具体描述
译 者 序 Internet的
《操作系统核心架构深度解析：从内核到应用层的无缝衔接》 本书简介 在飞速迭代的IT浪潮中，操作系统始终是承载所有计算任务的基石。本书并非关注特定厂商或特定历史时期的产品线，而是致力于对现代通用操作系统（如基于UNIX的系统、主流的Windows NT/XP/Vista/7/10/11内核演进分支，以及新兴的类Linux发行版内核）的核心架构原理、设计哲学与实现机制进行一次全面、深入的剖析与重构。本书的目标读者是具备一定操作系统基础，渴望深入理解系统底层运作的系统架构师、高级软件工程师以及操作系统研究人员。 本书的重点在于解构那些跨越不同操作系统平台依然保持一致性或具有清晰设计思想的底层组件，而非聚焦于某个特定旧版本操作系统的配置手册或功能指南。 --- 第一部分：现代操作系统内核的统一架构模型 本部分将彻底抛弃特定产品的功能列表，转而建立一个通用的、面向现代多核环境的操作系统内核参考模型。 1.1 内核模式与用户模式的隔离边界 保护环的现代意义： 探讨保护环（Ring Levels）在现代硬件虚拟化和安全增强型CPU（如Intel VT-x/AMD-V）环境下的实际意义，分析如何通过硬件机制保证内核代码的绝对完整性，以及这种隔离如何影响性能开销。 系统调用（Syscall）机制的演变： 深入对比传统中断向量表触发的系统调用与现代的快速系统调用（如`syscall`/`sysenter`指令）的性能差异。分析上下文切换的开销分解，并引入vDSO（virtual Dynamic Shared Object）等技术如何减少用户态到内核态的往返次数。 1.2 进程与线程的调度艺术 多级反馈队列（MLFQ）的局限与替代： 讨论传统的MLFQ模型在处理高并发、低延迟场景时的不足。详细分析当前主流高性能内核（如Linux CFS、Windows 10/11的调度器）采用的公平性与实时性兼顾的设计思想。 虚拟时间与负载均衡： 深入解析调度器如何利用虚拟运行时（vruntime）或类似概念实现负载均衡。对于NUMA（Non-Uniform Memory Access）架构下的跨节点调度策略进行专门探讨，分析如何最小化远程内存访问延迟。 异构计算调度： 探讨操作系统如何管理CPU、GPU以及其他加速器（如FPGA、TPU）之间的任务分配，包括共享内存模型的同步机制。 --- 第二部分：内存管理单元的复杂交织 内存是操作系统的核心资源，本部分将关注内存管理机制在应对现代应用需求时的复杂性与优化策略。 2.1 虚拟地址空间的重构与稀疏性管理 页表结构的层级优化： 不仅介绍四级页表（PML4），更关注现代系统中如何利用四级、五级页表来应对超大物理内存的寻址需求。分析页表项（PTE）中的关键位（如Accessed, Dirty, No-Execute）在安全和性能中的作用。 大页（Huge Pages）与TLB管理： 深入分析大页如何有效减少TLB（Translation Lookaside Buffer）的Miss率，并讨论操作系统在分配和回收大页时面临的碎片化挑战。 2.2 交换与内存回收策略 活跃度管理（Active/Inactive Lists）： 摒弃简单的LRU（Least Recently Used），转而研究现代内核如何结合进程的“重要性”和“压力”来决定内存页的回收优先级。分析内存压力下的OOM（Out-of-Memory）抑制机制的精细调优。 内存压缩（Memory Compression）： 探讨在物理内存不足时，内核如何透明地压缩不活跃的内存页而不是立即交换到磁盘，以及这种技术对系统响应时间的影响。 --- 第三部分：I/O子系统与存储栈的深度优化 本书认为，现代系统性能瓶颈越来越集中在I/O路径上，因此对I/O栈的分析是重中之重。 3.1 异步I/O模型与零拷贝 I/O完成端口（IOCP）与Linux的io_uring： 对比并深入分析两种高性能异步I/O模型的底层实现原理。重点解析`io_uring`如何通过提交队列和完成队列实现内核态与用户态的低延迟通信，实现真正的“零拷贝”数据传输。 中断处理与软/硬中断分离： 分析现代NIC（网络接口卡）如何利用多队列（Multi-Queue）和中断亲和性来分散I/O负载，并探讨中断后半部（Bottom Half）的处理机制，如软中断（SoftIRQ）如何将耗时任务调度到更合适的上下文中执行。 3.2 虚拟文件系统层（VFS）的通用抽象 统一接口的设计： 剖析VFS层如何通过统一的inode、dentry等数据结构，为Ext4、XFS、NTFS等不同具体文件系统提供一致的API接口。 缓存策略的博弈： 详细研究内核如何平衡页面缓存（Page Cache）与元数据缓存（Metadata Cache）的占用比例，以及如何利用延迟写入（Write-Back）策略来优化磁盘写入性能。 --- 第四部分：进程间通信（IPC）与同步原语的性能分析 高效的进程间协作是构建复杂应用的基础，本部分聚焦于同步机制的效率。 4.1 信号量、互斥锁与屏障 无锁（Lock-Free）与等待唤醒机制： 深入讲解原子操作（CAS/FAA）在实现高并发无锁数据结构中的应用。对比传统锁（如Mutex）的内核态等待与用户态自旋（Spinlock）的性能特征。 内核级同步对象的设计： 分析事件对象、信号量以及读写锁在不同场景下的适用性，特别关注其在多处理器环境下的顺序一致性保证。 4.2 高速数据交换机制 共享内存（Shared Memory）的跨进程访问： 讨论如何通过映射技术实现跨进程的零拷贝数据共享，以及在此基础上如何构建高效的环形缓冲区（Ring Buffer）通信模型。 --- 第五部分：安全强化与系统监控接口 现代操作系统必须内建安全机制，本书将研究这些机制如何与核心服务交互。 5.1 地址空间布局随机化（ASLR）与数据执行保护（DEP/NX） ASLR的实现细节： 研究内核如何在启动时或加载动态库时，对栈、堆和库的基地址进行随机化，并分析在现代64位架构下，随机化熵（Entropy）的强度如何影响攻击的难度。 内核的沙箱化（Sandboxing）： 讨论操作系统如何通过权限分离、Mandatory Access Control (MAC) 系统来限制进程的能力，而非仅仅依赖传统的Discretionary Access Control (DAC)。 5.2 系统跟踪与性能分析接口 eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）的革命： 详细介绍eBPF如何作为一个安全的可编程内核模块，允许用户空间程序在不修改内核源代码的情况下，高效地钩取（Hook）内核事件、跟踪系统调用和监控网络流量，为高级性能分析提供前所未有的能力。 --- 本书结构严谨，逻辑清晰，通过对这些跨越平台的核心技术进行抽象和深度挖掘，旨在帮助读者建立一个对现代操作系统“一切皆是资源的抽象与管理”这一核心理念的深刻认识。它提供的不是某个特定发行版或旧版本系统的操作指南，而是理解为什么现代系统是如此设计的技术蓝图。
作者简介
目录信息
译者序 前言 第一部分 存储.
· · · · · · (收起)
· · · · · · (收起)
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有