Microsoft Windows 7 - Die Neuerungen im Überblick. Mit Release Candidate auf DVD. pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Microsoft Press

作者:Jürgen Hossner

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2009-06-09

价格:EUR 19.90

装帧:Broschiert

isbn号码:9783866458178

丛书系列:

图书标签:

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具体描述

深入理解现代操作系统：从理论基石到前沿应用本书旨在为操作系统技术领域的学习者、工程师和研究人员提供一个全面、深入且与时俱进的知识框架。我们聚焦于操作系统设计与实现的最新趋势，探讨其在当前复杂计算环境，特别是多核、分布式和虚拟化架构下的挑战与创新。全书结构严谨，内容覆盖面广，力求从底层原理出发，逐步过渡到高级应用实践。第一部分：操作系统的核心理论与架构演进本部分奠定了理解现代操作系统的理论基础，并追溯了其设计哲学的演变。第一章：操作系统的基本概念与设计哲学本章首先回顾了操作系统的定义、目标和核心功能，如进程管理、内存管理、文件系统和I/O子系统。随后，我们深入探讨了不同设计范式的优劣，包括宏内核（Monolithic）、微内核（Microkernel）及其混合体。重点分析了模块化、可扩展性和安全性如何在这些架构中得以权衡与实现。我们通过对比历史上的经典操作系统（如UNIX、Mach）的结构，引出现代操作系统如何通过分层和接口抽象来应对日益增长的复杂性。第二章：进程与线程管理的高级主题进程和线程是操作系统的核心抽象。本章超越了基本的调度算法（如FIFO、Round Robin），着重探讨了面向多核处理器的现代调度策略。内容包括：公平性与实时性调度：深入分析了完全公平调度器（CFS）的工作原理，以及硬实时和软实时系统的调度保证机制。上下文切换优化：探讨了减少缓存污染和TLB失效对性能的关键影响，以及现代硬件如何辅助或限制操作系统进行高效上下文切换。同步与互斥的高级机制：除了传统的信号量和互斥锁，我们详细剖析了无锁数据结构（Lock-Free/Wait-Free Data Structures）的设计原则，以及内存屏障（Memory Barriers）在保证并发正确性中的底层作用。第三章：内存管理的复杂性虚拟内存是现代操作系统的支柱。本章详细介绍了：地址翻译机制的深度解析：覆盖了分段、分页的演进，特别是多级页表、反向页表（Inverted Page Tables）的应用及其性能权衡。硬件支持与软件协作：探讨了Translation Lookaside Buffer (TLB) 的管理策略，以及操作系统如何通过页表项（PTE）的位域来标记和管理访问权限、缓存策略等。内存分配与回收的挑战：涵盖了伙伴系统（Buddy System）的变体、slab分配器（如SLAB/SLUB）的内存池管理，以及对NUMA（非一致性内存访问）架构下内存分配的优化技术。第二部分：存储、文件系统与I/O系统本部分关注数据持久化和外部设备交互的机制。第四章：文件系统设计的原理与实践文件系统是用户与持久化数据交互的桥梁。本章内容包括：元数据管理与一致性：详细分析了日志式文件系统（如Ext4, NTFS）如何利用写前日志（Write-Ahead Logging, WAL）来保证事务的原子性和持久性。现代文件系统的创新：深入探讨了写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在ZFS和Btrfs等高级文件系统中的应用，以及快照（Snapshots）和数据校验（Data Scrubbing）的功能实现。性能优化：讨论了延迟分配（Delayed Allocation）、预读（Read-ahead）策略以及如何优化大文件和小文件I/O的性能差异。第五章：块设备I/O栈与存储抽象本章聚焦于操作系统如何高效地与底层存储设备通信。 I/O调度器（I/O Schedulers）：比较了Deadline、CFQ、NOOP以及最新的BFQ（Budget Fair Queueing）调度器的工作原理，以及它们如何平衡延迟和吞吐量。异步I/O模型：探讨了基于事件驱动的I/O模型（如epoll, io_uring）相对于传统阻塞/非阻塞I/O的优势，特别是在高并发网络服务中的应用。存储虚拟化与抽象层：介绍了逻辑卷管理器（LVM）的基本原理，并探讨了设备映射器（Device Mapper）框架在实现RAID、加密和精简配置等功能中的作用。第三部分：安全、虚拟化与现代计算环境本部分将视角扩展到操作系统在当代安全威胁和异构计算中的角色。第六章：操作系统安全机制的深度剖析安全性已不再是附加功能，而是核心设计要素。本章内容涵盖：权限模型与强制访问控制（MAC）：详细分析了基于角色的访问控制（RBAC）和基于标签的访问控制（MAC，如SELinux/AppArmor）的工作机制，包括安全上下文的建立与数据流控制。地址空间布局随机化（ASLR）与数据执行保护（DEP）：解释了这些缓解措施如何干扰攻击者的预测能力，以及操作系统如何与硬件协作实现这些保护。内核隔离与攻击面管理：讨论了内核模块签名、内核地址空间保护（KASLR）以及微服务架构中用户空间安全沙箱（如seccomp）的实现细节。第七章：操作系统与虚拟化技术虚拟化是云计算的基石。本章深入研究了操作系统如何与Hypervisor协同工作。全虚拟化与半虚拟化的区别：重点分析了特权指令的捕获与模拟（Trap-and-Emulate）过程，以及半虚拟化（如Xen HVM）如何通过修改客户机内核（Guest OS）以提高性能。 KVM架构解析：详细讲解了Linux内核中KVM（Kernel-based Virtual Machine）模块的工作流程，包括其如何利用硬件虚拟化扩展（Intel VT-x/AMD-V）来创建高效的虚拟机监控器（VMM）。内存虚拟化：探讨了影子页表（Shadow Page Tables）与二重转换（Nested Paging/EPT）在管理访客物理地址到宿主物理地址映射中的效率对比。第八章：分布式与云环境中的操作系统概念现代应用往往运行在集群中，对操作系统的需求扩展到了网络边界。一致性模型与分布式事务：讨论了在分布式文件系统和数据库中实现强一致性（如Paxos/Raft协议）所需要的操作系统级支持。资源管理与容器化：详细分析了cgroups（控制组）和namespaces（命名空间）作为容器技术（如Docker, Kubernetes）的底层OS机制。理解这些隔离技术如何提供进程级别的资源限制和视图隔离。网络协议栈的优化：探讨了现代操作系统如何通过零拷贝（Zero-Copy）技术、DPDK（Data Plane Development Kit）等用户态网络栈，绕过内核协议栈，以实现极低延迟的网络I/O。全书通过大量的架构图、代码片段和性能分析，确保读者不仅了解“是什么”，更能理解“如何实现”和“为何如此设计”。本书的最终目标是培养读者构建和优化下一代操作系统的能力。