具体描述
《深入理解现代操作系统原理与实践》图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的操作系统（OS）理论基础与前沿实践的综合教程。我们聚焦于现代多核、大规模并发和虚拟化环境下的核心操作系统概念，摒弃对过时或特定非主流平台的冗余介绍，专注于那些驱动当前云计算、大数据和高性能计算的底层技术。 目标读者： 计算机科学专业学生、系统程序员、操作系统内核开发者、高性能计算工程师，以及所有希望深入理解软件运行之本的资深技术人员。 --- 第一部分：操作系统的核心基石与架构演进 (Foundation and Architecture) 本部分系统地梳理了操作系统的基本概念、历史沿革及其在现代计算体系结构中的定位。我们着重分析了从单处理器到多处理器、再到异构计算平台的架构变迁如何影响操作系统的设计范式。 1. 操作系统概述与现代需求： 重新定义OS的角色： 在虚拟化和容器化盛行的今天，OS不再仅仅是硬件的直接管理者，更是安全边界、资源隔离和抽象层次的核心维护者。 性能、安全与可扩展性： 深入探讨这三大核心设计目标的内在冲突与权衡。 微内核、宏内核与混合型设计： 详细对比不同内核架构的优劣，并分析如MINIX 3、Linux、BSD在实际工程中的取舍。着重分析基于消息传递的微内核在提高安全性和模块化方面的潜力与挑战。 2. 硬件抽象层（HAL）与引导过程： 硬件-软件接口： 详述中断处理、异常机制、I/O端口映射等底层交互细节。 系统启动序列： 剖析从BIOS/UEFI到Bootloader，再到内核初始化（如内存管理器、调度器接管）的完整、细致的引导流程。重点解析现代固件与OS如何协作完成安全启动（Secure Boot）。 3. 内存管理的革命：虚拟化与物理隔离： 地址空间布局与分段/分页： 不仅介绍经典的分页机制，更深入研究多级页表、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响。 现代内存技术： 详细覆盖大页（Huge Pages）、内存保护机制（如NX位/DEP）以及内存碎片整理的先进算法。 虚拟内存的实现： 深入剖析缺页中断处理、页面置换算法（LRU的变种与实际应用）以及操作系统如何管理用户态和内核态的内存映射。 --- 第二部分：并发、并行与进程间通信 (Concurrency and IPC) 本部分是理解现代多核系统性能瓶颈与优化策略的关键。我们关注的是如何高效、安全地管理多个并发执行流。 4. 进程与线程模型： 上下文切换的成本分析： 详细量化寄存器保存、缓存污染等导致的开销，并探讨如何通过优化来最小化这些成本。 用户级线程与内核级线程的映射： 分析M:N调度模型的复杂性以及在不同OS中（如Solaris的LWP）的实现策略。 纤程（Fibers）与协程（Coroutines）： 介绍非抢占式并发模型在I/O密集型应用中的巨大优势，并提供现代语言（如Go, Rust）中协程库的实现原理分析。 5. 同步与互斥机制的深度解析： 锁的底层实现： 探究硬件支持的原子操作（Test-and-Set, Compare-and-Swap, Load-Linked/Store-Conditional）如何构建无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）数据结构。 信号量、互斥锁与屏障（Barriers）： 不仅描述其功能，更侧重于其在NUMA（非一致性内存访问）架构下的性能陷阱与优化路径。 死锁的预防、检测与恢复： 使用银行家算法等经典理论，并结合实际系统中进程间等待图的动态分析。 6. 进程间通信（IPC）的高级范式： 共享内存与消息传递的权衡： 比较传统管道、消息队列与现代的高速共享内存技术（如RDMA上下文中的IPC）。 Socket编程的内核路径： 深入TCP/IP协议栈在OS内核中的处理流程，包括零拷贝技术（如`sendfile()`）和内核旁路（Kernel Bypass）技术的初步介绍。 --- 第三部分：调度算法与资源分配 (Scheduling and Resource Management) 本部分深入操作系统的“大脑”，探讨CPU时间如何在竞争的进程间分配，以满足不同的服务质量（QoS）要求。 7. CPU调度策略的演进： 从批处理到实时系统： 分析FCFS、SJF、优先级调度在现代系统中的局限性。 现代公平调度器： 详尽解析如Linux的CFS（Completely Fair Scheduler）的工作机制，包括虚拟运行时（vruntime）的计算与红黑树的维护。 实时调度： 探讨Rate Monotonic (RM) 和 Earliest Deadline First (EDF) 算法在硬实时和软实时系统中的应用边界。 8. I/O子系统的设计与性能： 中断驱动与轮询： 比较不同I/O模型的适用场景。 块设备管理： 磁盘调度算法（如Elevator算法的变种）如何优化机械硬盘的寻道时间，以及在SSD/NVMe设备上的性能考量。 异步I/O（AIO）： 深入研究`io_uring`（或类似机制）如何通过减少系统调用开销，实现高吞吐量的异步数据传输。 --- 第四部分：文件系统与持久化存储 (File Systems and Persistence) 本部分聚焦于如何可靠、高效地将数据从易失性内存转移到持久化存储，并提供统一的访问视图。 9. 文件系统的内部结构： 元数据管理： 详细剖析Inode结构、目录项缓存（Dentry Cache）及其在大型文件系统（如ext4, XFS）中的优化。 数据一致性与日志技术： 深入研究Journaling（日志）如何保障文件系统在崩溃后的恢复能力，并对比写入时复制（Copy-on-Write, CoW）机制（如ZFS/Btrfs）的优势。 10. 虚拟文件系统（VFS）与网络文件系统： VFS的抽象层： 分析VFS如何屏蔽不同底层文件系统的差异，实现统一的系统调用接口。 网络文件系统（NFS/SMB）： 探讨它们在分布式环境下的状态管理、缓存一致性问题和性能瓶颈。 --- 第五部分：虚拟化、安全与未来趋势 (Virtualization, Security, and Future) 本部分将视野拓展到云计算和容器技术背后的OS支撑技术，以及操作系统的安全态势。 11. 操作系统级虚拟化与容器技术： Hypervisor的类型： 深入分析Type 1（裸金属）和Type 2（宿主型）Hypervisor的工作原理，重点讲解硬件辅助虚拟化（Intel VT-x/AMD-V）如何减少虚拟机的性能损耗。 容器技术（Cgroups与Namespaces）： 详细阐述Linux内核提供的命名空间（隔离视图）和控制组（资源限制）机制，它们是如何在不使用传统硬件虚拟化的前提下，实现轻量级隔离的。 12. 操作系统安全模型： 权限与访问控制： 比较基于权限（DAC）和基于主体/客体（MAC）的安全模型，并分析SELinux/AppArmor等强制访问控制（MAC）系统的运行机制。 内核沙箱与地址空间布局随机化（ASLR）： 探讨这些技术如何限制恶意代码的攻击面和横向移动能力。 13. 操作系统的前沿发展方向： Unikernels与新型OS架构： 探讨为单一应用优化的极简操作系统设计。 异构计算与调度： 讨论OS如何管理和调度GPU、FPGA等加速器资源，实现高效的异构工作负载分配。 --- 本书特色： 实践导向： 案例分析大量基于Linux内核（稳定版）和主流开源项目中的实际代码片段和设计决策。 理论与工程的平衡： 确保读者不仅理解“是什么”，更要理解“为什么这样设计”以及“在实际负载下如何优化”。 面向未来： 覆盖了云原生计算（容器、Serverless）所需的底层OS知识，保证内容的时效性。
作者简介
目录信息
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