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出版者:电子工业出版社

作者:(美)Mark Grand

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2003-08-01

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787505389526

丛书系列:

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• Java
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《深入理解操作系统：从理论到实践》 内容提要： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的操作系统（OS）知识体系。我们着重于揭示现代操作系统背后的核心原理、设计哲学以及它们如何在实际硬件之上构建和运行。全书内容涵盖了操作系统的基础概念、进程与线程管理、内存管理、文件系统、I/O 子系统以及分布式与安全等前沿主题。 第一部分：操作系统的基础与架构 本部分奠定读者对操作系统的基本认知框架。我们将从历史演进入手，对比批处理系统、分时系统、实时系统和现代多用户、多任务系统的特征与目标。 1. 操作系统概览与核心功能： 详细阐述操作系统的定义，以及其作为资源管理器和抽象机角色的具体体现。我们将探讨内核态与用户态的切换机制，以及系统调用的实现细节，包括中断和异常处理流程。 2. 计算机体系结构基础回顾： 为理解操作系统如何与硬件交互，本章回顾了 CPU 的核心组件（如寄存器、指令集）、内存层次结构（Cache、主存、虚拟内存）以及总线结构。重点分析了 I/O 寻址方式（轮询、中断、DMA）对系统性能的影响。 3. 内核架构设计： 深入剖析主流的内核设计模式，包括宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）及其混合型（Hybrid Kernel）的优劣权衡。我们将通过对比 Linux、Windows NT 和 macOS 的内核结构，展示不同设计哲学在实践中的体现。特别关注模块化设计和驱动程序接口标准。 第二部分：进程与线程管理——并发的核心 本部分聚焦于程序执行的实体——进程和线程，这是操作系统实现并发和并行处理的基础。 1. 进程的概念与组织： 深入探讨进程的定义、生命周期和上下文切换的开销。分析进程控制块（PCB）的结构及其在操作系统调度中的作用。我们将使用汇编层面的知识解释保存和恢复现场的具体步骤。 2. 线程模型与用户级/内核级线程： 详细对比用户级线程（如绿色线程）和内核级线程的实现方式及其同步机制。深入分析多线程编程中常见的并发问题，如竞态条件和死锁。 3. CPU 调度算法： 全面介绍各种调度策略，包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转（Round Robin, RR）以及多级反馈队列（MLFQ）。着重分析实时系统对调度的特殊要求，并探讨如何通过调度来优化系统吞吐量和响应时间。 4. 进程间通信（IPC）： 详尽介绍多种 IPC 机制，包括共享内存、消息传递（管道、消息队列）、信号量和套接字（Socket）。