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出版者:Prentice Hall

作者:[美] Andrew S·Tanenbaum

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-02-14

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780136019190

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 现代操作系统
• Tanenbaum
• Andrew S
• Tanenbaum
• 操作系统原理
• 计算机系统
• 分布式系统
• 并发
• 进程管理
• 内存管理

《数字时代的基石：深入探索计算系统的演进与未来》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，计算机系统已不再是实验室中的稀有物件，而是渗透到我们生活、工作和娱乐的方方面面。从智能手机到超级计算机，从云计算平台到嵌入式设备，驱动这一切高效运转的核心力量，正是其底层的系统架构与管理机制。本书旨在为读者提供一个全面、深入且兼具前瞻性的视角，剖析现代计算系统的核心原理、关键技术及其未来的发展趋势。我们不局限于某一特定操作系统的细节实现，而是聚焦于支撑所有先进计算范式的底层逻辑和设计哲学。 第一部分：计算系统的演进与核心范式 本部分将追溯电子计算机自诞生以来的发展脉络，重点剖析从批处理系统到分时系统，再到现代多任务、多用户环境的根本性转变。我们将探讨驱动这些变革的关键技术突破，包括晶体管的发明、集成电路的普及，以及冯·诺依曼架构的深远影响。 硬件与软件的协同进化： 深入分析中央处理器（CPU）的结构演变，如流水线技术、超标量设计和多核处理器的兴起如何对系统软件设计提出新的要求。同时，我们将阐述存储器层次结构的形成原因——从高速缓存（Cache）到主存（RAM），再到持久化存储——以及操作系统如何巧妙地管理这些速度差异巨大的组件，以实现性能最大化。 抽象层的建立： 解释计算机系统如何通过一系列精妙的抽象层，将复杂的硬件资源转化为用户和应用程序可用的、易于管理的逻辑视图。这包括对虚拟化概念的早期探讨，以及不同硬件抽象层（HAL）在系统设计中的作用。 第二部分：资源管理的核心挑战与解决方案 现代计算系统的首要任务是高效、公平且安全地管理有限的硬件资源。本部分将集中探讨在处理并发性、隔离性与可靠性方面所采用的经典算法与创新策略。 进程与线程的生命周期管理： 我们将详细考察进程作为资源分配基本单位的定义，及其与线程（执行路径）之间的内在区别与联系。重点分析上下文切换的开销、线程同步机制（如互斥锁、信号量、条件变量）的适用场景及其潜在的死锁问题。不同调度算法（如轮转法、优先级调度、实时调度）在保证系统吞吐量和公平性方面的权衡。 内存空间的精细控制： 内存管理是系统性能的生命线。本书将详述虚拟内存机制的精髓，包括分页（Paging）和分段（Segmentation）技术如何通过页表和地址翻译硬件，实现进程间的隔离，并有效利用碎片化的物理内存。我们还将讨论页面置换算法（如LRU的变体）的实际应用及其对性能的影响，以及内存保护的关键技术。 文件系统的结构与持久化： 文件系统不仅是数据的组织者，也是数据完整性的守护者。我们将深入研究日志式文件系统的工作原理，解释它们如何通过记录事务日志来确保在系统崩溃后数据的一致性。不同存储介质（如磁性硬盘、固态硬盘）的I/O特性如何影响文件系统的设计选择，以及索引节点（Inode）在文件定位中的核心作用。 第三部分：并发性、并行性与分布式系统的基础 随着摩尔定律的演进，单核性能提升趋缓，系统设计被迫转向多核乃至大规模并行架构。本部分聚焦于如何管理跨越多个处理单元的复杂交互。 同步的复杂性与新型原语： 超越传统的锁机制，本书将介绍现代处理器提供的原子操作（Atomic Operations）如何构建更高效、无锁（Lock-Free）的数据结构。讨论内存模型（Memory Models）的重要性，以及在多核环境下，编译器和硬件如何重新排序指令对并发程序正确性的潜在威胁。 网络通信与系统互联： 现代系统往往是相互连接的。我们将探讨网络协议栈（TCP/IP模型）在操作系统层面的实现，重点关注套接字（Socket）编程模型如何为应用程序提供进程间通信的基础。对低延迟、高吞吐量网络I/O的优化策略也将被涵盖。 分布式计算的初步概念： 简要介绍从单机系统到集群系统的过渡挑战，包括状态同步、一致性模型（如最终一致性）的引入，为后续更高级的分布式系统学习打下坚实的基础。 第四部分：安全性、可靠性与系统编程接口 保障系统的安全性和稳定性是现代操作系统的核心责任。本部分将探讨抵御恶意攻击的防御机制和确保系统韧性的设计原则。 权限控制与安全隔离： 详细分析基于身份的访问控制（ACLs）和基于角色的访问控制（RBAC）。讨论操作系统如何通过内核级特权分离（如用户态与内核态的切换）来保护关键数据结构不被普通应用程序破坏或窃取。 系统调用接口（API）的本质： 系统调用是用户程序与内核通信的唯一受控通道。我们将分析系统调用过程的开销，以及设计一个稳定、兼容的系统调用接口所面临的挑战。 健壮性设计： 探讨错误检测与恢复机制，包括看门狗定时器、故障隔离（Fault Isolation）以及如何设计可快速恢复的系统架构，以应对不可避免的硬件或软件故障。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者对计算系统“为什么这样设计”的深刻理解，而非仅仅停留在“如何使用”的层面。通过对这些底层机制的透彻分析，读者将能更好地理解当前流行技术（如容器化、高性能计算和物联网边缘计算）背后的系统支撑，并有能力参与到下一代计算系统的设计与优化工作中去。本书面向所有对计算机底层原理抱有浓厚兴趣的工程师、计算机科学专业的学生以及架构师，是通往高效、安全、可扩展系统设计的必备阶梯。

