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出版者:机械工业出版社

作者:邹广慧编

出品人:

页数:186

译者:

出版时间:2001-8

价格:19.0

装帧:平装

isbn号码:9787111084099

丛书系列:

图书标签:

• 汇编语言
• 程序设计
• 计算机科学
• 底层编程
• x86
• MASM
• 汇编
• 编程入门
• 计算机基础
• 技术

深入理解计算机底层逻辑：《操作系统原理与实践》 简介 书籍定位与核心价值 本书《操作系统原理与实践》旨在为读者提供一套全面、深入且极具实践指导意义的操作系统知识体系。它不仅仅是一本理论的阐述，更是一部引导读者亲手构建和理解现代计算核心的实战手册。在当今软件开发日益复杂、对性能和资源管理要求极高的背景下，掌握操作系统的工作机制已成为区分优秀工程师与普通程序员的关键能力。 本书摒弃了市面上许多教材中晦涩难懂、脱离实际的纯理论描述，而是紧密围绕“如何管理资源”和“如何保证并发安全”这两大核心命题，结合当前主流的 x86-64 架构和 Linux 内核的实现细节，为读者构建起一座从硬件抽象到上层应用交互的坚实桥梁。 第一部分：底层基石——硬件与抽象 本部分着重于打牢基础，解释操作系统“为什么”需要存在，以及它如何与物理硬件协同工作。 1. 计算机体系结构回顾与映射： 我们将从微处理器的工作模式开始，详细解析实模式、保护模式与长模式之间的切换机制。重点阐述特权级（Rings）的概念，说明用户空间和内核空间是如何被严格划分以保障系统稳定性的。这部分内容是理解系统调用和异常处理的先决条件。 2. 内存的奥秘：虚拟内存的构建： 虚拟内存是操作系统的核心发明之一。本书将深入讲解分页机制（Paging）的工作原理，包括页表的层次结构、TLB（快表）的作用及其对性能的影响。我们将详细剖析地址翻译过程，并探讨如何实现按需调页（Demand Paging）。在此基础上，我们还将讨论内存保护、内存共享以及内存映射文件（mmap）在实现高效I/O中的作用。 3. 中断、异常与系统调用： 这是用户程序与内核交互的生命线。我们将详细分析硬件中断（如定时器、I/O完成信号）和软件异常（如除零、缺页错误）的处理流程。通过对中断描述符表（IDT）的解析，读者将清晰地看到 CPU 如何将控制权从用户态安全地转移到内核态，并最终理解系统调用接口（Syscall Interface）的调用约定和实现细节。 第二部分：资源调度与并发控制 这是操作系统的“大脑”，负责决定何时、如何将有限的CPU时间分配给竞争的任务。 4. 进程与线程管理： 本章将严格区分进程（Process）和线程（Thread）的定义、区别与联系。深入探讨进程的生命周期，以及上下文切换（Context Switching）的机制，包括寄存器保存、栈指针更新等底层操作。对于线程，我们将着重介绍用户级线程与内核级线程的区别，以及现代操作系统如何管理轻量级进程。 5. CPU 调度算法的实战演练： 我们不仅会介绍经典的调度算法（如先来先服务、最短作业优先、时间片轮转），更重要的是，将重点放在现代内核实际采用的调度器上，例如 完全公平调度器（CFS）。本书将通过模拟和分析实际的运行队列，展示 CFS 如何通过“虚拟运行时间”的概念实现对 CPU 资源的精细化、动态化管理，确保系统的高响应性和公平性。 6. 经典同步与互斥问题： 并发环境下，数据一致性是最大的挑战。本书系统梳理了经典的同步原语：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）。针对每一种原语，我们不仅讲解其理论模型，更会深入到内核态的实现细节，如如何利用原子操作或禁用中断来构建高效的同步机制，并着重分析死锁（Deadlock）的四个必要条件及其预防、检测与解除策略。 第三部分：高效I/O与存储管理 本部分关注系统如何与外部世界交互，以及如何高效地组织和持久化数据。 7. 文件系统结构与实现： 介绍文件系统的基本概念，包括文件、目录、i-node（索引节点）和数据块。本书将重点剖析日志式文件系统（如Ext4/XFS）的工作原理，解释日志在保证事务原子性和崩溃恢复中的关键作用。我们还将探讨虚拟文件系统（VFS）层，理解不同具体文件系统如何通过统一的接口为上层应用提供服务。 8. 块设备管理与I/O调度： 存储设备（如SSD、HDD）的访问速度远低于内存。本章将解析I/O子系统的架构，从系统调用到驱动程序的完整路径。尤其关注I/O调度器（如Deadline、NOOP、CFQ/BFQ）的工作方式，解释它们如何通过重新排序和合并磁盘请求，以最小化机械臂的移动时间或优化SSD的读写模式，从而提高整体吞吐量。 9. 缓冲区管理与缓存策略： 操作系统通过缓存来弥合速度的鸿沟。本书将深入探讨页缓存（Page Cache）和缓冲区缓存（Buffer Cache）的设计，分析LRU（最近最少使用）、LFU（最不经常使用）等缓存替换策略的优劣，以及它们在实际内核中是如何被优化和组合使用的。 实践与展望 全书贯穿了大量的代码片段（主要基于C语言和Linux内核API）和系统级调试案例。每一章都包含“动手实践”环节，鼓励读者利用虚拟机环境，自行编译和修改简化版的内核模块，观察并发冲突、内存分配失败或调度器决策的实际效果。 本书的最终目标是培养读者从“使用”操作系统的视角，跃升到“设计与实现”操作系统的视角，真正掌握现代计算系统的运行脉络，为从事系统编程、高性能计算、嵌入式开发或云计算基础设施构建打下坚实的基础。

