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出版者:人民邮电

作者:[美]MichaelK.Joh

出品人:

页数:702

译者:

出版时间:2006-7

价格:75.00元

装帧:

isbn号码:9787115149411

丛书系列:典藏原版书苑

图书标签:

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《深入剖析：现代操作系统内核设计与实现》 内容简介： 在数字化浪潮汹涌而来的今天，操作系统作为连接硬件与软件的桥梁，其稳定、高效与安全至关重要。本书并非泛泛而谈的操作系统概览，而是以对现代操作系统内核进行深度剖析为目标，带领读者一步步揭开其神秘的面纱，理解其内在运作的精妙之处。《深入剖析：现代操作系统内核设计与实现》旨在为那些渴望真正掌控计算机底层机制的开发者、系统工程师以及计算机科学的探索者提供一条清晰而详实的学习路径。 本书的叙事逻辑并非从宏观的概念模型出发，而是从最基础的硬件交互开始，层层递进，直至复杂的系统服务。我们将从处理器架构的根本出发，详细阐述CPU的工作原理、指令集、内存管理单元（MMU）的作用，以及中断和异常处理机制如何让硬件能够有效地与操作系统进行沟通。理解这些底层细节，是掌握后续内核功能的基石。 随后，我们将深入探讨进程管理。书中会详细讲解进程是如何被创建、调度和销毁的。我们不仅会介绍经典的调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（Round Robin）等，更会分析现代操作系统中采用的更为复杂且高效的调度策略，例如完全公平调度器（CFS）在Linux内核中的实现原理。我们将剖析进程控制块（PCB）的数据结构，理解其在操作系统内核中的核心作用，以及线程模型（内核级线程与用户级线程）的实现差异与优劣。此外，死锁的成因、检测与避免策略也将得到深入讲解。 内存管理是操作系统的另一大核心。本书将详细介绍虚拟内存的概念，包括分页、分段以及它们如何协同工作来为每个进程提供独立的、连续的地址空间。我们将深入理解页表（Page Table）的结构和遍历过程，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）对性能的影响。页面置换算法（如LRU、FIFO、OPT）的原理与实现分析，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程，将帮助读者理解内存如何被高效地利用和管理。对于内存分配，我们将剖析伙伴系统（Buddy System）、 slab分配器等内核内存分配机制，解释它们如何解决小内存块分配的碎片化问题。 进程间通信（IPC）机制是多进程协同工作的基础。本书将逐一剖析各种常见的IPC方法，包括管道（Pipe）、命名管道（FIFO）、消息队列（Message Queue）、共享内存（Shared Memory）以及信号量（Semaphore）。对于每种机制，我们将详细讲解其工作原理、数据传输方式、同步与异步特性，并探讨它们各自的适用场景与性能瓶颈。信号（Signal）作为一种异步通知机制，其处理流程、信号掩码（Signal Mask）和信号处理函数（Signal Handler）的编写方式也将得到详尽的介绍。 文件系统作为用户与存储设备交互的界面，其设计与实现对系统的可用性和性能至关重要。本书将从文件系统的基本概念入手，讲解目录结构、文件描述符（File Descriptor）、超级块（Superblock）、inode等核心数据结构。我们将深入分析几种典型的文件系统，例如Ext4、XFS等，剖析它们在文件分配、目录查找、数据读写、元数据管理以及日志（Journaling）等方面的实现细节。此外，缓存机制（如页缓存 Page Cache）在文件I/O中的作用，以及块 I/O 调度器（如CFQ、Deadline、NOOP）的优化策略，也将成为本书的重要组成部分。 设备驱动程序是连接内核与硬件设备的桥梁。本书将带领读者理解设备驱动程序在内核中的地位，以及其与硬件接口通信的基本原理。我们将探讨字符设备（Character Device）和块设备（Block Device）驱动的通用框架，以及中断处理程序（Interrupt Handler）在响应硬件事件中的关键作用。此外，DMA（Direct Memory Access）技术如何绕过CPU实现高效数据传输，也将得到详细的阐述。 网络协议栈是现代操作系统不可或缺的一部分。本书将详细讲解TCP/IP协议族的体系结构，从链路层（如Ethernet）、网络层（IP）、传输层（TCP/UDP）到应用层（HTTP/FTP等）。我们将深入分析TCP连接的建立（三次握手）、数据传输、拥塞控制（Congestion Control）以及断开（四次挥手）的全过程。UDP的无连接特性及其应用场景也将得到介绍。此外，套接字（Socket）API的设计与实现，以及网络设备的驱动模型，将帮助读者理解网络通信的底层原理。 安全机制贯穿于操作系统的各个层面。本书将深入探讨内核级的安全模型，包括权限管理（User and Group IDs）、访问控制列表（ACLs）以及安全增强型Linux（SELinux）等强制访问控制（MAC）机制。进程隔离、内存保护（如NX位、ASLR）以及系统调用（System Call）的安全审计，都将成为本书的讲解重点。 贯穿全书的，将是对并发与同步的深入讨论。多处理器环境下的同步问题，如互斥锁（Mutex）、自旋锁（Spinlock）、读写锁（R/W Lock）、信号量等，以及它们在内核中的使用场景和实现细节，将是不可或缺的部分。条件变量（Condition Variable）和事件（Event）等高级同步原语的原理与应用，也将帮助读者构建健壮的并发程序。 本书的写作风格旨在清晰、严谨且深入。我们不会回避复杂的理论，但会努力用通俗易懂的语言进行解释，并辅以大量的图示和代码示例（尽管不直接提供完整的源码，但会展示关键的实现片段和逻辑伪代码）。读者无需成为某特定操作系统内核的专家，但需要具备扎实的C语言基础和一定的计算机体系结构知识。通过本书的学习，您将能够： 理解操作系统内核的核心组件及其相互协作关系。 掌握进程、线程、内存、文件系统、网络以及安全等关键概念的底层实现。 学会如何分析和调试系统级问题，并优化应用程序的性能。 为进一步深入研究分布式系统、嵌入式系统或操作系统开发奠定坚实的基础。 《深入剖析：现代操作系统内核设计与实现》是一次对计算机底层运作的探索之旅。它邀请您一同深入内核的每一个角落，理解那些默默支撑着我们数字世界的精妙设计。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，简直是一本为志同道合者准备的指南。我一开始就被它对系统底层原理的剖析所吸引，它并没有停留在表面的API调用层面，而是深入挖掘了Linux内核如何与硬件交互，以及应用程序如何高效地利用这些资源。例如，书中对进程间通信（IPC）机制的讲解，从传统的信号量、消息队列到现代的共享内存和D-Bus，每一个部分都配有详尽的代码示例和性能分析。尤其值得称道的是，作者没有回避那些晦涩难懂的概念，而是用一种近乎于讲故事的方式，将复杂的调度算法和内存管理策略娓娓道来。对于那些希望从“会用”升级到“精通”的开发者来说，这本书无疑提供了一个坚实的技术基石。它让我重新审视了过去习以为常的操作，明白了每一个“看似简单”的系统调用背后蕴含的巨大工程智慧。那种豁然开朗的感觉，是很多市面上浮光掠影的技术书无法给予的。我甚至带着书中的思路去调试了我工作中一个棘手的性能瓶颈，效果立竿见影。

