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出版者:第1版 (2006年7月1日)

作者:刘晓辉

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:25.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810944557

丛书系列:

图书标签:

• Windows
• DOS
• 9X
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• 2000
• XP
• 技术
• 实用
• 教程
• 命令

计算机系统底层解析与现代驱动开发：面向嵌入式与高性能计算的视角 本书并非面向早期个人计算机操作系统的实用技术手册，而是一部深度聚焦于现代计算机系统底层架构、操作系统内核原理及其驱动程序设计的前沿技术专著。它旨在为具备一定C/C++基础和汇编语言基础的读者提供一套从硬件抽象层到操作系统服务层面的全面认知框架，特别强调在高性能计算（HPC）和嵌入式系统（Embedded Systems）领域的应用。 第一部分：现代计算机体系结构与内存管理精要 本部分将彻底摒弃对传统DOS/9X时代概念的依赖，转而深入探讨当前主流的x86-64（Intel/AMD）和ARMv8（AArch64）处理器的微架构特性。 第一章：从硅片到指令集——现代CPU深度剖析 内容涵盖超标量、乱序执行、分支预测、流水线深度优化等对现代操作系统调度至关重要的硬件特性。我们将详细分析现代CPU如何通过复杂逻辑单元（如执行单元、寄存器重命名）来提升指令级并行性（ILP）。书中将特别辟章讨论现代CPU中的安全扩展，如Intel SGX（软件保护扩展）和AMD SEV（安全加密虚拟化），以及它们对内核设计和虚拟化层的影响。 第二章：高级内存管理与缓存一致性 重点不再是简单的物理内存分配，而是深入理解多级页表结构（如EPT/NPT在虚拟化中的应用）、TLB（转换后援缓冲器）的工作机制及其性能瓶颈。我们将详尽阐述缓存层次结构（L1d/L1i/L2/L3）对程序性能的决定性作用，以及缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在多核环境下的复杂性。内容将包括如何利用内存屏障（Memory Barriers/Fences）来确保跨核心的数据可见性，这是编写高效并行代码和驱动程序的基础。 第二章补充：虚拟化技术与Hypervisor核心 本章聚焦于硬件辅助虚拟化（Intel VT-x/AMD-V），分析Type-1 Hypervisor（裸金属）的工作原理，包括VMM（虚拟机监视器）如何拦截和处理敏感指令（VM-Exit/VM-Entry），以及如何实现高效的I/O虚拟化（如SR-IOV）。 第二部分：操作系统内核结构与并发控制 本部分剥离了对特定早期操作系统的所有引用，聚焦于通用、现代内核（如Linux Kernel或类Unix内核设计）的核心组件。 第三章：进程与线程的内核级调度策略 深入剖析现代抢占式多任务系统的核心——调度器。我们将对比研究基于优先级的调度、时间片轮转、以及针对高性能计算优化的调度算法（如CFS, Completely Fair Scheduler的演进）。重点讨论上下文切换（Context Switching）的开销分析，以及如何通过内核调优来最小化延迟。 第四章：同步原语与死锁预防机制 本章专注于并发编程中的核心难题。内容包括互斥锁（Mutexes）、自旋锁（Spinlocks）的适用场景对比、信号量（Semaphores）和条件变量（Condition Variables）在内核中的实现细节。我们将详细介绍无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计思想，如使用CAS（Compare-and-Swap）原子操作来实现高性能、无阻塞的并发访问。 第四章补充：内核的抢占与中断处理 分析内核中的可抢占点（Preemption Points）设计，以及如何安全地处理来自硬件设备的中断请求（IRQs）。讨论中断延迟（Interrupt Latency）的测量与优化，这对实时系统（RTOS）至关重要。 第三部分：现代设备驱动模型与I/O管理 本部分是本书的实践核心，完全围绕现代操作系统和硬件接口展开，不涉及任何传统BIOS或中断向量表的手动操作。 第五章：设备驱动程序的软件架构 详细介绍现代Linux/Windows内核驱动程序的标准接口模型，如Linux的字符设备驱动、块设备驱动以及网络协议栈驱动的框架。重点讲解总线架构（PCIe, USB 3.x/4, Thunderbolt）如何与内核驱动栈交互。 第六章：DMA与内存映射I/O的高效交互 本章是理解高性能I/O性能的关键。我们将详细解释Direct Memory Access (DMA) 的工作流程，特别是如何安全地使用Scatter/Gather List来管理跨越非连续物理内存的I/O传输。内容包括IOMMU（Input/Output Memory Management Unit）在隔离和保护虚拟地址空间中的作用。 第七章：异步I/O与高性能网络栈 不再讨论传统I/O模型，而是深入研究异步I/O（AIO）模型，例如Linux的`io_uring`。我们将分析其如何通过用户空间与内核空间的紧密协作，极大地减少系统调用开销，实现极高吞吐量。同时，分析现代网络驱动如何与内核网络协议栈（如TCP/IP或RDMA）进行高效对接。 附录：底层调试与分析工具集 提供一系列现代系统调试工具的使用指南，包括但不限于：使用GDB/LLDB进行内核符号调试、使用`perf`工具分析CPU性能计数器、使用Tracepoints进行系统调用跟踪，以及使用Valgrind/AddressSanitizer等工具进行内存错误和并发问题的静态/动态分析。 本书面向对象： 操作系统内核开发者、嵌入式系统软件工程师、需要进行深度性能调优的高性能计算（HPC）研究人员、以及希望深入理解现代计算机系统底层运作机制的资深软件工程师。阅读本书需要扎实的C语言功底，并对底层硬件概念有初步了解。

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