通过具体代码示例，演示如何在不同进程间安全有效地交换数据和同步操作。 第三部分：内存管理——高效利用物理资源 内存管理是操作系统最复杂的模块之一，本部分将系统性地讲解如何抽象和管理有限的物理内存。 1. 内存分配与保护： 介绍连续内存分配（如固定分区、可变分区）的局限性，并深入解析分页（Paging）和分段（Segmentation）机制。重点讲解地址翻译过程，包括 TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用和快表查找的效率考量。 2. 虚拟内存与页面置换策略： 阐述虚拟内存的必要性，如何通过地址空间扩展来隔离进程。详尽分析页面错误处理流程，并深入探讨页面置换算法，如最佳置换算法（OPT）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）及其在实际系统中的近似实现（如时钟算法）。讨论工作集模型和抖动（Thrashing）现象。 3. 内存的内核管理： 探讨内核如何管理自身的内存池。详细介绍伙伴系统（Buddy System）和 Slab 分配器在内核中的应用，分析它们如何解决内部碎片和外部碎片问题，并提供高效的内存分配/回收接口。 第四部分：文件系统与存储管理 本部分着眼于数据持久化和组织，涵盖从逻辑文件结构到物理磁盘 I/O 的整个过程。 1. 文件系统结构与抽象： 定义文件、目录的抽象概念，分析不同文件组织方式（如按顺序、按记录）。深入研究文件的物理组织方式，如连续分配、链式分配和索引分配（i-node 结构）。 2. 目录管理与保护： 探讨目录的实现方式（单级、二级、树形结构），以及路径名到文件句柄的转换过程。详细介绍访问控制列表（ACLs）和权限模型，以及在多用户环境中如何实现文件安全。 3. 磁盘 I/O 与调度： 分析机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）的物理特性差异。重点讲解磁盘调度算法（如 FCFS、SSTF、SCAN/C-SCAN）如何最小化平均寻道时间。阐述缓冲区缓存和预读机制对 I/O 性能的优化作用。 4. 日志与事务： 介绍如何通过日志记录（Journaling）机制来保证文件系统在崩溃后的一致性和恢复能力。对比写前日志（Write-Ahead Logging, WAL）等技术。 第五部分：高级主题与未来趋势 最后一部分将视野扩展到更宏观的系统层面和新兴领域。 1. 输入/输出系统（I/O Subsystem）： 剖析操作系统如何通过设备驱动程序与各种硬件设备通信。深入理解中断处理程序的设计原则、缓冲策略以及 Spooling 技术的应用。 2. 分布式操作系统与网络基础： 概述分布式系统的挑战（如一致性、容错性）。简要介绍网络协议栈（TCP/IP）在操作系统中的实现层次，以及网络文件系统（NFS/SMB）的基本工作原理。 3. 安全与保护： 系统地探讨操作系统提供的安全机制，包括身份验证、授权、域保护模型，以及内存保护（如地址空间布局随机化 ASLR）在抵御现代攻击中的作用。 目标读者： 本书适合计算机科学专业的本科高年级学生、研究生，以及希望深入理解系统底层工作机制的软件工程师、系统架构师和内核开发者。要求读者具备 C 语言基础和基础数据结构与算法知识。通过本书的学习，读者将能够构建对现代计算平台稳定性和性能的深刻理解。

