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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:王世高

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:2003-2-1

价格:30.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111111924

丛书系列:

图书标签:

• 数据保护
• 信息安全
• 计算机安全
• 网络安全
• 隐私保护
• 数据备份
• 灾难恢复
• 安全策略
• 合规性
• 风险管理

图书简介：数字时代信息安全的深度解析与实践指南 图书名称： 操作系统内核设计与实现深度解析 内容概述： 本书并非聚焦于数据保护或加密技术，而是深入探讨支撑现代计算环境的基石——操作系统内核的复杂构造与运行机制。我们将带领读者穿梭于硬件与软件的交界地带，全面剖析一个现代、高效能操作系统的“心脏”是如何构建、运作和维护的。 第一部分：内核基础与架构原理 本部分将构建读者对操作系统内核的宏观认知。我们首先从历史角度回顾了操作系统的演进，从早期的批处理系统到现代的多用户、多任务、多处理器环境，确立理解现代内核设计的背景。 内核的本质与职责： 详细界定内核的职能范围，包括资源管理、进程调度、内存管理、设备驱动交互以及系统调用接口的维护。 内核架构范式对比： 全面分析和比较主流的内核设计模式，包括宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）以及混合型内核（Hybrid Kernel）的优缺点。通过对Mach、Linux、Windows NT等经典案例的剖析，读者将理解不同架构在性能、稳定性和可扩展性上的权衡取舍。 编译与引导过程： 深入解析操作系统启动流程，从BIOS/UEFI的初始化，到引导加载程序（如GRUB）的介入，直至内核代码被加载并开始执行的每一个关键步骤。这部分内容将涉及汇编级代码的初步解读，帮助理解硬件初始化和内核“苏醒”的过程。 第二部分：核心机制的深度钻研 进入本书的核心，我们将逐一解构操作系统中最复杂、最关键的运行机制。 1. 进程与线程管理：并发的艺术 此章节聚焦于如何管理计算机资源的使用权，确保程序能够安全、高效地共享CPU。 进程的生命周期与状态转换： 详述进程从创建、就绪、运行到阻塞、终止的完整状态图，并分析导致状态转换的系统事件。 上下文切换的成本与优化： 深入探究上下文切换（Context Switching）的底层实现，包括寄存器状态的保存与恢复，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新对性能的影响。 线程模型与用户/内核级线程： 区分进程与线程的概念，并分析1:1、M:N等用户级线程与内核级线程的映射模型，讨论其在并发性能和资源隔离上的表现。 调度算法的精妙设计： 不仅介绍经典的先来先服务（FCFS）、轮转法（Round Robin），更侧重于现代系统中使用的复杂调度器，如Linux的CFS（Completely Fair Scheduler）的红黑树数据结构如何实现公平性调度，以及实时系统（RTOS）中的优先级继承协议。 2. 内存管理的虚拟化 内存管理是操作系统最富挑战性的领域之一，本书将详尽阐述如何通过虚拟化技术欺骗应用程序，使其认为自己拥有连续且私有的内存空间。 分段与分页机制： 详细介绍分页机制如何通过页表（Page Table）将虚拟地址转换为物理地址，分析多级页表的结构，以及如何利用硬件MMU（Memory Management Unit）加速地址翻译。 内存分配策略： 探讨内核如何管理物理内存池，包括伙伴系统（Buddy System）在内存块分配与回收中的应用，以及slab/slub分配器如何高效管理小对象。 缓存淘汰策略与页面置换： 深入分析LRU（最近最少使用）、FIFO等经典页面淘汰算法，并探讨现代内核如何通过时钟算法或更复杂的启发式算法来优化内存访问局部性。 内存保护与隔离： 阐述如何利用页表权限位（读/写/执行）实现内存保护，防止一个进程破坏另一个进程的内存空间。 3. I/O子系统与设备驱动 本部分讨论内核如何与外部设备进行通信，这是系统与现实世界交互的桥梁。 中断处理机制： 详解中断向量表、中断描述符表，以及硬件中断如何被CPU捕获、内核如何响应中断服务程序（ISR）并恢复执行。 I/O同步与阻塞模型： 对比轮询、中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）的工作流程，并分析阻塞/非阻塞I/O、同步/异步I/O的不同应用场景。 设备驱动的结构： 以字符设备和块设备为例，剖析驱动程序与内核子系统（如VFS）的接口规范，理解驱动程序的“软中断”和“硬中断”处理流程。 第三部分：系统调用与内核交互 操作系统为用户程序提供的唯一“官方入口”是系统调用。 系统调用接口的实现细节： 详细分析从用户空间发起系统调用（如`syscall`指令或软件中断）到内核态执行对应的处理函数（如Linux中的`sys_read`）的整个过程，包括参数传递的机制和陷阱处理。 系统调用表与安全性： 探讨系统调用表的作用，以及如何防止未授权的用户代码执行内核级别的操作。 库层与系统调用映射： 分析C标准库（glibc）等用户空间库如何封装底层的系统调用，为开发者提供更友好、更易用的API。 目标读者与价值： 本书面向有志于深入理解计算机系统底层原理的软件工程师、系统架构师、嵌入式开发人员，以及操作系统专业方向的在校学生。通过对操作系统内核设计哲学和实现细节的全面透视，读者将不仅知晓“如何使用”操作系统提供的功能，更能理解“为何如此设计”，从而具备优化、调试和开发高性能、高稳定性的底层软件的能力。本书将提供大量的代码示例和架构图示，力求将抽象的内核概念转化为清晰、可操作的知识体系。

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