作業系統概念 6/e pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:東華書局

作者:Abraham Silberschatz

出品人:

页数:0

译者:駱詩軒

出版时间:2002

价格:Peter B. Galvin

装帧:

isbn号码:9789574831234

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 操作系统概念
• 第六版
• 教材
• 计算机系统
• 并发
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统

《计算机体系结构：量化研究方法》 内容简介 本书深入探讨了现代计算机体系结构的量化分析与设计方法，是计算机工程、系统架构以及高性能计算领域研究人员、工程师和高级学生的必备参考书。它不仅涵盖了基础的体系结构概念，更着重于如何运用严谨的量化指标和实验方法来评估、比较和优化计算机系统的性能、功耗和成本。 第一部分：量化分析的基础 本书首先建立了一套严谨的性能评估框架。性能不再仅仅是一个模糊的概念，而是被精确地定义为吞吐量、响应时间（延迟）和利用率等可量化指标。我们详细介绍了著名的“处理器性能公式”（CPU Time = Instruction Count × CPI × Clock Cycle Time），并深入剖析了公式中每一个组成部分的测量与估算技术。 指令集架构（ISA）与编译器的影响： 讨论了不同ISA（如RISC-V, x86）如何影响指令计数（IC），以及编译器优化（如循环展开、指令调度）如何显著改变实际执行的指令数量和类型。 时钟周期与频率： 分析了现代处理器中动态电压和频率调节（DVFS）对周期时间的影响，以及如何准确测量不同工作负载下的实际时钟频率。 每条指令的周期数（CPI）： 这是衡量微架构效率的关键指标。本书详尽阐述了如何通过性能计数器（Performance Counters）获取硬件事件数据，并利用这些数据来诊断指令级别的停顿（Stalls），包括分支预测失误、数据依赖、缓存未命中等。 第二部分：存储系统与层次结构优化 存储系统是现代计算机性能的瓶颈所在。本书将大量的篇幅投入到对存储层次结构的深入量化分析中。 内存层次结构模型： 详细建模了寄存器、多级高速缓存（L1, L2, L3）、主存（DRAM）和持久性存储（SSD/HDD）之间的访问时间、命中率、替换策略（如LRU的变种）和带宽特性。 缓存性能分析： 探讨了如何通过模拟器或硬件事件来精确计算平均内存访问时间（AMAT）。重点分析了不同程序的工作集大小、数据访问模式（空间局部性和时间局部性）对缓存效率的决定性影响。我们提供了量化工具和技术，用于识别和消除“缓存颠簸”（Cache Thrashing）问题。 虚拟内存与TLB： 分析了地址翻译的开销，包括页表查找的延迟，以及TLB（转换后援缓冲器）的命中率如何影响有效访存时间。 第三部分：并行性与多核架构的度量 随着摩尔定律的演进，通用处理器已进入多核时代。本书的核心内容聚焦于如何量化并行程序的性能提升与限制。 阿姆达尔定律（Amdahl's Law）与古斯塔夫森定律（Gustafson's Law）： 重新审视了这些经典定律在多核和大规模并行计算环境下的适用性和局限性。我们侧重于如何通过实验数据来精确确定程序的串行部分比例。 并行效率与可扩展性（Scalability）： 引入了效率（Efficiency）和加速比（Speedup）的量化指标，并探讨了扩展效率下降的主要原因，如同步开销、负载不均衡和通信延迟。 内存一致性模型与互连网络： 分析了缓存一致性协议（如MESI、MOESI）对系统性能的影响，特别是数据共享和同步操作引入的延迟。对片上网络（NoC）的拓扑结构、路由机制和拥塞控制进行量化评估，以确定系统带宽限制。 第四部分：功耗与能效分析 在移动计算和数据中心领域，能效已成为与性能同等重要的设计约束。 动态与静态功耗模型： 建立了精确的功耗模型，区分了动态功耗（与开关活动相关）和静态功耗（漏电）。详细分析了电压、频率和热设计功耗（TDP）之间的复杂关系。 能效指标： 引入了每瓦特性能（Performance per Watt）作为核心能效指标。讨论了如何通过DVFS技术、并行度管理和闲置状态（Idle States）管理来最大化能效。 工作负载敏感的功耗管理： 探讨了操作系统和硬件层面对不同工作负载（如密集计算、I/O密集型）进行功耗优化的策略，例如感知应用行为的功耗调度。 第五部分：系统级模拟与评估工具 本书强调实践性，提供了构建和使用量化模型的具体方法。 性能建模层次： 区分了周期精确模拟（Cycle-Accurate Simulation）、指令集模拟（ISS）和痕迹驱动模拟（Trace-Driven Simulation）的优缺点及其适用场景。 主流模拟器应用： 详细介绍了如何使用如 GEM5、Sniper 或 Pin 等工具链来构建定制的微架构模型，并运行真实或合成的工作负载来获取精确的性能数据。 系统级性能分析： 超越单个CPU核心，本书指导读者如何对整个系统（包括GPU、FPGA加速器和异构计算资源）进行综合的性能和功耗分析，以实现系统级的瓶颈识别与优化。 通过本书的学习，读者将掌握一套科学的、基于数据的体系结构设计和评估方法论，能够自信地量化性能挑战，并设计出满足特定性能、功耗或成本目标的下一代计算系统。