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这本书的叙事结构非常精巧，它不是简单地罗列23种模式，而是将它们按照“创建型”、“结构型”、“行为型”进行了逻辑分组，并且在每组的开头都设置了引言，解释了该类型模式试图解决的核心问题。这种结构安排极大地帮助了读者的知识构建。比如，在进入“结构型”的讲解之前，作者先用一小节篇幅讨论了如何处理类与对象之间的关系耦合问题，从而自然地引出了适配器、桥接等模式的必要性。我发现，通过这种有层次感的组织，我对模式之间的相互关系有了更清晰的认知，而不是将它们视为孤立的解决方案。更值得称道的是，作者对模式的命名和历史背景也有所涉猎，这使得阅读过程充满了文化和历史的厚重感，它让你明白这些模式并非空中楼阁，而是经历了几代软件工程师的实践检验和提炼。这种对知识体系的尊重和梳理，让这本书超越了一般工具书的范畴，成为了一本可以反复品读的案头参考佳作。

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我是一个偏好实战和代码细节的开发者，所以最初对这种偏理论的书籍抱有一丝疑虑，但这本书完全打消了我的顾虑。它在理论铺垫之后，紧接着就是大量的、高质量的伪代码和清晰的UML图解。这些图例并非那种冷冰冰的抽象符号，而是带有丰富注释的、能直接映射到真实业务流程的结构图。作者似乎非常体谅读者在理解模式后的落地困难，特意用了一个贯穿全书的“电子商城订单处理系统”作为贯穿示例，从最初的用户界面请求到最后的库存扣减，每一步都对应着一个或多个设计模式的协同工作。特别是关于代理模式和享元模式的结合使用，作者展示了如何在不牺牲安全性和灵活性的前提下，高效地管理大量重复资源。读到这些章节时，我感觉自己不是在看一本技术书，而是在跟随一位经验丰富的高级架构师进行一次深入的“代码漫步”，他指着关键节点，解释了当年做决策时的权衡取舍。这种沉浸式的学习体验，对于提升实战能力有着立竿见影的效果。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种沉稳的蓝色调配上精致的字体排版，第一眼就给人一种专业、可靠的感觉。我拿到书的时候，首先被它的装帧质量所吸引，纸张厚实，印刷清晰，即便是长时间阅读也不会觉得累眼睛。书本拿在手里很有分量感，这让我对内容充满了期待。它不像市面上很多技术书籍那样只注重代码的堆砌，而是从更宏观的视角去剖析问题的本质。比如，它深入探讨了面向对象设计原则背后的哲学思想，而不仅仅是告诉你“应该”怎么做。作者在介绍每一种设计模式时，都会先用一个非常贴近实际工作场景的例子来引出问题，让你在恍然大悟中理解为什么要引入这个模式，而不是生硬地灌输理论。特别是关于工厂模式的章节，作者通过一个虚构的跨国物流系统的演变过程，清晰地展示了如何从混乱的代码结构逐步过渡到清晰、可扩展的架构，那个推导过程如同剥洋葱一样，层层递进，让人茅塞顿开。对于初入企业级开发的工程师来说，这本书提供的不仅仅是工具，更是一种思维方式的重塑，它教会你如何用一种更优雅、更具前瞻性的眼光去看待软件的构建过程。

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坦白说，市面上讲解设计模式的书籍汗牛充栋，但很多都流于表面，或者侧重于单一语言的实现细节。然而，这本书最打动我的地方，在于它对“变化”这一软件生命周期核心议题的深刻洞察。作者反复强调，设计模式的最终目的不是为了展示知识的渊博，而是为了构建一个能够优雅地应对未来需求的系统。在讨论模板方法模式时，作者清晰地揭示了如何通过定义骨架流程来隔离那些必然会发生变化的部分，这对于维护大型、长生命周期的项目至关重要。我印象最深的是它对职责分离的强调，作者用了一个非常形象的例子——一个复杂的数据校验流程，展示了如何利用职责链模式，将校验规则串联起来，并且保证任何一条规则的增删都不会影响到其他部分的逻辑。这种对系统弹性的追求，正是企业级应用设计中最为核心的价值所在。这本书真正教会我的，是如何从一开始就将“未来重构的可能性”纳入当前的设计考量之中，这是一种高级的工程智慧。

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这本书的行文风格极其严谨，可以说是教科书级别的严谨，但又不失阅读的流畅性。我尤其欣赏作者处理复杂概念的方式，他总能找到最精妙的比喻来简化抽象的理论。比如，讲解策略模式时，作者用到了一个关于国际象棋AI引擎的例子，将算法的切换比作棋盘上不同阶段的战术部署，这种形象化的描述极大地降低了理解难度。更让我印象深刻的是，作者在阐述模式的适用场景和局限性时，从不含糊其辞。他会坦诚地指出某些模式在特定上下文中的“陷阱”，比如过度设计可能带来的性能损耗，或是如何在并行处理中正确应用观察者模式以避免竞态条件。这种平衡性——既推崇模式的力量，又警惕其滥用——是许多技术书籍所缺乏的。读完其中关于装饰器模式的部分后，我立刻回去重构了我项目中一个状态管理模块的代码，那种“原来如此”的顿悟感，是很多技术文章无法给予的。这本书的深度远超出了“如何实现”的层面，它更多地是在探讨“为何如此设计”的内在逻辑。

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突然码很多字，突然又码很多代码。书中的设计模式像是对GOF设计模式在企业应用中的扩展；另外由于对Java不太感冒，所以看得很粗略。

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突然码很多字，突然又码很多代码。书中的设计模式像是对GOF设计模式在企业应用中的扩展；另外由于对Java不太感冒，所以看得很粗略。

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主要介绍分布式下开发的模式

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