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出版者:Peachpit Press

作者:Deborah S. Ray

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:2009-07-08

价格:USD 29.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780321636782

丛书系列:

图书标签:

• Linux
• Unix
• Linux
• 操作系统
• 命令行
• 系统管理
• Shell
• 编程
• 网络
• 安全
• 服务器
• 开发

《代码的脉络：探索计算世界的深层结构》 引言 在数字时代的浪潮中，我们生活的方方面面都与计算息息相关。然而，隐藏在流畅用户界面和便捷应用程序之下的，是一个庞大而精密的操作系统世界，它默默地驱动着我们所依赖的一切。这本书并非聚焦于某个特定操作系统的语法指令，而是深入探究那些构建了现代计算基石的普适性概念、设计哲学以及深层逻辑。它将带领读者穿越操作系统的抽象层面，去理解那些塑造了我们与机器交互方式的、深刻而持久的原理。 第一部分：计算的基石——从硬件到进程的演进 第一章：硬件的语言与指令集 在深入软件之前，理解机器最底层的工作方式至关重要。本章将剥离抽象层，揭示计算机硬件的基本组成部分：中央处理器（CPU）、内存（RAM）、输入/输出（I/O）设备。我们将探讨CPU如何执行指令，理解指令集架构（ISA）的概念，以及不同的ISA（如x86、ARM）如何影响软件的设计和性能。我们将简要介绍汇编语言，它作为硬件与高级语言之间的桥梁，帮助我们理解指令是如何被翻译和执行的。本章旨在建立一个基础的硬件认知，为后续理解操作系统如何管理和利用这些资源奠定基础。 第二章：内存的舞蹈——管理与抽象 内存是计算机运行的核心资源，它的有效管理直接决定了程序的性能和系统的稳定性。本章将深入剖析内存管理的不同层面，从物理内存的寻址到虚拟内存的引入。我们将探讨内存分段、分页等技术，理解它们如何实现进程间的隔离，如何解决内存碎片问题，以及如何让程序“认为”自己拥有比实际物理内存更大的地址空间。我们还将讨论内存访问的安全性问题，以及操作系统如何通过内存保护机制来防止恶意或错误的访问。 第三章：进程的诞生与消亡——生命周期的管理 在操作系统中，正在运行的程序被称为进程。本章将详细阐述进程的概念、进程的创建、执行、调度以及终止的全过程。我们将深入理解进程控制块（PCB）的作用，它包含了进程运行所需的所有信息。我们将探讨进程的状态（就绪、运行、等待等）以及状态之间的转换。更重要的是，本章将着重介绍进程调度算法，例如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度和时间片轮转（Round Robin）等，理解它们如何决定哪个进程获得CPU的使用权，以及不同的调度策略对系统吞吐量、响应时间和公平性的影响。 第四章：线程的并行——进程内的轻量级执行 与进程相比，线程是进程内更小的执行单元。本章将详细阐述线程的概念，理解线程与进程之间的区别和联系。我们将探讨用户级线程和内核级线程的区别，以及它们在创建、管理和调度上的不同。本章将重点关注线程的同步与通信问题，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）以及死锁的产生机制和避免策略。理解线程机制是掌握现代多任务处理和高并发应用的关键。 第二部分：资源协调与通信——操作系统的核心职能 第五章：CPU的公平博弈——进程调度的艺术 CPU是计算机最宝贵的资源之一，操作系统的核心职责之一就是高效公平地分配CPU时间。本章将围绕CPU调度这一关键主题展开。我们将深入分析各种先进的调度算法，如多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue）调度，以及它们如何在实际应用中平衡响应时间、吞吐量和公平性。本章还将讨论实时调度，即在严格时间限制下执行任务的特殊调度需求。通过对CPU调度机制的深入理解，读者将能够洞察操作系统如何在高负载下保持系统的响应能力。 第六章：文件系统的隐秘世界——数据的组织与持久化 数据是计算的核心，文件系统则是操作系统管理和持久化数据的主要手段。