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这本书的装帧和纸张质量也值得称赞，长时间阅读下来，眼睛的疲劳感明显低于我之前阅读的其他技术书籍，这对于需要长时间沉浸式学习的读者来说，是一个巨大的加分项。内容编排上，我特别欣赏作者对不同体系结构汇编语言的兼容性处理。虽然主要篇幅集中在主流的Intel/AMD架构上，但作者在关键的过渡点，会适当地提及其他体系结构（如ARM）在某些概念上的异同，这种宏观视野的拓展，避免了让读者陷入对单一平台的局限性认知中。书后的附录部分收录了大量的参考资料和指令集速查表，这些都是在实际工作中极其便利的工具，体现了作者的实用主义精神。总结来说，这本书的逻辑脉络清晰得令人赞叹，它没有把汇编描绘成遥不可及的禁区，而是像一位经验丰富的向导，带着你一步步地穿越复杂的底层迷宫，让你在安全的环境中，充分锻炼你的逻辑推理和问题分解能力。这是一本可以反复研读，每一次都会有新收获的经典之作。

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这本书拿到手里的时候，说实话，我有点犹豫，因为我对底层编程一直心存敬畏，总觉得汇编是少数天才才能掌握的领域。然而，这本书的开篇就给我吃了一颗定心丸。作者似乎深谙初学者的心理，他没有直接跳到复杂的指令集上，而是花了大篇幅讲解了为什么我们需要汇编，以及它在特定场景下无可替代的价值。这一点非常关键，它帮助我建立了学习这门语言的内在驱动力，而不是为了应付考试。我最喜欢的部分是关于程序优化和性能调优的讨论，那里面的技巧非常精妙，比如如何利用流水线特性、如何有效地使用栈，这些都不是单纯的语法堆砌，而是蕴含着深刻的计算机体系结构智慧。书中的例题设计得非常巧妙，难度是逐步递增的，从最基础的加减乘除，到复杂的字符串处理和子程序调用，每一步都像是精心设置的阶梯，让你在不知不觉中就攀登到了一个更高的层次。我感觉自己不是在“学习”一门编程语言，而是在学习一种“思考”计算机的方式，一种更加贴近硬件的、更具洞察力的视角。

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这本书的价值，超越了单纯的技术手册范畴，更像是一本“计算思维的培养指南”。我之前学习C语言时，总觉得对内存的控制力有限，总有一种“被隐藏”的感觉。但阅读这本书后，我才真正理解了指针的威力，以及栈帧是如何在运行时动态管理的。书中对内存对齐和Cache局部性原理的阐述，让我对程序性能瓶颈有了更清晰的认识。作者的叙述风格带着一种老派的严谨和对精确性的执着，每一个术语的定义都力求无懈可击，这种态度深深地感染了我。例如，在讲解不同寻址模式的效率差异时，作者不仅给出了理论上的分析，还引用了实际的性能测试数据，这种“用数据说话”的做法，让人信服力倍增。我强烈推荐给那些希望成为系统级程序员、编译器开发者或者需要进行底层性能优化的工程师们，因为它提供了一种深入底层的、不可替代的视角。这本书厚实的分量，绝不是灌水，而是沉甸甸的干货积累。

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这本书的封面设计得非常简洁，黑底白字，看起来有一种沉稳老练的感觉，书脊上的烫金字体在灯光下微微闪烁，透露出一种专业的气息。初次翻开这本书，我最直观的感受是它的排版非常清晰，章节划分合理，逻辑流畅。作者在引言部分就为我们勾勒出了汇编语言这门学科在现代计算机科学中的地位，没有过多渲染其复杂性，而是以一种务实、严谨的态度引导读者进入主题。我尤其欣赏作者对底层硬件机制的深入浅出地解释，比如寄存器、内存寻址模式这些初学者容易感到困惑的地方，书中都有非常详尽的图示和案例辅助说明，不像有些教材那样干巴巴地堆砌概念。读完前几章，我对CPU的工作原理有了一个全新的认识，这不仅仅是学习一门“过时”的语言，更像是打开了一扇通往计算机“心脏”的门。这本书的语言风格是偏学术性的，但又不失亲和力，大量的代码示例都是经过精心挑选和优化的，可以直接在主流的x86架构下运行和调试，对于动手能力强的学习者来说，这无疑是一份宝贵的资源。它确实为我后续深入学习操作系统和嵌入式开发打下了坚实的基础。

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阅读体验上，这本书的难度曲线控制得相当平滑，这一点对于自学者来说至关重要。我发现许多同类书籍往往在介绍完基本的数据类型和跳转指令后，就开始引入复杂的宏定义和段寄存器操作，让人望而却步。但这本书明显做了大量的结构性调整，它把一些高级话题后置，确保读者对核心概念的掌握是扎实可靠的。举个例子，书中对中断和异常处理的讲解，采用了分层递进的方式，先从软件模拟的角度理解，然后再逐步引入硬件中断向量表，这种由浅入深的引导，极大地降低了理解门槛。而且，书中的注释非常到位，很多时候，一个关键的注释比旁边的几段解释性文字更加直观有力，让人拍案叫绝。我个人在使用这本书进行学习时，常常会停下来思考作者为什么要这样组织内容，这样设计案例，这种结构化的思考过程本身就是一种宝贵的学习体验。如果非要找一个可以改进的地方，也许是书中对现代操作系统环境下，汇编代码与高级语言交互的最新规范，可以再增加一些前沿的实例，但这或许已经超出了本书的初始定位了。

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