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这本书简直是信息时代的“武功秘籍”，我花了整整一个暑假才啃下来，说实话，里面的某些章节简直就是对人类智力的极限挑战。我记得我第一次翻开它的时候，那密密麻麻的专业术语就像是一堵无法逾越的高墙，什么进程间通信、死锁避免算法、虚拟内存管理，每一个词都像是在对我进行智商上的碾压。但最让我印象深刻的，不是那些枯燥的理论，而是作者在描述那些复杂系统行为时，那种近乎诗意的精确性。比如，他如何将一个看似混乱的多任务环境，通过精妙的调度算法还原成一条条清晰的执行路径，让人恍然大悟，原来我们日常使用的电脑、手机，背后竟隐藏着如此宏大而严谨的逻辑结构。我特别喜欢其中关于文件系统的章节，它不是简单地告诉你文件是怎么存取的，而是深入探讨了数据持久性的哲学意义——如何在易失的硬件上构建永恒的记忆。读完后，我对那些日常的“卡顿”和“崩溃”有了全新的理解，不再是简单的抱怨，而是一种对底层机制的敬畏。这本书的深度，要求读者不仅要有理工科的基础，更需要一种沉下心来，与抽象概念共舞的耐心和毅力。它不是一本能让你快速入门的“速成手册”，而更像是一部需要反复研读、时时回顾的经典著作，每一次重温，都会有新的感悟，仿佛在破解一份古老的密码本。

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这本书给我的最大震撼，是它让我理解了“抽象的代价”。我们现在使用的操作系统，从图形界面到网络协议栈，一切都显得如此自然和便捷，但这本书揭示了这层“便捷”背后的巨大工程量和权衡取舍。它用大量的篇幅来讨论I/O管理，这不是为了炫耀技术细节，而是为了展示硬件与软件交互的复杂性。读到关于中断处理和 DMA（直接内存访问）的部分时，我仿佛能听到CPU在低吼，它如何在毫秒间切换任务，如何与那些速度慢得多的外设进行高效对话。这种对性能瓶颈的深入剖析，让我对软件的“轻量化”和“高效率”有了全新的敬畏。这本书的价值在于它揭示了“透明性”是如何被精心设计出来的——所有的流畅和隐形，都是以复杂的、高成本的机制为代价换来的。它并非提供解决方案，而是提供理解问题的终极视角，让你在面对任何新的系统设计挑战时，都能回溯到最原始的约束条件：硬件的能力、时间线的紧迫性，以及如何在有限的资源中实现最大的功能集合。这本书，与其说是一本关于操作系统的书，不如说是一部关于如何在限制中创造秩序的工程哲学著作。

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说实话，这本书的阅读体验，更像是在攀登一座陡峭的山峰。我花了很长时间才意识到，这本书的真正价值不在于你读懂了多少百分比，而在于它在你脑海中植入的思维框架。它彻底改变了我对“效率”和“公平”的理解。以前我觉得电脑快就是好，但读完关于资源分配和优先级调度的部分后，我开始思考：谁的资源应该优先？系统如何平衡实时响应和后台吞吐？这些看似技术性的问题，背后蕴含着深刻的社会学和伦理学思考。作者巧妙地将这些抽象的伦理困境，映射到具体的算法设计中，让人在优化代码的同时，也开始反思设计背后的价值取向。比如，对“软实时”和“硬实时”的区分，让我意识到，在某些关键应用中，哪怕是毫秒级的延迟，都可能导致灾难性的后果，这远超出了普通用户对“流畅运行”的认知。全书的论述层层递进，从汇编语言的视角逐步过渡到高级抽象，仿佛带着读者一步步下降，深入到硅片和电流的层面去感受计算的脉动。这种自下而上的构建方式，虽然耗时，但一旦构建成功，对整个计算机科学领域的理解都会产生一种基础性的重构，让人站得更高，看得更远。

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这本书的行文风格，我个人感觉非常“硬核”且不近人情，更像是一本官方的技术规范手册，而非一本旨在引导读者的教材。它很少使用类比或者生活化的例子来解释那些晦涩的同步机制，基本上就是直接抛出理论模型和数学证明。我记得有一次，我试图向一位非技术背景的朋友解释“信号量”的工作原理，我发现我完全无法将书中的定义简化成他们能够理解的语言，因为书中的描述本身就是建立在一个极度抽象和精确的数学框架之上的，任何简化都可能导致原意的扭曲。这使得这本书成为了一个知识的“高墙堡垒”，只对那些已经具备一定基础，并且愿意投入大量时间进行纯理论学习的人敞开大门。它不鼓励猜测或启发式学习，而是要求读者严格遵循其推导链条。我经常发现自己需要频繁地查阅前后章节的内容，或者对照其他参考资料来补全上下文的逻辑跳跃。但正是这种毫不妥协的学术严谨性，确保了其内容的可靠性和持久性，使其成为一个恒定的参照标准，而不是随波逐流的流行观点集。

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这本书的排版和插图设计，我必须得提一下，简直是反人类的典范。如果你指望通过清晰的图表就能理解那些复杂的概念，那你恐怕要失望了。很多图示，尤其是那些关于并发控制和内存分页的示意图，乍一看上去就像是上世纪八十年代的工程草图，线条交叉、箭头混乱，初学者完全会被淹没在信息的汪洋大海里。我不得不承认，我在理解“TLB（转换后援缓冲区）”的工作原理时，不得不放弃书本上的图，转而求助于网络上的动画演示，才勉强构建起一个动态的模型。然而，抛开其略显过时的视觉呈现，其内容的严谨性是无可挑剔的。作者似乎有一个执念，就是要将操作系统最底层的、最接近硬件的真相赤裸裸地展现在读者面前，没有任何美化或简化。这种近乎苛刻的真实感，对于那些真心想深入理解系统内核运作的人来说，是无价之宝。它迫使你必须调动所有已有的知识储备，去填补那些逻辑上的空白。这本书更像是一份学术论文集，而不是一本面向大众的科普读物，它的价值不在于“易读性”，而在于其内容的“不可替代性”和“权威性”。每一次尝试阅读都是一次对自身知识边界的试探，但正是这种挑战性，让最终的突破显得格外有成就感。

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