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出版者:Addison-Wesley

作者:Langer, Maria

出品人:

页数:720

译者:

出版时间:

价格:$ 28.24

装帧:Pap

isbn号码:9780321305268

丛书系列:

图书标签:

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深入理解与实践：现代操作系统核心架构与前沿技术 本书面向所有对操作系统底层原理、系统级编程、性能优化以及前沿计算技术抱有浓厚兴趣的开发者、系统管理员和计算机科学专业的学生。它摒弃了对特定商业发行版界面的细枝末节的介绍，而是聚焦于现代操作系统赖以生存的核心理论、设计哲学与工程实现，旨在构建一套坚实、普适的系统级知识体系。 --- 第一部分：操作系统基石——现代内核的结构与设计哲学 (约450字) 本部分将带领读者深入探究通用操作系统（General Purpose Operating Systems, GPOS）的内在骨架。我们将从宏观视角剖析内核的职责边界、用户空间与内核空间的隔离机制，并详尽阐述中断处理和异常机制在系统运行中的关键作用。 进程与线程模型： 我们将超越简单的定义，探讨现代操作系统如何高效地管理并发性。深入分析调度算法的演进，从传统的时分复用调度（Time-Sharing）到更复杂的、面向多核和异构计算环境的公平性调度（Fair-Share Scheduling）和实时调度策略。重点将放在上下文切换（Context Switching）的开销分析，以及如何通过硬件支持（如TLB维护）来优化这一关键操作。 内存管理： 本章是本书的重点之一。我们将详细解析虚拟内存系统的核心组件：页表结构、地址翻译流程（包括缓存和硬件加速器的作用）、缺页异常（Page Fault）的处理流程。同时，本书将深入探讨内存分配器的设计艺术，对比 Slab 分配器、伙伴系统（Buddy System）以及针对大型对象分配的策略，并分析内存碎片化问题的成因与缓解措施。 同步与互斥： 现代并发编程的基石。本书将系统性地讲解同步原语的底层实现，包括自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）和条件变量（Condition Variables）。更重要的是，我们将分析这些原语在多处理器（SMP）环境下的性能瓶颈，介绍无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）数据结构的原理，如基于 CAS（Compare-and-Swap）操作的实现，为构建高性能并发应用打下理论基础。 --- 第二部分：系统编程范式与I/O系统架构 (约450字) 本部分专注于操作系统如何向应用程序提供服务，以及数据如何在系统组件间高效流动。 系统调用接口（System Call Interface）： 我们将分析系统调用作为用户空间与内核空间交互桥梁的内部机制。讨论系统调用编号的约定、参数传递的安全性考量，以及系统调用退出时的状态恢复过程。本书将以一个简化的示例，展示如何从汇编层面追踪一个系统调用的完整生命周期。 文件系统结构与数据完整性： 深入解析日志型文件系统（Journaling File Systems）的设计目标——即保证数据在系统崩溃时的一致性。我们将剖析索引节点（Inode）、数据块的分配策略、目录结构的组织方式，并探讨写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在现代存储管理中的应用及其对性能和快照功能的影响。 高效能I/O模型： 传统的阻塞式I/O已无法满足高并发需求。本书将详尽对比和分析异步I/O模型，包括基于事件通知的多路复用技术（如 `select`, `poll`, `epoll`/`kqueue`）的内在工作原理、性能差异和适用场景。此外，我们将介绍直接内存访问（DMA）在绕过内核拷贝以加速数据传输中的核心作用，以及向量I/O（Vector I/O）的优势。 --- 第三部分：系统性能分析与低级调试技术 (约350字) 理解操作系统不仅要知其“如何工作”，更要知其“为何慢”。本部分提供了一套系统的性能分析工具集与底层调试方法论。 性能剖析（Profiling）： 我们将介绍基于统计的采样剖析（Sampling Profiler）和基于指令计数的详细剖析之间的权衡。重点讲解如何利用硬件性能计数器（Hardware Performance Counters, HPCs）来测量缓存未命中率、分支预测错误等关键硬件性能指标，并将这些数据与代码执行路径关联起来。 内核调试与追踪： 本章传授深入内核进行调试的实用技巧。讨论静态调试工具（如内核调试器）的使用陷阱与优势，并重点介绍动态追踪框架（如动态插桩技术），如何在不重新编译内核的情况下，实时监控函数调用栈、内核数据结构的变化，从而定位棘手的竞态条件或内存泄漏问题。 启动流程与初始化序列： 探究操作系统从硬件加电到用户环境就绪的完整过程。分析引导加载程序（Bootloader）的角色、内核的自解压与初始化阶段、核心子系统的启动顺序（如中断描述符表设置、早期内存映射的建立），这对于理解系统启动时可能出现的故障至关重要。 --- 第四部分：面向未来的计算：虚拟化与安全强化 (约250字) 本部分将目光投向现代计算环境中的两个关键抽象层：资源隔离与安全边界的构建。 系统虚拟化基础： 剖析全虚拟化（Full Virtualization）、硬件辅助虚拟化（如Intel VT-x/AMD-V）和半虚拟化（Paravirtualization）之间的技术差异。重点解释影子页表和EPT/NPT（扩展页表/嵌套页表）等关键技术如何实现对访存指令的拦截与透明化处理，使得访客操作系统（Guest OS）能高效运行。 操作系统的安全模型： 探讨现代操作系统如何通过强制访问控制（MAC）模型来增强安全性。分析权限分离（Principle of Least Privilege）的设计理念，以及内核如何通过对系统调用的严格验证和沙箱（Sandboxing）机制来限制潜在恶意代码的影响范围。我们将对比基于身份（RBAC）和基于属性（ABAC）的安全策略在内核层面的实现挑战。 --- 结语： 本书的最终目标是培养读者“像操作系统设计者一样思考”的能力。通过对底层机制的彻底解构和对工程权衡的深入探讨，读者将能够构建出更健壮、更快速、更安全的软件系统。

