操作系统原理与实例分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:蒲晓蓉

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:26.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111143048

丛书系列:

图书标签:

• 计算机操作系统
• 操作系统
• 原理
• 计算机科学
• 系统编程
• 内核
• 内存管理
• 进程管理
• 文件系统
• 并发
• 同步

现代软件开发中的并发编程与性能优化实践 导论：面向多核时代的软件挑战与机遇 随着摩尔定律的演进，CPU 核心数量的增长已成为主流，但传统的串行编程模型已无法充分利用这些计算资源。现代应用，无论是大型分布式系统、实时交互式图形界面还是高性能科学计算，都对并发处理能力提出了严苛要求。并发编程不再是高级话题，而是构建高效、响应迅速软件的基石。 本书旨在深入探讨现代软件开发中，如何设计、实现和调试高效且健壮的并发程序。我们将避开过于底层的硬件细节与操作系统的核心机制（例如进程间通信的底层系统调用、内存管理单元的运作等），转而聚焦于应用层、框架层的并发模型、同步机制、性能瓶颈分析以及现代编程语言提供的工具链。 本书的读者对象是具备扎实编程基础，渴望提升程序性能和并发处理能力的软件工程师、系统架构师和高级技术人员。 --- 第一部分：并发模型与基本原语的精通 本部分将打下坚实的并发理论基础，重点关注不同抽象层面的并发设计模式。 第一章：理解并发的本质与挑战 本章首先界定“并行性”与“并发性”的差异，并分析在多核环境下，同步和顺序性给程序带来的固有复杂性：竞态条件（Race Conditions）、死锁（Deadlocks）、活锁（Livelocks）和饥饿（Starvation）。我们将通过大量代码示例，剖析在缺乏适当同步时，共享内存模型可能导致的不可预测行为。 第二章：同步的基石：互斥量、信号量与屏障 我们将详细剖析最基础的同步原语。重点讨论互斥量（Mutexes）的使用场景、避免过度加锁导致的性能下降。信号量（Semaphores）的应用不再局限于资源计数，更深入探讨其在流程控制中的作用。此外，屏障（Barriers）和事件标志（Event Flags）如何用于协调多个线程的执行进度，确保特定阶段的顺序完成。 第三章：原子操作与内存模型 本章聚焦于避免使用重量级锁的场景。我们将介绍原子操作（Atomic Operations）的概念及其在无锁编程中的关键作用。深入解析主流编程语言所采用的内存模型（如 C++ 的 `std::memory_order` 或 Java 的 Happens-Before 关系）。理解内存模型，是编写高性能且跨平台一致性代码的前提。我们将通过分析内存重排序对代码逻辑的影响，指导读者如何正确地使用内存顺序指令。 第四章：并发数据结构的选择与设计 标准库中提供的并发数据结构往往是性能优化的首选。本章对比分析并发队列（如无锁队列）、并发哈希表和并发栈的内部实现原理。更进一步，我们将指导读者如何根据应用需求（如读多写少、写多读少）定制自己的高性能并发容器，平衡锁的粒度与数据结构的可用性。 --- 第二部分：高级并发范式与架构设计 在掌握了基础原语后，本部分转向更高级别的设计模式，以构建更易于管理和维护的大规模并发系统。 第五章：线程池与任务调度框架 直接管理线程的开销巨大且易出错。本章专注于线程池（Thread Pools）的设计与实现，包括如何动态调整池大小以适应负载变化。我们将深入探讨任务调度器的策略，例如工作窃取（Work Stealing）算法如何有效利用所有核心，避免局部核心空闲。 第六章：消息传递与 Actor 模型 面向消息的并发模型（Message Passing）提供了一种替代共享内存的范式。本章将详细介绍 Actor 模型的核心概念——隔离状态、异步通信。通过分析 Erlang、Akka 等框架的设计哲学，指导读者如何在面向对象的环境中构建高容错性的并发实体。 第七章：面向并发的函数式编程思想（如果适用语言支持） 探讨函数式编程（FP）中“不可变性”（Immutability）如何天然地解决并发中的大部分同步问题。我们将介绍惰性求值（Lazy Evaluation）和纯函数的概念，及其在构建并行数据流处理中的优势。 第八章：锁的优化与替代方案：读写锁与乐观并发控制 本章专注于提升共享资源的访问效率。详细分析读写锁（Read-Write Locks）的使用场景，以及何时它们比普通互斥锁性能更优。接着，深入研究乐观并发控制（Optimistic Concurrency Control, OCC），例如版本戳或 Compare-And-Swap (CAS) 循环，用于在高冲突率场景下的性能提升。 --- 第三部分：调试、性能分析与实战优化 并发程序的调试难度远高于串行程序。本部分侧重于实际工具的使用和性能调优的系统方法论。 第九章：并发调试的艺术：定位隐蔽错误 本章提供了一套系统性的并发错误排查流程。介绍如何使用专业的调试工具（如线程抓取、Watchpoints 监控特定内存地址）来重现和隔离竞态条件。重点讨论如何有效分析和利用工具产生的死锁检测报告，以及如何设计更健壮的错误恢复机制。 第十章：性能剖析与瓶颈识别 理解程序的“慢”在哪里至关重要。本章将介绍使用性能分析器（Profiler）来识别锁竞争热点（Lock Contention Hotspots）和不必要的同步开销。指导读者区分 CPU 绑定任务和 I/O 绑定任务，并为每类任务匹配最合适的并发模型。 第十一章：现代 I/O 模型与异步编程 在网络和文件密集型应用中，阻塞 I/O 是主要的性能瓶颈。本章深入探讨非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）的原理，如事件驱动模型（epoll/kqueue）及其在现代异步编程框架（如 C++ 的协程、Python 的 asyncio）中的应用。重点分析如何使用 `async/await` 语法编写出既高效又易读的异步代码，实现高并发连接处理。 第十二章：实战案例：构建一个高吞吐量服务 本章将整合前述所有知识，通过一个具体的、具有挑战性的案例（例如，一个高并发日志聚合器或一个实时交易撮合引擎），展示从需求分析、并发模型选择、数据结构设计到最终性能调优的全过程。分析不同并发策略（如共享内存 vs. 消息传递）在特定场景下的优劣权衡。 --- 结语 本书强调的并非仅仅是“让程序跑起来”，而是“以最有效、最安全的方式跑起来”。通过对这些现代并发技术和范式的深入理解与实践，读者将能够自信地构建出能够充分利用多核资源、响应迅速且稳定可靠的下一代软件系统。

