C++精解和程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:509

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出版时间:2008-6

价格:65.00元

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isbn号码:9787111238942

丛书系列:计算机科学丛书

图书标签:

• c++
• 软件工程
• 计算机
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深入理解操作系统：从内核到用户空间 (操作系统原理与实践) 本书简介 本手册旨在为读者提供一个全面、深入且实用的操作系统（Operating System, OS）知识体系，聚焦于现代操作系统的核心机制、设计思想、实现细节以及在实际应用中的性能考量。本书不涉及C++语言的特定语法或面向对象编程技巧，而是完全专注于操作系统层面的理论构建与工程实践。 第一部分：操作系统的基石与历史演进 本部分将首先奠定读者对操作系统的基本认知。我们将追溯操作系统的起源，从早期的批处理系统到分时系统、实时系统，最终过渡到现代多用户、多任务的通用操作系统。 1.1 操作系统概述与目标： 深入探讨操作系统的核心职能——资源管理、抽象化和提供用户接口。我们将细致分析操作系统的三大基本目标：便利性、效率和健壮性。 1.2 硬件基础回顾： 操作系统是建立在硬件之上的软件。本章将回顾必需的硬件概念，重点在于CPU结构（寄存器、指令集架构）、内存层次结构（缓存、主存、MMU的工作原理）以及中断和异常处理机制。我们将详细解析CPU如何通过特权级（Ring 0 和 Ring 3）来区分内核态和用户态，这是安全隔离的基础。 1.3 系统调用接口： 系统调用（System Call）是用户程序与内核交互的唯一安全途径。本章将剖析系统调用的底层实现，包括参数传递、陷阱（Trap）的触发、上下文切换的初步概念，以及如何保证系统调用的原子性和安全性。 第二部分：进程与线程管理 进程和线程是操作系统实现并发执行的基本模型。本部分将对它们的生命周期、状态转换以及管理机制进行详尽的阐述。 2.1 进程的抽象与状态机： 详细描述进程控制块（PCB）的结构，它是内核描述一个进程的全部信息。我们将分析进程的五种或更多状态（如新建、就绪、运行、阻塞、终止）之间的精确转换条件和触发事件。 2.2 进程上下文切换： 深入探讨上下文切换（Context Switch）的开销与流程。这包括保存当前进程的CPU状态（通用寄存器、程序计数器、堆栈指针、特权级信息）到PCB，并恢复下一个进程的这些状态。我们将分析TLB（Translation Lookaside Buffer）在切换过程中的影响。 2.3 线程模型与用户级/内核级线程： 区分进程与线程的异同，重点分析用户级线程（User-Level Threads）和内核级线程（Kernel-Level Threads）的优劣。我们还将介绍多对多（Many-to-Many）的轻量级进程（LWP）模型，以及现代操作系统（如Linux、Windows）如何实现线程调度。 2.4 进程间通信（IPC）： 详述各种IPC机制，包括： 共享内存： 效率最高的通信方式，涉及的同步问题。 消息传递： 管道（Pipe，包括命名管道）、消息队列。 信号（Signals）： 异步事件通知机制。 套接字（Sockets）： 跨网络或本地进程间通信的基础。 第三部分：CPU调度 本部分专注于操作系统如何公平、高效地分配有限的CPU时间给就绪进程或线程。 3.1 调度目标与性能指标： 定义关键的调度度量指标，如周转时间（Turnaround Time）、等待时间（Waiting Time）、响应时间（Response Time）以及CPU利用率。讨论抢占式（Preemptive）与非抢占式（Non-preemptive）调度的差异。 3.2 经典调度算法详解： 先来先服务（FCFS） 和 最短作业优先（SJF）：理论分析与实际应用限制。 