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我对这本书的侧重点感到非常困惑，因为它似乎完全错过了那个操作系统版本迭代中最具革命性的那部分技术革新。我购买它是希望能深入了解其在多媒体处理，特别是视频编码和解码流程上的飞跃。那个时期，硬件加速的概念刚刚兴起，我期待这本书能详细解释新的硬件抽象层（HAL）是如何被设计来与特定的图形和视频处理单元（GPU/VPU）无缝对接的，以及驱动层是如何保证实时视频流的低延迟和高帧率输出。我希望看到关于软件编解码器与硬件加速模块之间的切换机制的讨论，以及在不同性能等级的机器上，系统是如何自动进行性能调优的策略。然而，这本书对这些前沿技术只是蜻蜓点水般地提了一笔，似乎将其视为“高级功能”而不予详述。取而代之的是，它花了大量的篇幅来介绍如何使用内置的应用程序来编辑低分辨率的静态图片，或者如何导入和管理CD音轨。这种内容分配的严重失衡，让我觉得这本书的作者对“当时最先进的技术趋势”的理解存在偏差，它仿佛停留在前一个时代的技术水平上，错过了捕捉到那个版本真正令人兴奋的技术亮点，留给我的只有对那些早已过时的基础操作的冗长说明。

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这本书的叙事节奏简直让人抓狂，我原本以为它会像一本精彩的侦探小说那样，层层递进地揭示某个特定时代软件工程的精妙之处。我热衷于研究软件设计模式是如何在资源受限的环境下演进的，尤其是在图形渲染和内存管理方面，如何通过巧妙的抽象来突破物理硬件的限制。我满心期待看到对早期Quartz 2D引擎或Core Audio框架底层算法的深度剖析，那种能让人拍案叫绝的“黑客”智慧。然而，这本书给我的感觉更像是旅行指南，详细描述了“去哪里，点击什么按钮，然后你会看到一个漂亮的图标出现”。它花费了大量的篇幅来描述如何拖动图标、如何设置菜单栏的颜色偏好，甚至用了好几页来解释打印机驱动程序的安装步骤，这些内容对于我来说，简直是时间的巨大浪费。我需要的，是那些在操作系统发布初期，工程师们在面对编译器限制和内存碎片化问题时，是如何进行“战术性妥协”和“革命性创新”的细节。这本书里充斥着大量的美化和用户体验的“小技巧”，比如如何定制桌面背景的动态效果，或者设置特定的系统提示音，这些显然是为那些刚刚接触图形界面的用户准备的。它缺少了对那个时代“为什么是这样设计”的深刻反思，仅仅停留在“它就是这样”的表面描述，实在无法满足我对技术深度刨根问底的渴望。