本章将深入探究文件系统的内部结构和工作原理。我们将讨论文件的概念、目录结构、文件访问权限以及文件 I/O 操作。本章将重点介绍不同的文件系统类型，例如 FAT、NTFS、ext4 等，理解它们的存储结构、性能特点和优缺点。我们还将深入研究文件系统的元数据管理、磁盘空间分配、以及数据的一致性和可靠性保证机制，例如日志（Journaling）技术。 第七章：设备管理的奥秘——硬件的统一接口 计算机系统由各种各样的硬件设备组成，操作系统需要提供一个统一的接口来管理和控制这些设备。本章将深入探讨设备管理的核心概念。我们将理解设备驱动程序的作用，它充当了操作系统与特定硬件之间的翻译器。本章将详细介绍I/O的实现方式，包括轮询（Polling）、中断（Interrupt）和直接内存访问（DMA）。我们还将探讨缓冲（Buffering）和缓存（Caching）技术在I/O性能优化中的作用，以及虚拟设备（Virtual Devices）的概念，它使得应用程序无需关心具体的硬件细节。 第八章：进程间的对话——通信与同步的挑战 在多任务环境中，进程之间需要相互通信和协作才能完成复杂的任务。本章将聚焦于进程间通信（IPC）的各种机制。我们将详细介绍管道（Pipes）、消息队列（Message Queues）、共享内存（Shared Memory）以及套接字（Sockets）等常用的IPC技术。更重要的是，本章将深入探讨进程同步的难题，即如何协调多个进程对共享资源的访问，以避免数据损坏和不一致。我们将再次回顾互斥锁、信号量等同步原语，并结合实际场景进行分析。 第三部分：系统的安全与网络——现代计算的延伸 第九章：安全的第一道防线——用户认证与权限管理 安全是操作系统不可或缺的一部分。本章将深入探讨操作系统的安全机制，从最基础的用户认证开始。我们将理解用户名、密码、以及更高级的认证方式（如SSH密钥、多因素认证）。本章将重点介绍权限管理模型，例如基于用户的访问控制列表（ACLs）和基于角色的访问控制（RBAC），理解它们如何限制用户对文件、目录和其他资源的访问。我们将还会探讨系统日志的审计作用，以及操作系统如何通过各种安全策略来抵御潜在的威胁。 第十章：网络协议栈的层级——从物理连接到应用交互 现代计算离不开网络。本章将带领读者穿越复杂的网络协议栈，理解数据是如何在网络上传输的。我们将以TCP/IP模型为例，详细解析每一层的功能：物理层、数据链路层、网络层（IP）、传输层（TCP/UDP）以及应用层。本章将重点关注TCP和UDP的区别，以及它们在不同应用场景下的适用性。我们还将简要介绍DNS（域名系统）、HTTP（超文本传输协议）等关键的应用层协议，理解它们如何支撑着互联网的运行。 第十一章：虚拟化的本质——隔离与共享的智慧 虚拟化技术极大地改变了计算资源的利用方式。本章将深入探究虚拟化的核心概念和原理。我们将理解虚拟机监控程序（Hypervisor）的作用，它创建和管理虚拟机。本章将区分硬件虚拟化、操作系统虚拟化（容器）以及应用虚拟化。我们将探讨虚拟化带来的优势，如资源隔离、高效利用、快速部署和灾难恢复，以及它在云计算中的关键作用。 第十二章：命令行的力量——与系统交互的直接途径 尽管图形用户界面（GUI）普及，命令行界面（CLI）仍然是许多高级用户和系统管理员与操作系统交互的强大工具。本章将超越简单的命令记忆，深入理解命令行的设计哲学和工作原理。我们将探讨Shell的角色，理解它如何解析和执行命令。本章将介绍管道、重定向、以及Shell脚本编程的基础，展示如何通过组合简单的命令来完成复杂的任务。本章旨在培养读者利用命令行进行系统管理、自动化操作以及高效排查问题的能力。 结论 《代码的脉络》并非一本关于特定操作系统的“使用手册”，而是一次对计算世界深层结构的探索之旅。通过理解本书所阐述的通用概念和原理，读者将能够更深刻地洞察任何操作系统的工作机制，从而更有效地进行系统设计、开发、管理和维护。这是一种从“如何使用”到“为何如此”的认知飞跃，为理解和驾驭日益复杂的数字世界提供了坚实的理论基础。掌握这些脉络，也就掌握了与计算世界对话的深层语言。

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可以当作手册来看，基本也最常用的Linux命令包含其中。

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