时间片轮转（Round Robin, RR）： 重点讨论时间片大小的选择对系统性能的影响。 优先级调度： 静态与动态优先级，以及老化（Aging） 机制的引入。 3.3 现代多级反馈队列调度器（MLFQ）： 深入剖析MLFQ的设计思想，它如何通过不同的时间片和优先级层级来平衡交互式和CPU密集型任务的需求。 3.4 多处理器调度（SMP）： 探讨对称多处理（SMP）环境下的调度挑战，包括负载均衡（Load Balancing）和缓存亲和性（Cache Affinity）的优化策略。 第四部分：内存管理 内存是操作系统最关键的管理资源之一。本部分系统地讲解内存的抽象、保护和高效利用。 4.1 逻辑地址与物理地址： 详细阐述地址转换的机制，从用户程序看到的逻辑地址到内存硬件实际使用的物理地址。 4.2 分页机制（Paging）： 深入讲解页表的结构（单级、多级页表），以及如何通过页表项（PTE）实现按需调页（Demand Paging）。TLB（快表） 的工作原理及其对性能的决定性作用将被详尽分析。 4.3 虚拟内存与内存保护： 阐释虚拟内存（Virtual Memory）如何通过地址空间隔离实现安全保护。分析内存保护机制，确保一个进程不能访问另一个进程的内存空间。 4.4 页面置换算法： 当物理内存不足时，内核必须决定换出哪个页面。我们将分析和比较经典算法： 最佳（OPT）（理论基准） 先进先出（FIFO） 最近最少使用（LRU） 及其在实际系统中的近似实现（如第二次机会/时钟算法）。 4.5 分段（Segmentation）与分段/分页的结合： 讨论分段机制的优势与局限，以及现代x86架构如何采用段页式管理。 第五部分：并发控制与同步 并发执行带来了共享数据访问的竞争条件（Race Condition），本部分专注于如何确保操作的原子性和数据的一致性。 5.1 互斥（Mutual Exclusion）的必要性： 阐述临界区（Critical Section）的概念，以及使用禁用中断或硬件指令（如TestAndSet, CompareAndSwap）来实现互斥的底层方法。 5.2 经典同步工具： 信号量（Semaphores）： 分析计数信号量和二元信号量（Mutex）的定义、初始化和操作（wait/P 和 signal/V）。 管程（Monitors）： 以高级语言结构的形式实现更安全、更易于编程的并发控制。 5.3 经典同步问题分析： 深入探讨并提供解决方案：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题。分析如何避免死锁（Deadlock） 的发生（预防、避免、检测与恢复策略）。 第六部分：文件系统与I/O管理 本部分聚焦于数据如何在持久化存储中组织、访问和保护，以及如何高效地管理硬件输入/输出。 6.1 文件系统结构： 讨论文件抽象（文件、目录、链接）和文件访问方法（顺序、直接、索引）。重点分析磁盘存储的物理结构和性能特点。 6.2 文件系统实现： 详述文件系统的核心组件： i-node（索引节点） 结构及其存储的文件元数据。 目录结构 的实现方式（线性列表、哈希表）。 空闲空间管理：位图法和空闲链表法。 6.3 磁盘调度： 探讨如何通过优化磁盘臂的移动来最小化寻道时间。分析先进的磁盘调度算法：FCFS, SSTF, SCAN (Elevator), C-SCAN 的性能特性。 6.4 I/O 硬件与软件接口： 讲解I/O设备的类型和驱动程序的作用。剖析中断驱动I/O、轮询I/O和直接内存访问（DMA） 机制在数据传输中的效率差异。 第七部分：内核架构与安全 7.1 内核设计类型： 比较宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）和混合内核的架构哲学、优缺点及性能权衡。 7.2 基础安全模型： 探讨操作系统的安全基石，包括用户身份验证、访问控制列表（ACLs）和权限管理的基本原理。 本书旨在为希望深入理解操作系统底层工作原理的专业人士、系统程序员以及高级计算机科学专业的学生提供一份坚实的技术参考。通过对这些核心主题的精细剖析，读者将能够更好地进行系统级编程、性能调优和故障诊断。