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我是一个习惯于带着项目经验来学习理论的人。过去我阅读相关书籍时，总感觉理论与我实际操作的Linux内核或嵌入式系统之间存在一道鸿沟。这本书的独特之处在于，它巧妙地在理论讲解中穿插了对主流操作系统内核（如Linux或早期的Unix变种）中对应实现方式的简要概述。这种“理论+实例映射”的结构，极大地增强了知识的可迁移性和实用性。例如，在讲解信号量和互斥锁的实现时，书中不仅解释了抽象的同步原语，还提到了内核是如何使用原子操作和底层硬件支持来实现这些机制的。这使得学习过程不再是孤立的知识点堆砌，而是形成了一个立体的知识网络，让我能够更自信地去分析和理解真实系统代码的行为模式。这本书无疑为系统编程爱好者搭建了一座坚实的桥梁。

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这本书的排版和图表质量可以说是顶级的。在讲解那些涉及多级指针、内存地址转换和同步机制的复杂流程时，清晰的流程图和精美的结构示意图是至关重要的。我发现这本书的插图设计不仅美观，更重要的是功能性极强。它们总是恰到好处地出现，帮助我消化那些仅靠文字难以理解的概念。特别是在涉及虚拟内存分页机制的讲解中，图示将逻辑地址如何一步步映射到物理地址的过程描绘得淋漓尽致，几乎不需要反复阅读上下文，看图就能理解核心流程。这种对视觉辅助工具的重视，极大地提高了我的阅读效率，也降低了学习曲线的陡峭程度。对于需要经常查阅细节的技术人员来说，这种高质量的视觉参考资料，是无可替代的工具书价值所在。

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说实话，市面上的操作系统书籍往往过于学术化，读起来像是在啃一本难懂的字典。但《操作系统原理与实例分析》这本书，在我看来，更像是一位经验丰富的工程师在手把手教你“做工程”。它的语言风格非常务实，没有太多华丽的辞藻，直奔主题，但讲解的逻辑却异常严密。我个人最喜欢的是它在每个主要章节末尾设置的“设计权衡”分析部分。这部分内容极其宝贵，它探讨了在设计操作系统时，工程师们必须在性能、安全性和实现复杂度之间做出取舍的现实困境。这种将理论知识与工程实践紧密融合的写法，让我不仅仅停留在理解“如何工作”，更能思考“为什么这样设计会更好”。对于希望将操作系统知识应用于实际软件开发，尤其是系统级编程的读者来说，这本书无疑提供了宝贵的思维框架。

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这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象，那种深邃的蓝色调，配上简洁而富有科技感的字体，一下子就抓住了我的眼球。我是一个对底层原理有着强烈好奇心的人，所以当我在书店里翻开这本书时，我立刻被它清晰的逻辑结构所吸引。作者似乎非常懂得如何引导读者，从最基础的概念开始，逐步深入到复杂的设计思想。我尤其欣赏它在讲解并发控制和内存管理部分时所采取的“情景化”描述方式，不像很多教科书那样干巴巴地罗列公式和定义，而是通过一些经典的操作系统调度场景来阐释原理，让我仿佛置身于一个虚拟的计算机核心，亲手去观察和调试那些复杂的进程交互。阅读体验非常流畅，即使是初次接触操作系统核心概念的读者，也能在作者的引导下，迅速建立起对整个系统工作机制的宏观认知。那种“豁然开朗”的感觉，是在阅读其他教材时很难体验到的畅快淋漓。

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我购买这本书的初衷其实是想找一本能真正解释“为什么”的书，而不是只停留在“是什么”的层面。这本书在这方面做得非常出色。它没有回避那些令人头疼的底层细节，比如上下文切换的开销、页表结构的空间复杂度优化，但它处理这些细节的方式却充满了智慧。它将理论与实际的系统调用紧密结合，让我理解了那些抽象的概念是如何在真实的硬件和软件交互中体现价值的。例如，在讲解文件系统的设计时，作者不仅解释了索引节点（inode）的工作原理，还对比了不同磁盘I/O策略对性能的影响，这种深入到实现层面的剖析，极大地满足了我作为一名技术爱好者的求知欲。这本书的深度是渐进的，它尊重读者的学习曲线，确保读者在掌握了足够的基础后，才能去挑战那些更具挑战性的章节，而不是一开始就让人望而却步。

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