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出版者:北京希望电子出版社

作者:黄淼云 张学忠 王福成

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:2002-1

价格:50.00元

装帧:

isbn号码:9787900056337

丛书系列:

图书标签:

• Windows 2000
• 编程
• API
• C++
• Visual C++
• SDK
• Windows 编程
• 系统编程
• 底层开发
• 技术指南
• 开发工具

《现代操作系统原理与实践：从基础到前沿》 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知识体系，它不局限于任何特定的历史版本或特定的厂商技术栈，而是着重于操作系统设计和实现的核心概念、底层机制以及面向未来计算环境的演进方向。本书的编写目标是培养读者从系统底层视角理解现代计算环境的能力，无论是从事操作系统内核开发、嵌入式系统设计、云计算基础设施构建，还是高性能计算研究，都能从中汲取坚实的理论基础和实用的工程经验。 本书结构清晰，逻辑严谨，共分为六大部分，涵盖了从宏观架构到微观细节的操作系统核心内容。 第一部分：操作系统的基石与演进 本部分首先回顾了操作系统的历史沿革，但重点在于分析不同时代背景下，操作系统设计哲学（如批处理、分时、实时、分布式）如何影响其结构。我们深入探讨了操作系统的基本功能、核心组件（如内核、shell、系统调用接口）的职责划分，并详细介绍了现代操作系统的主要结构模型——单体内核、微内核、混合内核的优缺点及其在当前主流系统中的应用实例。 我们花费大量篇幅阐述了操作系统抽象层的重要性，特别是硬件抽象层（HAL）如何屏蔽底层差异，使上层应用得以在不同架构上稳定运行。此外，对虚拟化技术（如Type-1和Type-2 Hypervisor）的工作原理及其在现代基础设施中的角色进行了详尽的剖析，为后续的资源管理章节打下基础。 第二部分：进程管理与线程调度 进程与线程是操作系统的核心实体。本部分首先精确定义了进程和线程的概念，阐述了它们在资源拥有权和执行流上的区别。重点在于进程控制块（PCB）的内部结构及其在上下文切换中的作用。 在线程管理方面，本书详细对比了用户级线程与内核级线程的实现方式、同步与异步阻塞的差异。随后，进入最关键的调度算法分析。我们不仅涵盖了经典的先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度，还深入剖析了分时系统的轮转（Round Robin）算法及其时间片动态调整机制。对于现代多核系统，我们着重讲解了多处理器调度（SMP Scheduling）中的负载均衡（Load Balancing）策略（如推/拉模型）以及缓存感知的调度技术，确保系统资源的有效利用和最大吞吐量。 第三部分：内存管理：虚拟化与保护 内存管理是保障系统安全和效率的关键。本部分从物理内存管理开始，详细解释了连续内存分配和非连续内存分配方案（如分页和分段），并着重分析了页表（Page Table）的层次结构、多级页表的设计如何解决地址空间爆炸性增长的问题，以及快表（TLB）在加速地址翻译中的作用。 虚拟内存是本书的重中之重。我们不仅描述了虚拟地址到物理地址的映射过程，还深入探讨了缺页中断的处理流程，包括页面置换算法（FIFO, LRU, OPTIMAL, Clock算法）的优劣及其在实际内核中的优化实现。此外，本书特别关注了现代内存管理中的挑战，如大页（Huge Pages）的使用场景、内存碎片化问题及其缓解技术，以及内核态和用户态内存保护机制的设计。 第四部分：I/O系统与文件系统 输入/输出（I/O）是操作系统与外部世界交互的桥梁。本部分首先概述了I/O设备的分类、I/O控制方式（轮询、中断驱动、DMA）的演进。我们详细解析了缓冲管理（Buffer Caching）的目的和实现，以及中断处理机制对系统响应时间的影响。 文件系统是持久化存储的核心。本书详细分析了文件系统的逻辑结构（目录结构、文件命名、访问权限）和物理布局（空闲空间管理、数据块分配策略，如连续分配、链式分配、索引分配）。随后，我们深入探讨了日志文件系统（如Journaling File Systems）如何保证数据一致性，以及写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在现代文件系统（如ZFS、Btrfs）中的应用。对于块设备驱动模型的理解，本书也提供了详尽的层次化解释。 第五部分：并发、同步与死锁 在多任务环境中，协调并发访问共享资源是保证数据正确性的基础。本部分系统梳理了并发控制的原语和机制。从早期的互斥锁（Mutex）和信号量（Semaphore）的原理和实现细节入手，我们详细解释了它们如何解决临界区问题。 随后，本书探讨了更高级的同步机制，如条件变量、屏障（Barriers）以及读写锁（Reader-Writer Locks）的适用场景。对于现代多核编程，我们重点分析了无锁（Lock-Free）数据结构的设计思路，基于CAS（Compare-and-Swap）操作的原子性保证，以及内存屏障（Memory Fences）在保证指令重排约束下的重要性。 死锁是并发编程中的顽疾。本书详细阐述了死锁产生的四个必要条件，并系统地介绍了死锁的预防、避免（如银行家算法）和检测与恢复策略。 第六部分：现代系统与未来趋势 本部分着眼于当代操作系统面临的新挑战和发展方向。我们讨论了安全操作系统设计的基本原则（如最小权限原则），并简要介绍了安全增强型操作系统（如SELinux/AppArmor）的安全模型。 在分布式和网络方面，我们探讨了网络I/O的优化，如零拷贝（Zero-Copy）技术和异步I/O（AIO）模型对高性能网络服务的意义。最后，本书展望了面向容器化（如Docker、Kubernetes）的操作系统技术栈，特别是命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups）作为实现轻量级虚拟化的核心技术，如何重新定义了资源隔离和管理的方式。 本书通过大量的图示、伪代码和实际案例分析，力求将复杂的操作系统理论转化为清晰可操作的工程知识，是操作系统专业学生、内核开发者及系统架构师不可多得的参考资料。

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