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出版者:Sams

作者:Terry W. Ogletree

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-12-11

价格:USD 49.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780672322808

丛书系列:

图书标签:

• Windows XP
• 操作系统
• 技术
• 教程
• 指南
• 计算机
• 网络
• 安全
• 故障排除
• 升级

系统架构深度解析：现代操作系统的设计与实现 第一部分：核心概念与基础架构 本书旨在为资深系统工程师、高级程序员以及对操作系统底层原理有深入探究热情的读者，提供一个全面、深入且与时俱进的现代操作系统（如类Unix内核与最新Windows NT内核演进分支）的设计哲学、核心机制及其实现细节的详尽剖析。本书摒弃对基础概念的浅尝辄止，聚焦于那些决定系统性能、稳定性和安全性的关键技术领域。 1. 内核模式与用户模式的边界：特权级别与系统调用接口 我们将详细探讨现代操作系统如何通过硬件支持的保护环（Protection Rings）机制实现用户空间与内核空间的严格隔离。分析异常（Exceptions）、中断（Interrupts）和陷阱（Traps）的处理流程，深入研究系统调用（System Call）的上下文切换开销、参数传递机制，以及如何通过系统调用表（SSDT/IDT）进行高效的请求分发。着重剖析系统调用接口的设计模式——例如，为何现代内核倾向于使用更精简的系统调用集合，以及如何通过用户态库（如glibc或C Runtime Library）实现复杂操作的封装。 2. 进程与线程管理：调度算法与同步原语的演进 本书将对进程地址空间布局进行详尽的逆向工程分析，包括代码段、数据段、堆（Heap）与栈（Stack）的动态管理。线程模型的演变——从内核级线程到用户级线程的混合模型——如何优化上下文切换的效率。 在调度方面，我们将超越传统的轮转（Round-Robin）和优先级继承（Priority Inheritance），深入研究当前主流调度器（如完全公平调度器 CFS 或 Windows 的混合优先级调度）的内部算法。重点分析调度器如何处理实时（Real-Time）任务、I/O 密集型任务与CPU 密集型任务，以及如何通过时间片分配和调度延迟的权衡来保证系统的整体响应性。 同步机制的讨论将涵盖互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）、事件对象（Events）以及更复杂的屏障（Barriers）和读写锁（Reader-Writer Locks）。我们将分析这些原语在多核（SMP/NUMA）环境下的性能瓶颈，特别是伪共享（False Sharing）问题，并介绍无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计思路及其在高性能计算中的应用。 3. 内存管理单元（MMU）的极致利用 内存管理是操作系统的核心。本书将详细阐述虚拟内存系统的完整生命周期：从进程的虚拟地址到物理地址的转换过程。深入解析页表（Page Tables）的多级结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其缓存失效的影响。 我们重点探讨物理内存的分配策略：伙伴系统（Buddy System）、slab 分配器（或其内核对应物）的设计。虚拟内存的交换（Swapping）与分页（Paging）机制将被细致描绘，包括缺页异常（Page Fault）的处理流程、延迟加载（Demand Paging）的实现细节。更进一步，本书将分析内核如何管理内存映射文件（Memory-Mapped Files），以及如何处理“大页”（Huge Pages/Large Pages）以减少 TLB 压力。 第二部分：高效 I/O 与文件系统交互 4. 异步 I/O 与高效数据流 现代高性能应用对 I/O 延迟极为敏感。本书将摒弃传统的阻塞式 I/O 模型，聚焦于非阻塞与异步 I/O 的实现。深入分析中断驱动 I/O、轮询（Polling）与异步 I/O 框架（如 Linux 的 io_uring 或 Windows 的 IOCP/Overlapped I/O）的内部工作机制。对比各种 I/O 模型的性能特性、资源占用及其适用场景。 5. 虚拟文件系统层（VFS）与磁盘驱动 我们将揭示 VFS 层作为抽象接口的关键作用，它如何使得内核能够统一处理各种底层文件系统（如 ext4, XFS, NTFS 等）。分析 VFS 的核心数据结构：超级块（Superblock）、索引节点（Inode）与目录项（Dentry）缓存的工作原理。 在文件系统实现层面，我们将侧重于日志记录（Journaling）技术如何保证文件系统在崩溃后的一致性，分析写时复制（Copy-on-Write, CoW）在现代文件系统中的应用及其对快照功能的影响。同时，对块设备的驱动模型（如 SCSI/SATA 栈）进行简要概述，理解 I/O 请求如何从用户空间逐层向下渗透直到硬件。 第三部分：系统安全、网络栈与虚拟化 6. 安全性模型与访问控制 本书全面审视操作系统安全的基础：强制访问控制（MAC）与自主访问控制（DAC）。我们将分析权限模型（如 POSIX 权限或 ACLs）的实现，并探讨更细粒度的安全机制，如安全上下文（Security Contexts）和安全增强型模块（如 SELinux/AppArmor 的基本框架）。重点讨论内核如何防御常见的内存攻击，如缓冲区溢出、返回导向编程（ROP）的缓解措施（如地址空间布局随机化 ASLR）。 7. 网络协议栈的内核实现 我们将解构 TCP/IP 协议栈在内核中的实现。从网络接口卡（NIC）驱动接收数据包，到协议处理的各层（链路层、网络层、传输层）的结构化处理。重点分析内核如何管理套接字（Sockets）缓冲、如何进行拥塞控制算法的实现与性能调优，以及零拷贝（Zero-Copy）技术在网络数据传输中的应用，以最小化数据在内核态和用户态之间的拷贝次数。 8. 现代虚拟化技术与操作系统交互 最后，本书探讨操作系统在虚拟化环境中的行为。分析 Hypervisor（如 KVM/Xen 或 Hyper-V）如何与客户机操作系统（Guest OS）进行交互。讨论完全虚拟化、硬件辅助虚拟化（Intel VT-x/AMD-V）的工作原理。研究半虚拟化（Paravirtualization）的优缺点，以及操作系统如何通过“客户机代理”（Guest Agents）来优化与底层硬件资源的通信，以提升虚拟化环境下的性能和稳定性。 本书的结构旨在提供一个从底层硬件接口到上层应用交互的完整蓝图，是构建下一代高性能、高安全系统的技术宝典。

