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出版者:

作者:王战航

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:2002-3-1

价格:19.80

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787801349583

丛书系列:

图书标签:

• Windows XP
• 操作系统
• 入门
• 精通
• 电脑教程
• 中文版
• 软件
• IT
• 技术
• Windows

探索未来数字世界的基石：现代操作系统深度解析与实践 本书聚焦于当代主流操作系统的核心原理、前沿技术以及在云计算、大数据和人工智能时代的应用潜力，旨在为读者构建一个全面、深入且富有前瞻性的操作系统知识体系。 我们将超越传统操作系统的基础操作层面，深入探讨现代操作系统的设计哲学、内核机制、并发管理、内存虚拟化以及安全防护策略。 第一部分：操作系统的理论基石与现代架构 本部分首先界定操作系统的核心职能，并追溯其从批处理系统到多用户、多任务操作系统的演进历程。随后，我们将详细剖析现代操作系统的经典三层结构——硬件抽象层（HAL）、内核（Kernel）与用户空间（User Space）。重点将放在微内核（Microkernel）与宏内核（Monolithic Kernel）的设计权衡，以及当前新兴的混合内核在性能与模块化方面的优势。 进程与线程管理的高级主题： 不仅涵盖了进程的生命周期和上下文切换，更深入探讨了超线程（Hyper-Threading）的实现原理、用户级线程与内核级线程的映射机制。我们将分析调度算法的演进，从经典的优先级抢占式调度，到针对现代多核系统的无锁（Lock-Free）数据结构在线程同步中的应用，以及如何利用时间片轮转与优先级继承协议来避免实时系统中的优先级反转问题。 内存管理与虚拟化： 深入讲解页表（Page Table）的层次结构，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）对性能的关键作用。本书详尽阐述了虚拟内存（Virtual Memory）如何通过按需调页（Demand Paging）机制实现内存的有效隔离与高效利用。我们还将分析内存碎片（Fragmentation）的类型（内部与外部）及其在现代内存分配器（如Slab或jemalloc）中的缓解策略。 第二部分：并发、I/O与系统调用 现代应用对高性能计算的需求，使得对并发和高效I/O的理解成为核心技能。 同步机制与并发编程范式： 彻底剖析互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）的工作原理。更进一步，本书将介绍现代并发控制中更精细的机制，如读写锁（Read-Write Locks）、屏障（Barriers）以及如何在无锁编程中安全地使用原子操作（Atomic Operations）来实现高性能并发。 中断处理与异常管理： 详细描述硬件中断如何被操作系统捕获和处理，包括中断描述符表（IDT）的结构。分析系统调用（System Call）的用户态到内核态的转换流程，以及系统调用接口（ABI）的设计原则，如何保证应用与内核之间的安全通信。 存储系统与文件I/O： 本部分将系统地介绍块设备驱动模型，深入探讨缓冲区缓存（Buffer Cache）和页缓存（Page Cache）在加速磁盘访问中的作用。针对现代存储技术，我们将分析日志式文件系统（如Ext4, NTFS）中的事务日志如何确保数据的一致性，并探讨直接I/O（Direct I/O）的适用场景。 第三部分：网络协议栈的操作系统实现 网络通信是现代操作系统的核心支柱。本书将操作系统的网络协议栈视为一个高度优化的软件层。 TCP/IP协议栈的内核实现： 我们将跟踪一个数据包从用户空间（例如通过Socket API）进入内核，经过套接字缓冲区（Socket Buffer），如何被封装成IP数据报，最终通过网络接口卡（NIC）发送出去的完整路径。重点分析拥塞控制算法（如CUBIC或BBR）在内核中的集成与调优。 网络I/O的高性能模型： 详细对比传统阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O多路复用（如epoll/kqueue）的工作机制。特别阐述零拷贝（Zero-Copy）技术（如`sendfile()`）如何通过避免数据在内核空间和用户空间之间的冗余拷贝，显著提升数据传输效率。 第四部分：系统安全与可扩展性设计 在威胁日益复杂的环境中，操作系统的安全性已成为首要任务。 安全机制与权限隔离： 深入研究访问控制列表（ACL）和基于角色的访问控制（RBAC）的实现细节。分析地址空间布局随机化（ASLR）、数据执行保护（DEP/NX Bit）等缓解缓冲区溢出攻击的技术。探讨现代操作系统如何使用安全模块（如SELinux/AppArmor）实现更严格的强制访问控制（MAC）。 虚拟化与容器技术： 探讨操作系统层面的虚拟化技术，如硬件辅助虚拟化（VT-x/AMD-V）如何与Type-1 Hypervisor协同工作。聚焦于容器技术（如Docker/LXC）背后的核心技术——命名空间（Namespaces）和控制组（Control Groups, cgroups），解析它们如何为应用提供轻量级的隔离环境，同时共享宿主机的内核。 本书适合谁？ 本书面向具有一定计算机基础，希望深入理解操作系统底层原理的软件工程师、系统架构师、系统程序员以及计算机科学专业的学生。通过理论结合实际代码案例（例如分析开源操作系统内核的特定模块实现），读者将能够设计出更健壮、更高效、更安全的下一代软件系统。阅读完本书，您将不再仅仅是操作系统的“用户”，而是能够理解和优化其核心功能的“构建者”。

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