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出版者:机械工业出版社

作者:廖正东

出品人:

页数:166

译者:

出版时间:1998-10

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787111067153

丛书系列:

图书标签:

• UNIX
• 操作系统
• 学习
• 指南
• 技术
• 计算机
• 编程
• Linux
• 系统管理
• 教程
• 开发

深入理解现代操作系统原理与实践：面向未来计算的基石 图书名称： 深入理解现代操作系统原理与实践：面向未来计算的基石 图书简介： 本书旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的操作系统（OS）知识体系。我们不再局限于对单一、特定系统的机械化操作描述，而是将重点放在操作系统作为计算机科学核心支柱的理论基础、设计哲学、核心组件的实现机制，以及它们如何支撑起现代高性能、高并发和安全要求的计算环境。 本书内容横跨操作系统的宏观架构与微观实现细节，结构清晰，逻辑严密，尤其侧重于对现代多核、分布式及虚拟化环境下的操作系统行为分析。 第一部分：操作系统的基础理论与演进轨迹 本部分奠定了理解操作系统的理论基石。我们首先追溯了操作系统的发展脉络，从早期的批处理系统到分时系统、实时系统，直至当前主流的通用多用户、多任务操作系统。 1. 计算机系统结构与OS接口： 详细阐述了硬件（CPU、内存、I/O设备）如何与操作系统协同工作。深入探讨了处理器模式（用户态与内核态）、系统调用的底层机制（如中断向量表、异常处理流程），以及操作系统如何通过硬件支持实现对其资源的抽象和管理。 2. 操作系统内核的职责与组织： 剖析了内核的定义、关键功能以及常见的内核架构设计，包括宏内核、微内核和混合内核的优缺点及实际应用案例。重点分析了内核如何作为资源仲裁者和抽象提供者的核心角色。 3. 进程与线程管理： 这是操作系统的核心。我们不仅描述了进程的生命周期和状态转换，还深入探讨了线程模型的细微差别（内核级线程与用户级线程）。关键内容包括上下文切换的性能开销分析、进程间通信（IPC）的各种机制（管道、消息队列、共享内存、信号量）的底层实现细节，以及现代系统如何高效地调度这些并发执行单元。 第二部分：核心资源管理的精妙设计 本部分聚焦于操作系统对计算资源的精细化控制和优化，这直接决定了系统的性能和稳定性。 4. 内存管理： 探讨了操作系统如何将物理内存抽象为可用的虚拟内存空间。详细解析了分页（Paging）和分段（Segmentation）机制，重点讲解了页表的结构、TLB（快表）的工作原理以及缺页中断的处理流程。此外，对内存分配算法（如首次适应、最佳适应、伙伴系统）和内存回收策略进行了深入的对比分析。 5. 虚拟化与内存保护： 鉴于现代计算环境对隔离性的高要求，本章专题讨论了硬件辅助的虚拟化技术（如Intel VT-x/AMD-V），以及操作系统如何通过内存保护机制（如MMU配置）确保不同进程间的安全隔离。 6. 文件系统与存储管理： 剖析了文件系统的核心抽象——文件、目录和它们在物理存储上的映射。详细考察了不同类型的文件系统（如Journaling FS、日志文件系统）的结构，如i-node表的组织、数据块的分配策略。同时，对磁盘调度算法（如SSTF、SCAN）的性能影响进行了量化评估。 第三部分：并发控制与性能优化策略 现代计算的瓶颈往往在于并发访问共享资源时的同步与互斥问题。本部分致力于提供解决这些问题的先进工具和理论。 7. 进程同步与互斥机制： 系统性地介绍了实现正确同步的经典工具，包括利用锁（Locking）、互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）来避免竞态条件。更进一步，本书深入分析了无锁（Lock-free）数据结构的实现原理，以及现代硬件提供的原子操作（如Compare-and-Swap, CAS）如何用于构建高性能的并发原语。 8. 死锁的识别、预防与避免： 详细阐述了死锁的四个必要条件，并讲解了资源分配图（RAG）的构建与检测。重点分析了银行家算法（Banker's Algorithm）在资源动态分配和避免死锁中的实际应用与局限性。 9. CPU调度算法的深度剖析： 不仅限于介绍先来先服务（FCFS）或最短作业优先（SJF），我们重点分析了在分时系统中至关重要的抢占式调度算法，如轮转法（Round Robin）的量子选择对响应时间的影响，以及优先级调度在实时系统中的应用。对于多处理器环境下的调度，如负载均衡（Load Balancing）和处理器亲和性（Processor Affinity）的实现策略进行了细致的考察。 第四部分：面向未来的系统特性 本部分关注操作系统如何应对当前计算环境的挑战，如网络化、安全性和资源虚拟化。 10. I/O子系统与设备驱动程序： 解析了操作系统如何管理复杂的I/O请求。从I/O驱动模型的演变（如字符设备与块设备驱动），到DMA（直接内存访问）如何减轻CPU负担，再到中断驱动与轮询模式的权衡，全面展示了高效I/O的实现之道。 11. 网络协议栈在OS中的实现： 探讨了操作系统内核如何集成TCP/IP协议栈。重点分析了套接字（Socket）接口的抽象原理，以及零拷贝（Zero-Copy）技术如何在内核空间和用户空间之间优化数据传输，提升网络服务的性能。 12. 安全性与访问控制： 讨论了操作系统安全性的核心概念，包括身份验证、授权机制（如ACLs、Capabilities）以及强制访问控制（MAC）模型。解析了操作系统内核如何通过安全模块来隔离和审计系统活动，防止恶意软件或权限提升攻击。 本书通过丰富的图示、伪代码示例以及对经典算法的量化分析，旨在培养读者从“如何使用”到“如何设计和优化”的思维转变，为有志于从事底层软件开发、系统架构设计和高性能计算研究的专业人士提供一本不可或缺的工具书。

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