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出版者:清华大学出版社

作者:徐诚

出品人:

页数:605

译者:

出版时间:2010-1

价格:69.00元

装帧:

isbn号码:9787302206408

丛书系列:Linux典藏大系

图书标签:

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《深入理解现代操作系统：从内核到应用的高级实践》 简介 本书旨在为计算机科学领域的研究人员、系统架构师以及追求极致性能的软件开发者提供一份全面而深入的操作系统理论与实践指南。它超越了传统操作系统的基础概念，聚焦于现代多核、分布式和虚拟化环境下的核心挑战与前沿解决方案。全书结构严谨，内容翔实，力求在理论深度与工程实践之间架起一座坚实的桥梁。 第一部分：现代操作系统的核心架构与演进 本部分首先回顾了操作系统的历史演进，重点剖析了从单体内核（Monolithic Kernel）到微内核（Microkernel）乃至混合内核（Hybrid Kernel）的设计哲学及其在性能、安全性和模块化方面的权衡。我们详细探讨了现代主流操作系统（如基于 Linux 内核的发行版、BSD 系列及 Windows NT 架构）的内核结构划分和接口设计。 1.1 进程与线程管理的高级视角 本章深入探讨了现代并发模型。我们不仅仅介绍线程的创建与上下文切换，更侧重于调度算法的演变，包括实时调度（如 POSIX.1b 标准下的相关调度策略）和公平调度（如 CFS 算法的精确工作原理）。内容涵盖了用户态线程库（如 NPTL）与内核态线程的交互机制，以及轻量级进程（LWP）在实现用户级并发中的作用。此外，还详尽分析了进程间通信（IPC）机制在现代系统中的性能瓶颈及优化，例如共享内存的同步与互斥，以及高效的消息队列设计。 1.2 内存管理单元（MMU）与虚拟内存的高级优化 内存管理是操作系统的基石。本书从硬件层面（TLB、缓存一致性协议）入手，详细解析了页表结构（如多级页表、Inverted Page Tables）的查找效率优化。重点分析了缺页中断的处理流程、内存映射（mmap）的底层实现及其对应用程序性能的影响。针对大型数据库和高性能计算场景，我们讨论了巨大的内存地址空间（如 48/52 位寻址）的挑战，以及 NUMA 架构下内存访问的局部性优化技术，如内存绑定（Memory Affinity）和跨节点访问的性能惩罚评估。 第二部分：并发、同步与数据一致性的深入剖析 本部分专注于多核处理器带来的并发控制难题，以及如何构建无锁（Lock-Free）和低锁（Low-Locking）的高性能数据结构。 2.1 现代同步原语的底层实现与性能分析 我们详细考察了原子操作（Atomic Operations）在不同架构（x86-64, ARM）上的底层汇编指令（如 `LOCK` 前缀、CAS/LL/SC 循环）。针对互斥锁（Mutexes），本书对比了内核级和用户级的实现差异，并深入分析了自旋锁（Spinlocks）在不同处理器负载下的效率曲线。章节重点剖析了屏障（Fences/Barriers）在内存模型中的作用，解释了内存顺序（Sequentially Consistent, Relaxed, Acquire/Release）对程序正确性和性能的决定性影响。 2.2 无锁数据结构的设计与陷阱 无锁编程是高性能系统的核心技术之一。本章提供了构建高效无锁队列、堆栈和哈希表的详细设计步骤。我们使用了大量的案例来展示 ABA 问题、虚假唤醒（Spurious Wakeups）等经典陷阱，并介绍了如何利用计数器、标记位或 Hazard Pointers 等技术来规避这些问题，确保数据结构在并发环境下的强一致性。 第三部分：文件系统、I/O 栈与存储持久化 本部分着眼于数据如何在持久化介质上高效地被组织、读写和恢复。 3.1 现代文件系统的元数据管理与延迟优化 我们对比了日志文件系统（如 ext4, XFS）与写时复制（Copy-on-Write, CoW）文件系统（如 Btrfs, ZFS）的设计哲学。重点分析了事务日志的写入策略、延迟分配（Delayed Allocation）如何提高写入效率，以及数据块的分配算法对碎片化的影响。针对闪存（SSD/NVMe）的特性，本书探讨了磨损均衡（Wear Leveling）和写放大（Write Amplification）问题在文件系统层面的缓解措施。 3.2 异步 I/O 框架与零拷贝技术 理解高效 I/O 的关键在于绕过不必要的内核数据拷贝。本章详细解析了 Linux 的 AIO（`io_uring`、`libaio`）和 Windows 的 IOCP 机制。我们对零拷贝（Zero-Copy）技术进行了深入的性能建模，包括 `sendfile()`、`splice()` 的内部流程，并对比了它们在网络和磁盘数据传输中的实际效率提升。 第四部分：虚拟化、容器与系统级安全 现代云计算环境要求操作系统具备强大的隔离和资源管理能力。 4.1 硬件辅助虚拟化与 Hypervisor 交互 本章深入 VMM（Virtual Machine Monitor）的内部，分析了全虚拟化（Full Virtualization）、半虚拟化（Para-virtualization）与硬件辅助虚拟化（VT-x/AMD-V）的优缺点。重点讲解了特权指令的捕获与模拟（Trap-and-Emulate）机制，以及 I/O 虚拟化中的 VirtIO 框架。 4.2 容器技术与资源隔离机制 我们将容器技术（如 Docker、Podman）的实现追溯到 Linux 内核提供的两个关键机制：命名空间（Namespaces）和控制组（Control Groups, cgroups）。命名空间如何实现进程、网络、文件系统的隔离，以及 cgroups v2 如何实现精细化的 CPU、内存、I/O 资源配额和优先级管理，都将在本章得到详尽的阐述和实战示例。 4.3 操作系统安全沙箱与权限最小化 安全是系统设计的重中之重。本书介绍了 LSM（Linux Security Modules）框架，如 SELinux 和 AppArmor 的强制访问控制（MAC）模型。此外，我们探讨了沙箱技术（如 Seccomp）的工作原理，如何通过限制系统调用集来最小化攻击面，是构建健壮应用的关键。 总结 《深入理解现代操作系统：从内核到应用的高级实践》不仅仅是一本概念手册，更是一本面向实践的工具书。通过对复杂机制的拆解和对性能瓶颈的量化分析，读者将能构建出对底层资源交互有深刻洞察力的软件系统，从而在构建下一代高性能、高可靠性的应用时，做出最明智的技术决策。

