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出版者:中国经济出版社

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-01

价格:25.00

装帧:平装

isbn号码:9787501732715

丛书系列:

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• Windows98
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• 90年代
• 经典

深入解析现代操作系统内核：从编译到部署 本书献给所有对操作系统底层原理、系统级编程以及未来计算架构演进充满好奇的工程师、高级用户和计算机科学专业学生。 在这个软件定义一切的时代，理解我们日常使用的操作系统是如何从最底层的硬件交互逻辑，一步步构建出复杂、高效、安全的运行环境，是迈向顶尖技术专家的必经之路。本书《深入解析现代操作系统内核：从编译到部署》将彻底揭示当代主流操作系统的核心架构、设计哲学以及实现细节，内容聚焦于x86-64架构下，基于Linux内核（或类Unix内核设计范式）的深入剖析，完全避开了对早期或特定历史版本（如Windows 98）操作系统的讨论。 本书结构严谨，内容由浅入深，旨在构建一个完整的知识体系，涵盖从系统启动的第一个指令到用户态应用程序高效运行的全部环节。 --- 第一部分：基石构建——引导、汇编与硬件抽象 本部分内容聚焦于操作系统生命周期的起点，以及如何实现对底层硬件的精确控制。 第一章：引导序列的奥秘与固件交互 本章深入探讨现代计算机启动过程的复杂流程。我们将详细解析UEFI（统一可扩展固件接口）与传统BIOS的根本区别，以及UEFI如何与操作系统的引导加载程序（如GRUB或systemd-boot）进行握手。重点分析安全启动（Secure Boot）机制的原理，以及操作系统内核镜像在内存中的初步定位和加载过程。我们将追踪从CPU复位向量开始，到控制权第一次移交给内核的C语言入口点（`start_kernel`）之间的每一步汇编指令序列。 第二章：汇编语言与系统入口点 掌握系统级编程，必须精通汇编语言。本章不教授基础的汇编语法，而是侧重于汇编代码在内核初始化中的特定作用。我们将详细剖析如何利用AT&T或NASM语法编写关键的初始化代码段，包括： 1. 设置页表（Page Table Setup）：如何在进入保护模式或长模式前，手动建立初始的线性地址到物理地址的映射。 2. GDT（全局描述符表）的构建与切换：理解段描述符的含义，以及现代内核为何更多依赖分页机制而非分段。 3. 中断描述符表（IDT）的初步建立：如何为关键的初始异常（如除零、缺页异常）设置初步的向量处理程序。 第三章：内存管理的基石——物理内存管理 本章是内核设计的心脏之一。我们将系统性地研究现代内核如何管理物理内存。 物理内存分配器（PMM）：深入探讨位图（Bitmap）、伙伴系统（Buddy System）等算法在物理内存管理中的实现细节。分析不同算法在内存碎片化控制和分配效率上的权衡。 内存保护与映射：解析如何基于页表结构实现虚拟地址空间的划分，区分内核空间与用户空间。 --- 第二部分：内核核心——进程、并发与调度 本部分将带领读者进入操作系统的核心逻辑，理解程序是如何被抽象为进程和线程，以及CPU时间是如何被公平高效地分配的。 第四章：进程与线程的抽象模型 我们不再使用简单的“程序”概念，而是深入到进程描述符（`task_struct`在Linux中）的结构。本章细致剖析进程控制块（PCB）所包含的全部信息，包括寄存器状态、内存描述符、打开的文件句柄集等。接着，我们将详细区分进程（Process）与线程（Thread）在内核中的表示差异，重点阐述内核如何实现轻量级进程（LWP）以及用户级线程到内核线程的映射。 第五章：高级调度策略与时间片管理 本章专注于CPU时间片如何被动态分配。