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我发现这本书在处理标准库的应用和性能优化这块内容时，展现出了异于常人的洞察力。许多工具书只会停留在告诉你“应该用 `std::vector` 而不是裸数组”，但这本书更进一步地深入剖析了 `std::vector` 内部内存管理机制、迭代器失效的深层原因，以及不同编译器下优化级别的差异对容器性能的微妙影响。尤其是对比不同排序算法在特定数据分布下的性能表现，作者提供的实验数据和分析详实到令人发指。这绝不是一般程序员能轻易接触到的“内部秘辛”。它似乎是为那些立志成为系统级或底层开发人员的读者量身定做的，它教会你如何像编译器一样去思考内存分配和CPU缓存的工作原理，将抽象的代码概念转化为对真实硬件行为的精确预测。

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从实际使用的角度来看，这本书的价值体现在其极佳的参考性和可检索性。虽然内容深度很高，但作者似乎预见到了读者在实际工作中遇到特定疑难杂症时的需求。书中包含了一个庞大而详尽的索引系统，而且章节之间的交叉引用设计得非常巧妙。当我遇到一个关于异常安全性的问题时，可以顺藤摸瓜地找到构造函数、析构函数以及拷贝赋值运算符在不同场景下的完整行为模式，而不是只得到一个零散的片段解释。这种结构化的知识组织方式，使得这本书不仅仅是一本“读完就束之高阁”的教程，更像是一部可以常备手边的“技术词典”或“思维导图”。它提供了一种解决复杂问题的框架，而不是仅仅提供一个速食的答案，这种长远的指导意义是无可替代的。

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初翻这本书，最大的感受就是其内容的广度和深度达到了一个近乎百科全书的级别。它似乎不仅仅满足于讲解 C++ 的基础语法，而是深入到了 C++ 语言哲学层面。我特别欣赏作者在处理面向对象范式时的那种抽丝剥茧的叙述方式，不像很多教程那样只是简单地罗列 `class` 和 `inheritance`，而是用大量的、精心构造的案例来剖析设计模式是如何在 C++ 这门语言的限制和特性中自然生长出来的。读完关于模板元编程的那几章，我仿佛完成了一次智力上的攀登，那些原本晦涩难懂的编译期计算逻辑，在作者精妙的比喻下变得清晰可辨。这种讲解方式，需要的不仅仅是技术能力，更需要极强的教学智慧和对计算机科学底层原理的深刻洞察力。它引导的不是“如何写出能跑的代码”，而是“如何思考出健壮且高效的软件架构”。

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这本书的语言风格简直是教科书级别的典范，它摒弃了现代技术文档中常见的浮躁和过于口语化的倾向，用一种近乎古典的、严谨的学术笔调进行阐述。每一个句子都经过了精心的打磨，逻辑链条完整无懈可击，几乎没有歧义存在的空间。例如，在解释 RAII 原则时，作者没有使用流行词汇来哗众取宠，而是通过对资源生命周期与对象生命周期严格绑定的数学化论证，构建起坚不可摧的语义堡垒。这种文字上的克制和精确性，对于需要建立扎实理论基础的学习者来说是无价之宝。它强迫读者慢下来，去咀嚼每一个术语背后的精确含义，而不是囫囵吞枣地记住一个貌似合理的解释。读起来虽需要集中精力，但一旦理解，那种知识被牢牢掌握的感觉是其他轻量级读物无法比拟的。

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这本书的排版设计真是让人眼前一亮，拿到手时就被它沉稳的墨绿色封面和精致的烫金字体吸引住了。内页的纸张质感非常棒，拿在手里沉甸甸的，那种老派的、严谨的书籍气息扑面而来，让人立刻进入学习状态。装帧的工艺也看得出非常用心，书脊结实，翻阅起来手感极佳，即使长时间阅读也不会感到疲劳。而且，书中的图表和代码块的排版处理得极为专业，每一个逻辑流程图都清晰锐利，代码的缩进和高亮处理得恰到好处，完全没有那种廉价教材常见的模糊不清或错位现象。这种对细节的极致追求，体现了出版方对经典技术书籍应有的尊重，也间接说明了内容本身的重量感和深度。对于一个注重阅读体验的技术人来说，光是捧着这本书，就已经感受到一种踏实的学习动力，而不是面对一堆随意的电子文档或印刷粗糙的资料。

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很一般，没有太多惊艳之处……

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太基础了，有点后悔。。每章后面的采访不错，大牛说了，标准库要懂。。

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