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这本书的封面设计简直是那个时代的经典，那种深蓝配上略带科技感的字体，一下子就能把我拉回到二十一世纪初，那时候电脑技术更新换代的速度让人目不暇接，而XP系统，无疑是那个时代最耀眼的新星。我记得第一次捧起这本厚重的书，感觉就像手里握着一把开启数字世界的万能钥匙。它不仅仅是一本操作指南，更像是一部关于如何真正“驾驭”个人电脑的史诗。书里对文件系统底层逻辑的剖析，对注册表那一团错综复杂的脉络进行梳理，那种详尽到近乎偏执的程度，让我这个当时的小白，硬生生被塑造成了一个能和系统“对话”的半个专家。我尤其怀念其中关于性能优化的章节，那些关于内存管理和磁盘碎片整理的细微调整，在如今看来或许有些过时，但在那个硬件资源还相对匮乏的年代，每一个百分点的性能提升都来之不易，这本书教会我的那种刨根问底、不满足于表象的操作哲学，至今影响着我处理各种复杂软件问题的态度。它不是简单地告诉你“点击这里”，而是告诉你“为什么点击这里会发生这样的变化”。

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说句公道话，这本书的份量和内容密度，绝对是“压舱石”级别的。我记得我当时为了彻底消化其中的内容，不得不经常停下来，对照着自己电脑上的实际操作进行验证。它对于系统安全和权限管理的讲解，在当时来看，是非常超前的。书中详尽地分析了不同用户账户（如Guest、标准用户、管理员）之间的权限壁垒是如何构建的，以及如何通过组策略编辑器（GPO）对这些权限进行精细化控制。这不仅仅是教你如何设置密码，而是教你如何构建一个多层次的安全防御体系。很多后来的安全书籍中提到的基础概念，比如最小权限原则的实践意义，这本书在十多年前就已经用非常实际的案例进行了阐述。这使得读者在学习完之后，不仅仅能“用”系统，更能“防范”系统，对于那些需要搭建家庭局域网或小型办公环境的用户来说，这本书提供的安全架构思路，价值远超其购买价格。

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作为一个曾经的系统爱好者，我最欣赏这本书对“故障排除”这一环节的重视程度。如今的新系统，出了问题往往是弹出一个错误代码，然后建议你重启或联系客服，但在XP时代，系统故障往往意味着需要你亲自动手“开颅”检查。这本书里关于蓝屏代码的详尽解读，简直就是那个时代IT急救箱里的“镇宅之宝”。它不会仅仅告诉你“A000123错误”，而是会告诉你这个错误可能指向内存的哪个地址段，可能是驱动冲突的哪个环节，甚至会提供一些在安全模式下恢复关键配置文件的“野路子”。这些技巧，很多都是依赖于对系统API调用的底层理解，而不是依赖于图形界面提供的有限选项。阅读这些章节时，我常常伴随着一台真实的机器，手中拿着书，对照着屏幕上跳出的怪异信息，一步步进行验证和修复，那种掌控感和成就感是现代任何一键修复工具都无法比拟的。这本书培养的，是一种主动解决问题的能力，而不是被动等待系统修复的能力。

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这本书的语言风格简直就像一位经验丰富、带着点老派幽默感的大学教授在给你开小灶。它避免了那种冷冰冰的纯技术手册的枯燥，而是用一种非常有人情味的方式，将那些晦涩难懂的技术名词包裹在清晰易懂的案例中。我至今还记得，书中讲解网络配置时，为了说明IP地址冲突的原理，作者居然虚构了一个小镇上邮差送信送信错地址的场景，那种比喻之形象，让我瞬间就理解了TCP/IP协议中地址解析的复杂性。而且，这本书的排版和插图处理得极具匠心，那些流程图和结构示意图，不是简单的方框连接，而是经过精心设计的，能够引导读者的视线，仿佛在一步步把我带入系统的内部结构。阅读过程中，我感觉自己不是在学习一个操作系统，而是在拆解一个精密的机械钟表，每一个齿轮的咬合都清晰可见。对于那些想深入了解操作系统原理，而又害怕被纯粹的理论淹没的读者来说，这本书提供了一种近乎完美的学习体验，它平衡了深度和可读性，做到了真正的“深入浅出”。

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这本书最大的魅力，或许在于它记录了一个特定时代的精神面貌。它不仅仅是关于XP的教程，它更像是对那个“用户可以完全控制自己电脑”的黄金时代的致敬。那时候的软件安装、驱动升级，充满了探索的乐趣和潜在的风险，而这本书，就是陪伴你探索这段旅程的最佳向导。它没有被后来的云服务和移动互联网的浪潮稀释其价值，反而因为其对本地化、对硬件驱动、对系统内核的深入挖掘，显得愈发珍贵。每当翻开它，我都能感受到作者对技术的热忱，那种想把所有知识倾囊相助的冲动。这种深度和广度结合的写作风格，在如今这个追求快速迭代和碎片化知识的时代，显得尤为稀缺和可贵。它是一本需要耐心去读的书，但所给予的回报，是扎实的、可以内化的技术内功。

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