我们将全面考察现代操作系统采用的抢占式多任务调度（Preemptive Multitasking）机制： CFS（Completely Fair Scheduler）：详细剖析其基于红黑树的时间复杂度分析和虚拟运行时间（vruntime）概念，理解“公平性”是如何在算法层面被量化的。 实时调度：对比SCHED_FIFO和SCHED_RR策略，理解它们在保障严格时间约束下的工作方式。 上下文切换的成本：从硬件角度分析寄存器保存、TLB（转译后备缓冲器）失效的开销，并探讨内核如何通过优化流程来最小化切换延迟。 第六章：并发控制与同步原语 多核处理器是主流，理解并发编程中的陷阱至关重要。本章聚焦于内核如何提供可靠的同步机制： 锁机制的深度解析：对比自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）在不同场景下的适用性。分析原子操作（Atomic Operations）如何在不依赖复杂锁的情况下保证数据完整性。 信号量与屏障（Barriers）：深入探讨信号量在资源计数和进程阻塞/唤醒中的作用，以及内存屏障在保证多核可见性方面不可或缺的作用。 --- 第三部分：资源管理——I/O、文件系统与虚拟内存 本部分探讨操作系统如何提供对外部设备和持久化存储的统一接口，以及如何通过虚拟内存技术突破物理内存限制。 第七章：虚拟内存与按需分页 本章讲解操作系统如何通过MMU（内存管理单元）为每个进程构建一个独立的、巨大的地址空间。 缺页异常处理：详细追踪一个缺页异常发生时，内核中断处理程序如何接管控制权，定位物理页帧，加载数据，更新页表，最终将控制权交还给用户进程的完整流程。 内存映射（mmap）：解析`mmap`系统调用如何优雅地将文件内容、匿名内存区域映射到虚拟地址空间，及其在零拷贝I/O中的作用。 交换（Swapping）机制：分析内核选择哪些页面进行换出（Swap Out）的策略，以及如何评估该操作的性能影响。 第八章：现代文件系统的结构与完整性 本章聚焦于日志型文件系统（如Ext4, XFS等）的设计哲学，而非简单的文件操作API。 元数据管理：深入研究inode（索引节点）的结构，以及如何通过块组（Block Groups）组织数据，实现空间定位的高效性。 日志与原子性：详述写时复制（Copy-on-Write, CoW）和事务日志在保证文件系统崩溃后数据一致性方面的核心贡献。 缓存策略：分析内核如何利用VFS（虚拟文件系统层）缓存元数据和数据块，以及回写（Writeback）机制如何平衡性能与数据安全。 第九章：设备驱动模型与异步I/O 理解I/O的关键在于理解设备驱动与内核I/O子系统的交互。 中断处理模型：解析上半部（Top Half，快速处理中断）和下半部（Bottom Half，如软中断、Tasklets、Workqueues）的设计模式，以避免长时间占用CPU时间处理硬件中断。 异步I/O框架：探讨如何利用如io_uring等现代异步I/O框架，突破传统阻塞I/O和半同步的限制，实现高性能的网络和磁盘访问。 --- 第四部分：系统调用与用户空间交互 本部分阐述用户程序如何安全、受控地请求内核服务，并分析系统调用的性能开销。 第十章：系统调用的实现细节与陷阱 系统调用是用户态与内核态的唯一合法桥梁。本章将详细分析系统调用在x86-64架构下的具体实现： 调用约定：理解`syscall`指令的工作机制，参数如何在寄存器中传递，以及内核如何验证传入的参数的合法性。 安全性考量：内核如何通过权限检查、边界检查来防止用户程序破坏内核状态。 性能优化：讨论vDSO（虚拟动态共享对象）机制如何将一些频繁使用的内核函数（如获取时间）映射到用户空间，以避免昂贵的上下文切换。 --- 附录：编译与调试——从源码到运行 本附录提供了实践指导，不涉及历史操作系统的编译流程。内容聚焦于如何获取、配置和编译一个现代内核版本。讲解如何利用如`kgdb`或`qemu`配合内核调试符号进行系统级断点调试，这是理解前述所有理论知识的最终检验。 本书的深度和广度，确保读者在合上最后一页时，能自信地从系统启动的第一个时钟周期开始，构建起对现代计算架构的完整认知模型。