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《Modern Operating Systems》在网络通信这部分的内容，可以说是我近期阅读的最大亮点。书中关于 TCP/IP 协议栈的讲解，从最底层的物理层到应用层，每一个层次的功能和交互都讲得十分清晰。我尤其欣赏作者对 socket 编程模型和并发网络服务器设计的阐述，这让我对现代互联网应用背后的技术原理有了更深刻的理解。书中对各种网络安全问题和解决方案的讨论，也让我意识到操作系统在保障网络安全方面扮演着多么关键的角色。

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我一直对操作系统的底层机制充满好奇，而《Modern Operating Systems》这本书简直就是我打开这扇大门的钥匙。书中所讲解的内存管理部分，让我对虚拟内存、分页、分段等概念有了前所未有的清晰认识。特别是对页面置换算法的详细介绍，比如 FIFO、LRU，以及它们在实际系统中的应用，真的让我大开眼界。之前我总觉得内存管理是件很抽象的事情，但通过这本书，我能够清晰地看到操作系统是如何在有限的物理内存中高效地为大量进程分配和管理空间的。

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这本书的厚度确实让人望而生畏，但每一次翻阅都充满了新的发现。除了前面提到的核心内容，《Modern Operating Systems》还广泛地触及了分布式系统、安全性和性能调优等前沿领域。我尤其对书中关于并发控制和同步机制的讲解印象深刻，理解了锁、信号量、管程等概念如何帮助我们解决多线程环境下的数据一致性问题。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本操作系统的百科全书，为我打开了通往更深层次计算机科学的大门。

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哇，终于啃完了《Modern Operating Systems》！这本书的内容简直是如同史诗般宏大，让我对操作系统的理解提升了好几个维度。起初我只是想了解一下进程调度算法，结果却被深深地吸引了进去。书中对各种调度策略的讲解，从最基础的先来先服务到更复杂的优先级调度和多级反馈队列，都描述得淋漓尽致，而且还详细分析了它们各自的优缺点以及适用的场景。我尤其对书中关于实时操作系统调度的内容印象深刻，那里面的时间约束和硬实时、软实时概念，确实是让我脑洞大开。

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这本书不仅仅是关于理论，更重要的是它将理论与实际巧妙地结合在了一起。作者的叙述方式非常引人入胜，就好像一位经验丰富的工程师在娓娓道来，将那些原本可能枯燥的技术细节讲得生动有趣。我特别喜欢书中对文件系统的深入剖析，从 FAT 到 NTFS，再到各种更现代的分布式文件系统，每一个的演变过程和设计理念都讲得非常透彻。读完这部分，我才真正理解了为什么不同的文件系统会有如此大的性能差异和功能特点。那些关于缓存、日志记录和并发访问的讨论，更是让我茅塞顿开。

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