反馈机制的动态优先级调整策略。 第七章：I/O子系统与设备驱动 输入/输出是系统与外部世界交互的桥梁。本章剖析了I/O子系统的架构，包括中断处理机制、DMA（直接内存访问）的实现原理，以及I/O完成端口（Completion Ports）等高效的I/O模型。对于设备驱动部分，本书侧重于驱动程序与内核的接口规范和数据交换流程，而非特定硬件的编程指南。 第三部分：现代操作系统的前沿趋势与安全 本部分着眼于当前操作系统领域的热点技术和安全挑战。 第八章：虚拟化与容器技术 虚拟化是现代数据中心和云计算的基石。本章详细解释了全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化（如Intel VT/AMD-V）的工作原理。重点分析了Hypervisor（虚拟机监控程序）的类型以及它如何管理访客操作系统的资源访问。随后，本书过渡到容器化技术，深入剖析Linux内核中的命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups）是如何实现轻量级隔离和资源限制的。 第九章：操作系统安全机制与加固 安全性是现代操作系统设计的重中之重。本章系统性地介绍了操作系统的安全模型，包括访问控制列表（ACL）、权限管理、安全上下文（Security Context）。内容涵盖了抵御缓冲区溢出、格式化字符串漏洞等常见攻击的防御机制，如ASLR（地址空间布局随机化）、DEP/NX位保护。我们还会探讨安全增强型操作系统（如SELinux, AppArmor）的核心设计理念。 第十章：分布式系统中的操作系统支持 随着大规模集群的普及，操作系统必须更好地支持分布式环境。本章讨论了网络接口的优化、高性能网络协议栈（如RDMA的软件支持）以及分布式文件系统（如NFS, GlusterFS）中的数据一致性与容错机制。我们将探讨操作系统内核如何有效地管理集群节点间的通信和状态同步。 总结：面向未来的系统设计 本书旨在培养读者从“如何使用”到“如何设计”的思维转变。通过对底层原理的深刻理解，读者将能够更好地评估和选择适合特定应用场景的系统架构，无论面对的是嵌入式实时系统、高性能计算集群还是下一代云原生环境。本书提供的是一把通往理解现代计算基石的钥匙，而非特定软件工具箱的使用手册。

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阅读体验上，这本书的结构逻辑严密得像是一台精心组装的瑞士钟表，每一章都像是为下一章打好了坚实的基础，让人几乎无法跳跃式阅读。比如，在介绍完文件共享和NTFS权限后，紧接着就是Web服务器IIS的配置，而IIS的安全性配置中，又无缝衔接到了Kerberos认证协议的原理讲解，它甚至没有放过对Kerberos票据生命周期和委派（Delegation）权限细微差别的剖析。这使得学习路径非常平滑，你不会感到知识点之间存在断裂感。更值得称赞的是，它对**性能基准测试**的重视。在介绍完文件服务器和打印服务后，作者并没有简单地给出“如何配置打印机”的指导，而是提供了一套基于特定硬件配置（虽然现在看来配置已经过时，但原理是永恒的）的I/O吞吐量测试脚本和分析方法。这教会了我一个重要的理念：任何系统配置的优劣，最终都要通过量化的数据来验证。这种“理论→实践→量化分析”的闭环学习模式，极大地提升了我对系统底层运作效率的敏感度。我发现，阅读完关于系统内核参数优化的那几节后，我对操作系统底层如何管理内存和进程调度的理解，瞬间上升了一个台阶，这是一种由内而外的、对整个系统框架的透彻掌握。

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这本书最让我感到亲切的一点，是它对“安全”这条主线的贯穿，而非将其孤立成一个单独的章节。在介绍任何一项服务时，比如文件共享、远程访问（RAS/VPN）或者IIS，作者总会紧接着讨论如何加固这项服务的安全边界。例如，在配置远程访问服务时，它会详细对比CHAP、MS-CHAPv2以及RADIUS认证的优劣和安全风险，并强烈建议采用更稳健的EAP-TLS方案，这在当时的技术环境下已经是非常超前的安全意识了。更重要的是，它对**安全基线（Security Baselines）**的构建理念有深入的阐述。它不是简单地告诉你“关闭不必要的服务”，而是提供了一整套基于微软官方推荐的硬化指南的改编版本，教导读者如何使用**安全模板（Security Templates）** MMC工具来导出和导入系统安全策略的基准配置。这种将安全融入日常运维的思维定式，远比死记硬背防火墙规则列表要宝贵得多。它培养了一种防御性的思维，让我明白，一个稳定的系统，必然是一个被精心加固过的系统，而这本教程，无疑提供了一套行之有效的“加固蓝图”。