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这本书的论述风格非常具有**批判性思维**的引导性，这一点在我阅读关于**系统优化和维护**的部分时感受最为强烈。作者似乎并不满足于教你如何“完成任务”，而是不断地拷问“为什么是这样完成”。例如，在讲解磁盘碎片整理时，它没有盲目推崇系统自带的工具，而是引入了外部磁盘碎片整理工具的对比分析，甚至解释了FAT32文件系统和NTFS文件系统在碎片化处理上的内在差异及其性能影响。更进一步，书中专门辟出了一节讨论**“软件卸载的艺术”**，它揭示了许多应用程序在注册表和系统文件夹中留下的“垃圾”，并介绍了一些早期的清理工具原理。这种不完全信任操作系统自身“干净”的理念，教会了我一种更审慎对待软件安装和移除的态度。这是一种高级别的安全意识教育，它传达的信息是：理解系统的内部运作机制，才能真正掌控你的计算环境，而不是被动地接受软件厂商的默认设置。

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我不得不说，这本书在处理“网络入门”这一块的叙述方式，简直是带着一种近乎文学性的耐心。市面上大多数老旧的教程，讲到拨号上网时，往往就是“插上网卡，设置MODEM，输入电话号码，等待滴滴声”这么几步草草了事。但《Windows 98简明教程》却花了整整一个章节来剖析**TCP/IP协议栈**在那个时代的应用限制和配置的精妙之处。它详细描绘了IPX/SPX协议与TCP/IP协议之间在新旧网络过渡期内的共存状态，这一点对于理解现代互联网基础架构的演变至关重要。更让我惊喜的是，它竟然深入讲解了**NetBEUI协议**在局域网环境下的优势——那种在没有复杂路由和DHCP服务器的情况下，如何快速实现文件共享和打印机访问的“小技巧”，在如今的NAS时代，反倒成了一种被遗忘的效率哲学。作者在描述如何配置PPPoE连接时，甚至细致到了不同ISP（互联网服务提供商）对连接参数的微小差异，并提供了应对方案。这种对细节的执着，让阅读体验从简单的“操作指南”升级为一次对早期互联网拓扑结构的深度考察。这本书的作者显然不是一个只停留在用户界面的操作员，而是一位深刻理解底层通信原理的工程师。

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这本书的排版和视觉呈现，乍一看也许会让人觉得简陋，但细品之下，却充满了匠心独运的“用户友好性”。我特别留意了关于**多媒体和DirectX**的章节。在那个声卡、显卡驱动程序动辄互相“打架”的年代，如何让游戏跑得顺畅，是所有玩家的头等大事。这本书没有简单地提供最新的驱动下载链接（这在当时也做不到），而是提供了一套**“冲突诊断与降级安装”**的黄金流程。它用非常直观的流程图，展示了当显存不足或者DirectDraw/Direct3D加速出现问题时，用户应该优先检查哪个设备管理器条目，以及如何安全地回滚到上一个稳定版本的驱动。这种系统性的故障排除方法，比任何一个碎片化的论坛帖子都要可靠得多。此外，书中对**声音混音器（Volume Mixer）**的深度解析也令人印象非常深刻，它不仅教你如何调整主音量，还详细解释了MIDI合成器、WAV播放器和CD播放音轨之间的信号路由优先级，这对于学习音频工程基础是极有价值的补充材料。

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读完关于**系统定制和用户权限管理**的章节后，我深刻体会到这本书对于“安全”和“个性化”的独特理解。在那个权限相对扁平化的时代，如何为不同家庭成员设置不同的使用环境，是一个实际的需求。《Windows 98简明教程》深入探讨了**用户配置文件（User Profiles）**的建立和维护，它清晰地指出了不同用户文件夹下的系统缓存和个性化设置是如何被隔离和保存的。但最精彩的部分在于，它超越了简单的“账户切换”，开始触及早期的**文件系统安全**概念。作者用非常生动的比喻，解释了NTFS分区（即便在98时代并非主流）如何提供比FAT32更精细的访问控制列表（ACLs）。虽然98本身对此支持有限，但书中对未来趋势的预见性分析，即“分层安全的重要性”，显示了作者的前瞻性。这种对未来技术走向的隐晦指引，使得这本书不仅是回顾历史，更像是一份写给系统管理员的“武功心法”，强调了对底层权限的敬畏之心。

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这本书的封面设计得相当复古，那种带着点泛黄的纸张质感和简洁的排版，一下子把我带回了那个拨号上网的年代。我本来以为这会是一本纯粹的怀旧读物，毕竟“Windows 98”这个名字本身就带着一股浓厚的时代气息。然而，当我翻开目录，心中那种“是不是又是一本老掉牙的DOS命令集锦”的疑虑立刻烟消云散了。首先，它对操作系统的核心概念解析得极为深入，远超出了普通用户层面。例如，对于内存管理的部分，作者并没有停留在简单地告诉你“多少内存才够用”，而是详尽地阐述了32位寻址空间与传统640KB限制的“恩怨情仇”，甚至配有非常清晰的图示来解释UAM（Upper Memory Area）是如何被巧妙利用的。这对于那些只经历过XP及以后系统的“后来者”来说，无疑是一扇通往早期PC架构理解的奇妙窗口。而且，书中对“软件冲突排查”那一章节的论述简直是教科书级别的。它没有直接罗列一堆错误代码，而是采用了一种**“排除法”**的逻辑推理过程，手把手教你如何通过修改系统配置文件（比如`SYSTEM.INI`和`CONFIG.SYS`）来定位那个该死的冲突源。这套严谨的分析思路，即使拿到今天来看，解决复杂系统问题的底层逻辑依然是相通的。整本书的笔触稳健而有力，读起来既有历史的厚重感，又不失技术探讨的精准性。

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