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这本书的实战性远远超出了我的预期。我原本以为它会是一本偏向理论的学术性著作，但翻开之后才发现，它更像是一份精心准备的“实战工具箱”。作者似乎完全站在一线开发者的角度思考问题，书中大量的章节都在探讨如何构建健壮、可维护且高性能的Linux应用。从选择合适的构建系统（CMake的深度应用）、到利用最新的容器化技术（与Docker和Podman的集成实践），再到如何编写清晰的日志系统和实现优雅的错误处理机制，每一个环节都被覆盖得滴水不漏。我特别喜欢它对调试技巧的介绍，书中展示了如何熟练运用GDB、Valgrind以及strace等工具，去追踪那些在复杂系统中潜藏的内存泄漏和竞态条件。这些内容不是简单的工具介绍，而是结合了真实案例的剖析，让理论学习立刻转化成了立即可用的技能。这本书对于提升代码质量有着立竿见影的效果，我感觉自己写代码的“肌肉记忆”都在被重塑。

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我不得不说，这本书的作者是一位真正的技术布道者。他的文字中充满了对Linux哲学——简洁、强大、开放——的热爱和理解。这种热情是会感染读者的。在讲解诸如系统调用过程、信号处理等偏底层的知识点时，作者总能找到恰当的比喻来消除读者的畏惧感，让抽象的概念变得具象化。例如，他将Linux的文件描述符比喻成“一把可以指向任何资源的万能钥匙”，这样的描述立刻就能抓住读者的注意力。此外，书中的参考资料和延伸阅读部分做得非常出色，它为那些渴望进一步探索某个特定主题的读者指明了方向，这些资源很多都是经过作者亲自筛选和验证的，省去了读者大海捞光式的搜索时间。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，它更像是一位经验丰富的导师，在你探索Linux这个庞大而迷人的生态系统时，耐心地陪伴你、引导你，让你从心底里对这个强大的操作系统产生敬畏和热爱。

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阅读体验方面，这本书的设计简直是教科书级别的典范。首先，它的排版清晰、逻辑流畅，即使是面对动辄上百行的代码块，也能通过适当的注释和代码高亮保持极高的可读性。其次，作者在构建知识体系时展现了极高的智慧。它没有采用简单的功能堆砌模式，而是建立了一种层层递进的结构，从基础的命令行工具入手，逐步过渡到系统编程的核心概念，最后引向网络通信和并发编程的复杂议题。这种结构使得不同经验水平的读者都能找到自己的切入点。对于新手而言，它可以作为入门的权威参考；对于资深工程师而言，它又提供了深入挖掘细节的宝贵视角。更重要的是，书中大量引用了经典的开源项目代码片段作为佐证，这不仅增加了内容的权威性，也让读者在学习理论的同时，能看到这些理论在实际世界中是如何被伟大软件所应用的。这种结合实际的教学方法，极大地增强了学习的趣味性和持久性。

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这本书最让我感到兴奋的是它对现代Linux开发范式的深刻洞察。它没有沉溺于过时的技术，而是紧密围绕当前行业最前沿的需求展开论述。例如，书中对异步I/O模型（io_uring）的详细介绍，以及如何在现代多核环境下设计高效的并行计算框架，这些内容在其他很多同类书籍中是极其罕见的。作者似乎预见到未来系统软件发展的方向，并提前为读者铺设好了赛道。特别是关于安全性编程的部分，它不仅仅停留在输入验证层面，而是深入探讨了缓冲区溢出、权限提升等安全漏洞的原理和防御机制，这在当前对系统安全日益重视的环境下，显得尤为珍贵。通过阅读这些章节，我认识到开发一个健壮的Linux应用，绝不仅仅是让它能跑起来，更重要的是要让它在各种压力和恶意攻击下依然能保持稳定和安全。这本书提供的视角是前瞻性的，它教你的不是“如何做”，而是“为什么应该这样做”。

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好书。不过没有全部读完，还是当工具书使吧。书里偶尔有错误。

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好书。不过没有全部读完，还是当工具书使吧。书里偶尔有错误。

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看着本书的人还真是少呢

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好书。不过没有全部读完，还是当工具书使吧。书里偶尔有错误。