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出版者:

作者:廖建明 编

出品人:

页数:363

译者:

出版时间:2009-10

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787302200772

丛书系列:

图书标签:

• 清华教材
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• 程序设计
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• 底层编程
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《现代操作系统原理与实践》 内容简介 本书旨在深入剖析现代操作系统核心概念、架构设计与前沿技术，为读者构建一个全面而扎实的操作系统知识体系。全书共分为八个主要部分，循序渐进地引导读者从基础理论迈向实际应用，并探讨了未来操作系统发展的重要趋势。 第一部分：操作系统基础概念与历史沿革 本部分首先将追溯操作系统的起源与发展脉络，从早期的批处理系统、分时系统，到多道程序设计、虚拟存储等里程碑式的技术演进，帮助读者理解操作系统的出现及其不断完善的驱动力。我们将详细阐述操作系统的基本职能，包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理以及用户接口等，并对它们之间的相互关系进行梳理。此外，还将介绍几种典型的操作系统（如Unix、Linux、Windows）在设计理念和发展方向上的异同，为后续深入学习奠定理论基础。 第二部分：进程与线程管理 进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，而线程则是比进程更小的执行单元。本部分将深入探讨进程的生命周期，包括创建、就绪、运行、阻塞和终止等状态转换过程，以及进程控制块（PCB）的结构与作用。我们将详细解析各种进程调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（Round Robin）等，并分析它们的优缺点及适用场景。 线程作为现代应用程序并发执行的关键，其重要性不言而喻。本部分将区分用户级线程与内核级线程，讲解线程创建、同步与通信机制，如互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、条件变量（Condition Variable）以及管程（Monitor）等。通过分析实际案例，读者将深刻理解如何通过多线程技术提高程序的响应速度和资源利用率，同时掌握避免线程安全问题的策略。 第三部分：内存管理机制 内存是计算机系统中最宝贵的资源之一，高效的内存管理是操作系统性能的关键。本部分将从内存的物理地址和逻辑地址概念入手，深入讲解连续分配和非连续分配两种内存管理方式。我们将详细介绍固定分区和可变分区的内存分配算法，以及外部分页、内部分页、分段以及段页式管理等技术。 虚拟存储是现代操作系统最重要的内存管理技术之一，它允许程序使用的内存空间大于物理内存。本部分将详细阐述虚拟存储的基本原理，包括页式管理、段式管理和段页式管理，以及页面置换算法，如先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）、最优算法（OPT）等。我们将深入分析缺页中断的处理过程，以及工作集模型和Belady异常等概念，帮助读者理解虚拟存储的性能瓶颈与优化方法。 第四部分：文件系统设计与实现 文件系统是操作系统中负责管理和组织数据存储的重要组成部分。本部分将从文件及其属性出发，介绍文件的逻辑结构（定长记录、可变长记录、无结构文件）和物理结构（连续组织、链式组织、索引组织）。我们将深入分析目录结构的类型，如单级目录、两级目录、树形目录等，以及文件系统的实现技术，包括文件分配方法（位示图、空闲块链表）、文件存储空间管理以及文件系统的性能优化。 此外，本部分还将探讨不同类型的文件系统，如FAT、NTFS、Ext4等，并分析它们的特点和优劣。我们将介绍文件系统的访问控制和安全机制，以及日志文件系统（Journaling File System）的概念，帮助读者理解数据持久性和一致性的保障。 第五部分：输入/输出（I/O）系统设计 I/O系统是操作系统与外部设备交互的桥梁，其效率直接影响整个系统的性能。本部分将详细介绍I/O系统的基本组成，包括I/O硬件（设备、控制器、接口）和I/O软件（中断处理程序、设备驱动程序、缓冲管理、设备无关性）。我们将深入分析I/O设备的工作原理，以及中断、DMA（直接内存访问）等I/O技术如何提高数据传输效率。 缓冲技术是I/O系统中重要的性能提升手段，本部分将讲解单缓冲、双缓冲、循环缓冲等不同的缓冲策略，以及它们在提高吞吐量和隐藏设备延迟方面的作用。此外，还将探讨设备驱动程序的设计原则，以及I/O调度算法（如FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN）如何优化磁盘访问性能。 第六部分：死锁与并发控制 在多进程、多线程环境下，资源竞争可能导致死锁的发生，严重影响系统稳定性。本部分将深入分析死锁产生的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可剥夺、循环等待），并介绍预防死锁、避免死锁（如银行家算法）、检测死锁和解除死锁的技术。 并发控制是保证共享数据一致性的关键。本部分将深入讲解信号量、互斥锁、条件变量等同步原语，以及如何利用它们来解决临界区问题。我们将分析生产者-消费者问题、读者-写者问题等经典的并发问题，并给出相应的解决方案。此外，还将介绍事务的概念以及ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）属性在数据库和分布式系统中的重要性。 第七部分：分布式操作系统与网络通信 随着计算能力的提升和网络技术的普及，分布式操作系统已成为现代计算架构的重要组成部分。本部分将介绍分布式操作系统的基本概念，包括分布式系统的类型（松耦合、紧耦合）、资源共享、通信机制（消息传递、远程过程调用RPC）以及分布式进程管理。 我们将深入探讨分布式文件系统（如NFS）、分布式内存管理以及分布式事务的挑战与解决方案。此外，还将简要介绍网络通信协议栈（如TCP/IP）在分布式操作系统中的作用，以及分布式系统中的一致性问题和容错技术。 第八部分：操作系统安全与未来展望 操作系统安全是保障系统和用户数据安全的重要环节。本部分将从认证、授权、加密等角度，介绍操作系统的安全模型和安全机制。我们将分析常见的安全威胁，如病毒、蠕虫、拒绝服务攻击等，以及操作系统在防御这些威胁方面的作用。 最后，本部分将展望操作系统未来的发展趋势，包括云计算环境下的操作系统（如容器化技术Docker、Kubernetes）、实时操作系统（RTOS）、物联网（IoT）操作系统以及面向AI与大数据的新型操作系统架构。通过本部分的学习，读者将对操作系统的演进方向和未来挑战有一个初步的认识。 本书特色 理论与实践相结合： 在讲解核心概念的同时，本书注重结合实际的操作系统设计和实现中的例子，帮助读者理解抽象理论的应用。 系统性与深入性： 覆盖了现代操作系统的主要组成部分，并对关键技术进行了深入的剖析，适合有一定计算机基础的读者。 清晰的逻辑结构： 全书内容按照循序渐进的逻辑组织，从基础到高级，便于读者理解和掌握。 语言通俗易懂： 避免了过于晦涩的技术术语，力求用清晰、准确的语言解释复杂概念，降低阅读门槛。 前沿技术探索： 涵盖了分布式操作系统、云计算和物联网等新兴领域的操作系统技术，为读者提供更广阔的视野。 《现代操作系统原理与实践》适合计算机科学与技术、软件工程等相关专业的学生，以及从事操作系统开发、系统优化、嵌入式系统设计等领域的专业人士阅读。通过本书的学习，读者将能够更深刻地理解操作系统的奥秘，并能将其应用于实际的系统开发和问题解决中。

