Windows NT 核心技术教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:北京博彦科技发展有限公司

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-9

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787900630483

丛书系列:

图书标签:

• Windows NT
• 内核
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• 系统编程
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• Windows内核

深入理解现代操作系统：从架构到实践 本书旨在为读者提供一个全面、深入的操作系统核心原理与实践指南，内容涵盖了现代操作系统的设计哲学、底层机制以及在实际应用中的优化策略。我们聚焦于那些决定系统性能、稳定性和安全性的关键技术点，而非特定操作系统的实现细节。 第一部分：操作系统的基石与抽象 1. 计算机系统与操作系统的交互模型 本章将首先建立读者对现代计算机硬件体系结构的宏观认识，包括CPU、内存层次结构（缓存、主存）、I/O设备的工作原理。在此基础上，我们详细剖析操作系统作为硬件与应用程序之间中介层的核心职责。重点探讨硬件抽象层（HAL）的设计目标，以及它如何通过系统调用接口为上层应用提供一致、高效的服务。我们将分析中断处理机制（同步与异步）和异常处理流程，阐释操作系统如何从硬件层面获得控制权并做出响应。 2. 进程与线程管理：并发性的核心 并发是现代计算的基石。本章将深入讲解进程的定义、结构（进程控制块PCB的内部构成）及其生命周期管理。区别于简单的概念介绍，我们将着重分析上下文切换的开销和优化手段，包括指令流水线对切换性能的影响。线程模型将作为进程的轻量级补充进行详尽讨论，对比用户级线程和内核级线程的优劣。同步与互斥机制是并发编程的难点，本章将详尽阐述信号量、互斥锁、条件变量的底层实现原理，并引入更高级的同步工具，如屏障（Barrier）和读写锁，分析其在多核环境下的性能瓶颈与解决方案。死锁的检测、避免和恢复策略将作为实践中的重要环节进行深入探讨。 3. 内存管理：虚拟化与隔离 内存管理是操作系统最复杂且最关键的模块之一。本章从虚拟内存的概念入手，阐明地址转换过程，包括分段和分页机制的演进。我们将细致剖析页表（Page Table）的结构，多级页表和TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址翻译中的作用，以及缓存一致性问题在虚拟地址空间中的体现。内存分配策略，如伙伴系统（Buddy System）和slab分配器，将被拿来进行性能对比分析。此外，内存保护机制——如何利用页属性位（如只读、不可执行位）实现安全隔离，以及内存映射（mmap）在文件I/O和进程间通信中的高效应用，都将作为重点内容进行讲解。 第二部分：资源调度与I/O驱动 4. CPU调度算法的理论与实践 CPU调度决定了系统资源的分配效率。本章不再停留在FCFS、SJF等基础算法，而是深入研究面向现代多核系统的调度策略。我们将详尽分析分时系统中的时间片分配模型，探讨优先级调度（包括实时优先级和动态优先级）如何影响系统的响应时间。对于多核环境下的处理器亲和性（Affinity）、负载均衡（Load Balancing）的挑战与实现技术，例如大内核锁的拆分和基于Run Queue的调度器设计，将进行详细剖析。同时，为满足特定应用需求，实时系统（Hard/Soft Real-Time）的调度范式和时间性能保证机制也将被纳入讨论范围。 5. 文件系统与持久化存储 文件系统是数据长期存在的载体。本章将探究不同类型文件系统的核心结构，例如日志文件系统（Journaling）如何保障数据一致性，以及写入放大（Write Amplification）问题在闪存设备（SSD）上的特殊性。我们将分析文件系统的元数据管理、目录结构和数据布局策略。对于高性能I/O，零拷贝（Zero-Copy）技术如何通过DMA和内核/用户空间缓冲区管理来最小化数据搬运，将作为重要案例进行分析。此外，事务性文件系统和快照（Snapshot）技术的设计理念也将有所涉及。 6. 设备驱动与I/O子系统 I/O操作的效率直接影响用户体验。本章聚焦于操作系统如何管理和抽象异构设备。设备驱动程序（Device Driver）的结构、初始化流程和中断服务程序（ISR）的设计规范将被详细介绍。我们将深入探讨I/O请求的生命周期，包括I/O调度器（如CFQ、Deadline、Noop）如何优化磁盘访问序列。异步I/O（AIO）模型与事件通知机制（如epoll/kqueue）的原理和适用场景，是构建高并发网络应用的关键技术，本章将对其进行深入的比较和性能分析。 第三部分：系统安全与网络基础 7. 系统安全与保护机制 现代操作系统必须具备强大的安全防护能力。本章从基础的访问控制模型（MAC/DAC）入手，解析权限（Permission）和所有权（Ownership）在系统资源保护中的作用。我们将探讨内核空间的保护技术，例如地址空间布局随机化（ASLR）、数据执行保护（DEP/NX位）的实现原理，以及它们如何有效对抗缓冲区溢出等经典攻击。沙箱（Sandbox）技术和容器化（Containerization）的基础隔离机制，如命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups），将作为应用级安全隔离的前沿技术进行探讨。 8. 网络协议栈的操作系统实现 网络功能是现代操作系统的标配。本章将剖析TCP/IP协议栈在内核中的实现层次结构。重点分析套接字（Socket）接口的实现机制，包括内核如何管理连接状态、拥塞控制算法（如TCP Reno/Cubic）在操作系统层面的集成与调优。我们将深入探讨网络I/O的性能瓶颈，例如中断风暴和内核数据拷贝，并介绍如XDP（eXpress Data Path）等先进技术如何绕过传统内核路径，实现线速处理。 第四部分：系统性能分析与调优 9. 性能监控与追踪技术 要优化系统，必须先量化其行为。本章介绍操作系统内置和外部的性能分析工具链。重点讲解如何利用内核跟踪点（Tracepoints）和动态插桩技术（如eBPF）来捕获细粒度的系统事件，如系统调用耗时、锁竞争情况。我们将教授如何解读系统快照报告（如`/proc`文件系统信息），并分析I/O等待时间、缓存命中率等关键性能指标（KPIs）的意义，为系统瓶颈定位提供科学依据。 10. 故障排查与高级调试技巧 系统出现问题时，快速定位根源至关重要。本章提供一套系统化的故障排查流程。针对内核崩溃（Kernel Panic）或死锁情况，讲解核心转储（Core Dump）的捕获、分析方法，以及如何使用底层调试工具来检查栈回溯和内存状态。对于用户态程序的性能下降，我们将探讨如何使用信号量（如SIGPROF）进行采样分析，并结合系统调用跟踪来识别不合理的资源竞争或低效的API使用模式。 本书的理论深度和实践广度旨在培养读者从“使用者”转变为“设计者”的思维模式，使读者能够深刻理解操作系统复杂组件之间是如何协同工作的，从而在面对高负载、高并发或高安全要求的场景时，能够设计出健壮且高效的解决方案。

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