评分☆☆☆☆☆

本书前言有说，本书适合软件开发从业人员、开源软件开发爱好者、大中专院校计算机及相关专业的学生、社会培训 学生。其实不然，个人觉得只是适合大专学生而已。 1、linux基础说的不清不楚；2、C/C++语言基础，只适合那些学过这两门语言作为工具书使用。3、后面几章的系统、网络...

评分☆☆☆☆☆

本书前言有说，本书适合软件开发从业人员、开源软件开发爱好者、大中专院校计算机及相关专业的学生、社会培训 学生。其实不然，个人觉得只是适合大专学生而已。 1、linux基础说的不清不楚；2、C/C++语言基础，只适合那些学过这两门语言作为工具书使用。3、后面几章的系统、网络...

评分☆☆☆☆☆

本书前言有说，本书适合软件开发从业人员、开源软件开发爱好者、大中专院校计算机及相关专业的学生、社会培训 学生。其实不然，个人觉得只是适合大专学生而已。 1、linux基础说的不清不楚；2、C/C++语言基础，只适合那些学过这两门语言作为工具书使用。3、后面几章的系统、网络...

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评分☆☆☆☆☆

本书前言有说，本书适合软件开发从业人员、开源软件开发爱好者、大中专院校计算机及相关专业的学生、社会培训 学生。其实不然，个人觉得只是适合大专学生而已。 1、linux基础说的不清不楚；2、C/C++语言基础，只适合那些学过这两门语言作为工具书使用。3、后面几章的系统、网络...