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坦白说，这本书的阅读体验更像是参加一场马拉松式的技术挑战赛，而不是轻松的知识获取之旅。开篇部分对二进制逻辑和补码表示法的梳理是必要的铺垫，但很快就进入了高强度的指令集编码和时序分析。这本书的语言风格非常“硬核”，几乎没有多余的寒暄，每一句话都承载着大量的技术信息。我不得不承认，在最初的几十页里，我感到相当吃力，好几次想暂时搁置。但坚持下来后，我发现它对“为什么是这样”的解释极其到位，它没有停留在“做什么”的层面，而是深入探究了设计选择背后的历史和工程权衡。对于那些已经具备一定编程经验，但想彻底掌握底层运作机制的读者来说，这本书就像一把精密的手术刀，帮助你解剖程序运行的每一个细节，读完后，你看待代码的眼光会发生根本性的改变。

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这本关于计算机底层原理的书籍，从最基础的硬件架构讲起，层层深入，带领读者领略了指令集的精妙。作者的叙述风格非常严谨，逻辑链条清晰无比，仿佛在为你亲手搭建一个微缩的CPU模型。我尤其欣赏书中对寄存器、内存寻址模式的细致剖析，那些晦涩难懂的术语，被作者用生动的比喻和大量的图示转化成了可以直观理解的概念。阅读过程中，我多次停下来，对照着CPU手册反复揣摩，那种拨云见日、豁然开朗的感觉，是学习任何高级语言编程都无法替代的。它不仅仅是教你如何写代码，更重要的是教会你如何像机器一样思考，理解程序在硅片上是如何一步步被执行的。对于那些渴望触及软件与硬件交界处的工程师来说，这本书无疑是一份宝贵的地图，指引我们探索数字世界的根基，挖掘程序性能的真正潜力。

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我原本以为这是一本侧重于教学实践操作的工具书，但阅读后发现，它的核心在于对计算模型哲学的探讨。作者用一种近乎诗意的笔触，描绘了指令如何与物理定律相互作用，构筑出我们日常使用的软件世界。书中穿插的几个历史案例分析，特别是关于早期指令集设计的取舍，非常引人入胜，让我看到了技术决策背后的非技术因素，比如成本控制和时代背景。虽然书中包含了大量的汇编代码示例，但这些代码并非简单的“Hello World”，而是精巧的算法实现，它们本身就是艺术品。这本书的阅读价值在于它提供的宏观视角，它让你思考：我们如何在有限的资源下，用最纯粹的逻辑去构建无限的可能？它提供的不仅仅是技能，更是一种对计算科学的深刻敬畏。

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我带着对低功耗嵌入式系统优化的强烈需求开始阅读这本理论专著，期待能在其中找到提升效率的“金钥匙”。然而，这本书的深度和广度远远超出了我的预期，它更像是一部详尽的“汇编语言百科全书”，涵盖了从体系结构演变到高级编译器的优化策略等多个维度。虽然有些章节涉及的理论推导略显冗长，需要反复研读才能完全吸收，但正是这种面面俱到的详实，确保了读者在面对任何复杂场景时，都能找到理论支撑。特别是关于中断处理和特权级的讲解，逻辑缜密，为我理解操作系统内核的工作方式提供了坚实的基础。这本书的价值在于其百科全书式的全面性，它迫使你跳出IDE的舒适区，直面计算机科学的核心挑战，让理论不再是空洞的符号，而是驱动实际高性能计算的强大引擎。

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这本书最大的特点在于其极强的动手导向性，它不仅仅是让你“阅读”汇编语言，更是让你“感受”汇编语言。随书附带的实验手册与正文内容紧密结合，每一个理论点都对应着一个可以在目标平台上实际运行和调试的练习。我发现，对照书中的代码逐步调试寄存器状态的变化，比单纯看书本上的文字描述要有效率百倍。作者在设计实验时非常巧妙，循序渐进地引入了异常处理和并行操作的概念，这使得学习曲线虽然陡峭，但每一步的提升都是扎实的。对于想从事底层驱动开发或逆向工程的初学者而言，这本书提供了一个完美的实践平台，让你在犯错中学习，在调试中领悟，真正掌握将高级代码编译和映射到底层机器指令的完整过程。

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讲的挺好的

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内容还OK，适合初学者。就是错误太多了，老师给的勘误表（即已经发现的）已达20多处

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