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出版者:

作者:信必优技术学院研发部

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2009-7

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787302203186

丛书系列:

图书标签:

• Windows
• 测试环境
• 虚拟机
• Hyper-V
• VMware
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• 部署
• 网络
• 故障排除
• 开发测试

软件构建的基石：现代操作系统深度剖析与实践指南 本书全面深入地探讨了操作系统作为软件基石的核心概念、工作原理及其在现代计算环境中的应用与挑战。它旨在为系统工程师、高级开发人员以及对操作系统底层机制有浓厚兴趣的学习者提供一份详尽的技术蓝图。 第一部分：操作系统核心架构与设计哲学 本书的开篇部分，将焦点集中于操作系统的基础构造和设计理念。我们不拘泥于特定供应商的实现细节，而是深入探究支撑所有现代操作系统的通用原理。 第一章：操作系统的演进与范式转换 本章回顾了从批处理系统到多用户、多任务、分布式操作系统的发展脉络。重点分析了不同时代对资源管理、并发处理和用户交互提出的新需求，以及操作系统设计思想如何随之调整。探讨了宏内核、微内核和混合内核的优劣对比及其对系统性能和安全性的影响。 第二章：进程与线程管理：并发的艺术 这是操作系统最核心的职能之一。本章详细解析了进程的生命周期、上下文切换的机制（包括寄存器保存与恢复、特权级变化等细节）。随后，深入比较了进程与线程的区别与联系，特别是用户级线程和内核级线程的调度模型。重点讲解了现代CPU的乱序执行、超线程（SMT）技术如何影响并发编程的正确性，并介绍了实现无锁（Lock-free）数据结构的底层同步原语（如CAS操作）。 第三章：内存管理的精妙：虚拟化与保护 本章对虚拟内存系统进行了系统性的剖析。内容涵盖了地址转换的硬件支持（MMU的工作流程）、页表的结构（多级页表、TLB的缓存效应与失效处理）。此外，详细探讨了内存分配算法（如伙伴系统、slab分配器）在内核空间和用户空间的应用。对于内存保护（如堆栈溢出、数据越界）的机制，将从硬件层的内存保护单元（MPU/MMU）角度进行阐述。 第四章：调度算法的博弈：公平与效率的平衡 调度是决定系统响应速度和资源利用率的关键。本章不仅仅停留在理论介绍，而是深入研究了当前主流操作系统中采用的高级调度策略，如完全公平调度器（CFS）的红黑树实现原理、实时调度（如RMS、EDF）在嵌入式系统中的应用。我们将分析抢占、时间片轮转、优先级继承等机制在多核环境下面临的缓存一致性（Cache Coherency）挑战。 第二部分：文件系统与I/O子系统的深度挖掘 数据持久化和高效的输入/输出处理是操作系统服务用户的另一大支柱。 第五章：文件系统的结构与事务性 本章全面解析了现代日志文件系统（如Ext4, XFS, ZFS等）的内部结构，包括超级块、i节点、数据块的管理。重点讲解了写时复制（CoW）技术在实现快照和数据完整性中的作用。事务性保证是本章的难点，详细阐述了写前日志（Journaling）的工作流程，以及如何确保在系统崩溃时文件系统元数据的一致性。 第六章：块设备驱动与I/O调度 本节将视角转向硬件接口。从SCSI、SATA到NVMe协议栈，解析了块设备I/O请求如何从用户空间传递到物理介质。深入探讨了I/O调度器的演变（如CFQ到BFQ/mq-deadline），它们如何通过合并、排序和合并请求来优化磁盘访问延迟和吞吐量，特别是针对SSD和传统HDD的不同优化策略。 第七章：网络协议栈的内核实现 本章聚焦于操作系统如何管理网络通信。从BSD Socket API开始，追踪数据包在内核协议栈中的生命周期——从接收（中断处理、软中断、NAPI）到协议解析（ARP、IP、TCP/UDP）。特别分析了TCP拥塞控制算法（如Reno, CUBIC）在内核中的实现，以及零拷贝（Zero-Copy）技术如何减少数据在用户空间和内核空间之间的无效搬运。 第三部分：系统安全、可靠性与底层调试技术 在复杂系统中，安全性和稳定性不再是附加功能，而是核心设计要求。 第八章：系统安全机制与隔离 本章讨论操作系统如何构建安全边界。内容涵盖了访问控制列表（ACL）、安全上下文（如SELinux/AppArmor的强制访问控制模型）。深入研究了内核的空间隔离技术，如地址空间布局随机化（ASLR）、数据执行保护（DEP/NX位）的实现原理。对于虚拟化和容器化技术，我们将从Hypervisor和Cgroup/Namespace隔离机制的角度，探讨它们如何在操作系统层面提供资源限制和安全沙箱。 第九章：内核模块与系统调用接口 本章讲解了应用程序与内核交互的标准途径。详细解析了系统调用的陷阱（Trap）机制及其开销。同时，探讨了内核模块的加载、链接和卸载过程，以及如何安全地在内核空间执行代码。针对系统稳定性，会讨论内核恐慌（Kernel Panic）的诊断流程和栈回溯的原理。 第十集：性能分析与调试工具链的原理 要理解操作系统的运行状况，必须掌握其内部的度量方法。本章介绍了一系列高级性能分析技术，如探针技术（如eBPF的底层机制），如何用于非侵入式地监控系统调用频率、函数执行时间和资源等待时间。讨论了如何使用跟踪工具来识别死锁、竞态条件和内存泄漏的根源，重点在于理解这些工具如何与内核中的事件计数器和跟踪点（Tracepoints）交互。 --- 本书面向对象： 具备C/C++基础，对操作系统原理有初步了解，希望深入理解主流操作系统（如Linux或类Unix系统）底层实现细节，并具备进行系统级性能优化和安全加固能力的专业技术人员。 阅读体验： 内容严谨，逻辑清晰，结合最新的硬件架构特性，提供对操作系统复杂机制的系统化解析，是构建坚实底层知识体系的必备参考书。

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