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我过去对C语言有一种敬畏感，总觉得它过于接近底层，难以驾驭。这本书的语言风格像是一位经验丰富的导师，他知道学生会在哪里绊倒，并提前准备好了台阶。最让我感到惊喜的是，它对进程管理和线程同步的讲解，简直是教科书级别的清晰。它不仅仅是教你如何使用`pthread_create`，而是通过生动的图示和步步紧逼的逻辑推导，解释了互斥锁、条件变量和读写锁的工作原理，以及在不同竞争条件下可能出现的死锁和活锁情景。作者用非常直观的比喻来阐述这些并发难题，使得原本抽象的理论变得触手可及。阅读这本书的过程，更像是一场精心设计的智力探险，每解决一个代码挑战，都带来巨大的成就感。它成功地将C语言编程的“晦涩”感消解了许多，让学习过程充满了探索的乐趣，也让我对Linux这一强大平台有了更深层次的亲近感和掌控感。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这种对Linux系统编程充满好奇，却又常常感到无从下手的初学者量身定做的。我一直想深入了解操作系统级别的编程，尤其是在Linux这个强大的平台上，但网上的教程要么过于零散，要么就是直接跳过了基础概念，让人抓瞎。这本书的结构非常清晰，从最基本的GCC编译流程讲起，一步步引导读者构建起对C语言在Linux环境下如何运行的整体认知。作者的叙述风格非常耐心，没有那种高高在上的技术术语堆砌，而是用非常贴近实际工作场景的例子来阐释复杂的概念，比如如何使用makefiles来管理大型项目，如何调试那些隐藏在深层的段错误。我特别喜欢它对系统调用（syscalls）的讲解，那种将抽象的“内核功能”具象化为可以直接调用的代码块的过程，让人有一种“原来如此”的顿悟感。读完前几章，我感觉自己不再是那个只会写“Hello World”的门外汉，而是真正开始理解程序是如何与底层硬件和操作系统内核进行对话的。它打下的基础非常扎实，为后续学习更高级的网络编程或多线程技术铺平了道路。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个非常紧张的项目截止日期前夕接触到这本书的，当时急需快速掌握在嵌入式Linux设备上部署C程序的方法。说实话，我对时间感到焦虑，但这本书的实战导向让我松了一口气。它没有浪费时间在那些在现代开发中已经不常用的过时技术上，而是紧紧围绕着现代Linux工具链展开。我记得有一次，我遇到了一个难以复现的内存泄漏问题，传统的工具查起来很费劲，但书里详细介绍的Valgrind的使用方法和输出解析，简直是我的救星。作者对于调试技巧的阐述，带着一种“久经沙场”的实战经验，而不是纸上谈兵。它教的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这样做会更好”。比如，在讲解文件I/O时，它对比了标准库函数和直接使用`open/read/write`的差异，并解释了在不同负载下的性能考量。这种细致入微的对比分析，对于追求效率和稳定性的项目来说，是无价之宝。它极大地加速了我解决实际问题的能力，真正体现了工具书的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名已经有几年经验的软件工程师，我对于市面上充斥着大量“速成”性质的技术书籍持保留态度。然而，这本关于Linux环境C程序设计的著作，却展现出了一种难得的老派扎实和深度。它并非仅仅停留在API的罗列和简单的代码示例上，而是深入挖掘了C语言在特定操作系统环境下的内存布局、指针操作的底层机制，以及编译器优化的实际效果。我尤其欣赏其中关于信号处理和进程间通信（IPC）那几章的论述。作者没有回避那些复杂的、容易出错的并发问题，反而通过精妙的场景设计，展示了如何使用管道、消息队列或共享内存来实现高效、健壮的通信机制。对于我来说，这本书最大的价值在于它提供了一个深入理解系统资源管理的视角。它让我重新审视了过去在其他平台编程时习以为常的一些“黑箱”操作，现在我能更自信地诊断性能瓶颈，并写出更符合Linux哲学的高性能代码。这本书的深度足以让资深开发者用来巩固和查漏补缺，其严谨性毋庸置疑。

评分☆☆☆☆☆

从一个纯粹学习计算机科学理论的学生的角度来看，这本书的理论深度和实践广度达到了一个非常完美的平衡点。它没有把我当成一个只需要复制粘贴代码的机器，而是鼓励我去思考底层的抽象和实现细节。特别是它对ELF文件格式的剖析，以及如何通过链接器脚本来控制程序的加载过程，这部分内容在很多入门教材中是完全缺失的。这让我对程序编译、链接、加载的完整生命周期有了宏观而微观的认识。更重要的是，书中对源码的可移植性有深入的讨论，教会了我们如何编写“健壮的”C代码，而不是仅仅“能跑的”代码。比如，如何安全地处理不同字节序（Endianness）的问题，如何在不同的架构上保持代码的兼容性。这种对工程质量的关注，远超出了基础教程的范畴，它是在培养一种严谨的系统级软件开发思维。对于希望未来从事操作系统内核、编译器或高性能计算领域的学生而言，这本书无疑是一个极好的基石。

评分☆☆☆☆☆

非常全面系统的一本书，看了之后感觉很舒畅……

评分☆☆☆☆☆

完全针对初学者？前面全是废话，还包括linux的安装什么的，突然看到个媒体播放器好高端，结果翻了几十页还没有一个可以编译的媒体播放器的程序出来。中间还插着一些传统意义上和linux完全无关的c语言程序设计内容。。。然后突然冒出个c++。作者看来c++和c是一回事？到了171页终于说linux api了。。。过了一段之后东一榔头西一棒子的扯数据库。有很多东西根本不应该写的，真的要用的查下手册就ok了。 后头全是gtk的内容。真正做图形界面的linux下有几个？我对此深表怀疑。总而言之，这本书让人看着头疼，没有让人获益匪浅的感觉。

评分☆☆☆☆☆

讲的很不详细，有些地方不清不楚

评分☆☆☆☆☆

很中规中矩的一本书

评分☆☆☆☆☆

完全针对初学者？前面全是废话，还包括linux的安装什么的，突然看到个媒体播放器好高端，结果翻了几十页还没有一个可以编译的媒体播放器的程序出来。中间还插着一些传统意义上和linux完全无关的c语言程序设计内容。。。然后突然冒出个c++。作者看来c++和c是一回事？到了171页终于说linux api了。。。过了一段之后东一榔头西一棒子的扯数据库。有很多东西根本不应该写的，真的要用的查下手册就ok了。 后头全是gtk的内容。真正做图形界面的linux下有几个？我对此深表怀疑。总而言之，这本书让人看着头疼，没有让人获益匪浅的感觉。