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这本书的语言风格，老实说，给我一种极其老派和说教的感觉，仿佛是七十年代的教材被直接搬了过来，完全没有考虑到现代读者的阅读习惯。我习惯了那种短小精悍、信息密度极高的技术写作方式，最好是能用图表和流程图来直接传达复杂的逻辑关系。这本书的段落冗长，句子结构复杂，充满了大量的修饰语和不必要的状语，导致我必须反复阅读才能准确把握其意图。举个例子，它在描述一个简单的文件权限设置时，能用上三四句绕来绕去的长句，而不是一个简洁的命令格式说明加一个简洁的解释。我特别想了解的是关于早期安全模型中的沙箱机制和权限提升漏洞的预防措施，这些内容需要非常精确和严谨的表述，但这本书的表达方式太过“文学化”，反而削弱了技术信息的严肃性和可操作性。我感觉作者似乎更在意的是“如何优雅地说明一个操作”，而不是“如何高效地执行一个操作”。这使得我用来查找特定技术细节的效率非常低下，每次查找一个关键配置点，都像是在一片厚厚的文字海洋中打捞一根针，最终放弃查找，转而去搜索引擎上碰运气，效率比直接阅读官方文档的英文原版还要低。

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天哪，我最近终于下定决心开始研究那个老掉牙的硬件配置了，想看看能不能在旧机器上榨出点性能来。为此，我翻遍了手头的资料，找到了一本号称是关于某个经典操作系统的权威指南。拿到这本书的时候，说实话，我对它的期望值并不高，毕竟年代感太强了，我主要想找一些关于系统底层优化和硬件兼容性的秘籍，尤其是在那些特定型号的PowerPC架构机器上如何稳定运行高负载应用。这本书的装帧和印刷质量倒是挺有那个时代特色的，封面设计简单直接，没有太多花哨的图形，一看就是那种纯粹的技术手册风格。我最想知道的是，里面有没有详细讲解早期的磁盘阵列配置和网络共享协议的底层实现，因为我手头有个项目需要用到那些老旧的服务器设备来做数据迁移，对权限控制和数据一致性的要求极高。我翻了很久，发现它似乎更侧重于用户界面的操作流程和软件安装指导，对于我这种深入到系统内核和驱动层面的需求，提供的信息简直是杯水车薪。特别是关于那个时代流行的第三方驱动程序的兼容性列表，我期望能看到一个详尽的表格，标明不同版本内核下各个硬件的性能表现，但这本书里几乎没有这方面的内容，这让我感到非常失望，感觉它更像是一本面向普通用户、而非资深系统管理员的入门手册。我最终不得不转向更专业的论坛和邮件列表去寻找我需要的那些硬核技术细节，这本书对我目前的工作流程来说，提供的帮助非常有限，更像是一份历史性的快照，而不是一本可操作的维修手册。

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说实话，我买这本书的初衷，是想弄清楚早期开源项目是如何与这个封闭的商业系统进行交互和融合的。我一直对那个时期，自由软件社区是如何试图渗透并贡献于商业操作系统的底层接口感到非常好奇。我特别关注像XFree86或者早期GCC编译器的特定补丁是如何被集成到官方构建过程中的，以及这些集成过程中涉及到的知识产权和技术路线的博弈。我期待这本书能提供一些幕后的花絮，比如某个关键的API接口设计者是如何权衡性能与兼容性的，或者某个里程碑版本发布前夕，开发团队内部紧张的讨论过程。我希望看到一些代码片段，哪怕是伪代码，来佐证某些设计决策的合理性，比如内存池的分配策略是如何避免死锁的。然而，这本书给我的印象是，它对外界的讨论几乎是“绝缘”的。它完全沉浸在官方的叙事框架中，对任何可能涉及“非官方”技术交流的部分都避而不谈。它把整个系统的诞生描绘成一个神圣且孤立的工程奇迹，缺乏对生态系统中其他重要参与者的关注。我读完后，对于系统内部是如何与外部工具链协作的问题，依然一无所知，感觉像是只看到了冰山露出水面的那一角，而水面下波涛汹涌的真实技术斗争却完全被省略了。

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