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这本书的“自学”属性处理得相当到位，它似乎深知自学者最大的敌人是枯燥和迷失方向。章节的组织不是单纯地按照技术组件的字母顺序排列，而是更贴近一个企业IT运维人员的日常工作流。例如，它将“用户账户和组策略管理”放在了所有服务配置之前，这体现了“以人为本”的IT管理哲学——先管好谁能访问什么，再配置服务如何提供资源。而在讲解Group Policy Object (GPO)时，其深度令人侧目。它不仅讲解了“什么是GPO”，更侧重于**GPO的优先级、过滤和安全组筛选**的复杂交互。有一段关于**强制（Enforced）与阻止继承（Block Inheritance）**的说明，我用市面上其他任何一本教材去查阅，都没有像它这样清晰地用流程图和实例区分二者的优先级，避免了系统管理员在大型域环境中因为GPO冲突而导致的“幽灵配置”问题。此外，书中在关键步骤会插入“疑难解答提示（Troubleshooting Tips）”，这些提示往往是作者根据实际血泪教训总结出来的，比如“当你发现某个用户策略无法应用时，首先检查其所属的三个安全组是否与GPO的筛选设置存在冲突”之类的经验之谈，这些“捷径”是书本知识的升华，让学习过程充满了实践的指导意义。

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这本书的封面设计得相当扎实，那种略带年代感的深蓝色调，配上清晰的白色字体，一下子就让人感觉这绝对是一本“硬核”的技术宝典。我当初抱着极大的期待把它抱回了家，毕竟“Microsoft Windows 2000 Server”这个名字，在那个时代几乎就是企业级稳定和安全性的代名词。翻开前几页，就能感受到作者在知识体系构建上的用心。比如，关于Active Directory的基础架构讲解，简直是教科书级别的细致，从林（Forest）到域（Domain），再到组织单位（OU）的层级划分，作者没有采用那种浮于表面的概念罗列，而是用大量真实的场景模拟来解释每一个组件的实际作用。记得我当时最头疼的就是理解全局编录（Global Catalog）的工作原理，市面上很多资料都只是简单提及它负责快速定位用户对象，但这本书里，它竟然用了一个生动的“图书馆索引系统”的比喻，详细阐述了它如何在多域环境中充当“万能钥匙”的角色。更让我印象深刻的是，关于文件系统权限的章节，它没有停留在NTFS权限的基本勾选上，而是深入到了继承、显式权限以及ACL（访问控制列表）底层结构解析，甚至还配上了命令行工具`cacls`和`xcacls`的实际操作截图和参数详解。那种手把手带着你深入操作系统内核脉络的感觉，是很多当代教材所缺失的，它不是教你“怎么点鼠标”，而是让你理解“鼠标点击背后发生了什么”。对于一个想从系统管理员进阶到系统架构师的初学者来说，这种深度带来的信心是无可替代的。

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我对技术文档的苛求，通常在于其实用性和前瞻性的平衡，而这本《自学教程》在这方面展现出一种老派但极其可靠的务实精神。很多技术书写到特定服务时，往往止步于“安装完成”或“服务启动成功”，但这本书不一样，它极其关注“故障排查”和“性能调优”这两个决定实际工作成败的关键环节。以DHCP服务为例，很多教程可能只教你如何设置IP地址范围和租约时间，但这本书花了大篇幅讨论了**DHCP故障恢复机制**，例如如何处理数据库损坏、如何设置冲突检测，甚至还详细分析了**DHCP中继代理（Relay Agent）**在大型网络中配置不当时可能出现的广播风暴问题。当我第一次在复杂的网络拓扑中遇到IP地址分配延迟时，正是书中关于服务器负载均衡和故障转移集群（Failover Clustering）的理论描述，让我迅速定位到了配置中的单点故障隐患。另一个亮点是关于DNS的章节，它不仅覆盖了A记录、PTR记录这些基础，更深入探讨了**区域传输（Zone Transfer）**的安全性——如何使用TSIG密钥进行加密验证，以及如何利用**隐藏主服务器**来保护核心数据。这种对细节的执着，让我感觉作者不是在“写书”，而是在“传授经验”，确保读者在面对真实世界的复杂和突发情况时，有足够的技术储备来从容应对，而不是在网络上茫然搜索零散的补丁说明。

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