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出版者:电子

作者:郭晶

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2002-4-1

价格:29.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505375352

丛书系列:

图书标签:

• Windows XP
• 操作系统
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操作系统原理与实践：基于现代Linux发行版的深度探索 图书信息： 书名： 操作系统原理与实践：基于现代Linux发行版的深度探索 作者： [此处可填写真实作者姓名或笔名] 出版社： [此处可填写真实出版社名称] ISBN： [此处可填写真实ISBN] 图书简介： 本书是一部面向计算机科学专业学生、系统级软件开发者以及希望深入理解现代计算核心的资深技术人员的深度技术专著。它聚焦于操作系统（OS）的底层机制、设计哲学以及在主流开源平台——特别是现代Linux发行版（如Fedora、Debian、Ubuntu的最新稳定版本）上的具体实现与实践。本书旨在超越简单的“如何使用”层面，引导读者构建起对操作系统从硬件抽象到用户空间交互的完整、系统化的认知框架。 第一部分：操作系统的基石与抽象层 本部分奠定了理解现代操作系统的理论基础。我们将从冯·诺依曼体系结构出发，详细剖析现代处理器（如x86-64架构）提供的硬件支持，特别是特权级（Rings）、内存管理单元（MMU）和中断/异常处理机制。 系统启动流程与引导加载： 深入解析BIOS/UEFI固件的工作原理，以及Bootloader（如GRUB 2）如何将控制权安全地移交给内核。我们将详细拆解Linux内核的早期初始化过程（`start_kernel()`及其后续调用）。 中断与系统调用： 细致讲解硬件中断（IRQs）和软件中断（系统调用）在用户态和内核态之间的切换过程。通过汇编级别的视角，展示上下文切换的复杂性，并分析现代Linux如何利用诸如`vDSO`等技术优化系统调用的性能。 进程与线程模型： 阐释Linux内核中进程（`task_struct`结构）与线程（共享地址空间）的统一模型。重点讨论进程的创建（`fork`/`vfork`/`clone`）、状态转换以及僵尸进程的处理机制。 第二部分：内存管理的艺术与复杂性 内存管理是操作系统的核心挑战之一。本书将以极大的篇幅，结合Linux内核的实际代码结构，揭示虚拟内存系统如何高效、安全地运行。 分级页表与地址翻译： 详尽解析多级页表结构（四级或五级），描述CPU如何通过TLB（Translation Lookaside Buffer）和页表 walk 机制完成虚拟地址到物理地址的转换。我们将讨论地址空间布局随机化（ASLR）的实现细节及其对安全性的意义。 内存分配策略： 深入探讨内核空间的内存分配器，如Slab、SLUB分配器的工作原理，以及它们如何解决内部碎片和外部碎片问题。对于用户空间，我们将分析`malloc`（glibc实现）如何与内核的堆管理（如mmap、brk）协同工作。 缓存替换算法与页面调度： 分析内核如何实现页面置换策略，如LRU（Least Recently Used）的近似实现（如Active/Inactive List）。同时，重点讲解内存不足（OOM）杀手（OOM Killer）的决策逻辑和调优参数。 第三部分：调度器：资源的公平与效率博弈 本部分聚焦于CPU时间的管理，这是衡量操作系统性能的关键指标。我们将重点研究现代Linux内核的完全公平调度器（CFS）以及实时调度策略。 CFS的内部机制： 详细解释CFS如何使用红黑树（Red-Black Tree）来维护“虚拟运行时”（vruntime），实现对时间的精细控制。分析Nice值和调度权重如何影响进程在红黑树中的排列。 调度类与优先级继承： 介绍不同调度类（Stop-the-world、Deadline、CFS、FIFO/RR）的层级结构。重点讨论实时（RT）进程的抢占机制，以及互斥锁（Mutex）在多核环境下如何触发优先级继承（Priority Inheritance）来避免优先级反转问题。 多核与缓存同步： 探讨SMP（Symmetric Multi-Processing）环境下的调度挑战，包括负载均衡（Load Balancing）机制、CPU亲和性（Affinity）的设置与优化，以及缓存一致性（Cache Coherency）对调度性能的影响。 第四部分：文件系统与持久化存储 本部分将深入探讨数据如何在磁盘上组织、访问和保护，重点关注现代Linux的通用文件系统架构。 虚拟文件系统（VFS）： 剖析VFS层如何提供统一的API接口，抽象化底层文件系统的差异。深入讲解超级块（superblock）、索引节点（inode）和目录项（dentry）在内核中的生命周期和数据结构。 Ext4/XFS的高级特性： 详细分析Ext4的日志（Journaling）机制如何保证事务的原子性与持久性。对于XFS，着重探讨其extent-based结构对大型文件和高性能I/O的优势。 块设备驱动与I/O调度器： 介绍块设备的驱动模型和I/O请求的生命周期。详述CFQ、Deadline、NOOP到BFQ等不同I/O调度器的工作原理和适用场景，并展示如何通过`udev`和`sysfs`接口对块设备进行动态管理。 第五部分：系统安全、网络与未来趋势 最后一部分将探讨现代操作系统在安全加固和互联互通方面的进展。 内核安全模块： 深入分析Linux安全模块（LSM）框架，特别是SELinux和AppArmor的强制访问控制（MAC）模型。读者将学习如何理解和配置安全策略上下文。 容器化技术的核心： 重点解析命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups）这两个实现容器（如Docker, Kubernetes）的基石技术。我们将展示内核如何利用这些机制实现资源隔离和限制。 网络协议栈： 概述Linux内核中TCP/IP协议栈的结构，从套接字（Socket）接口到网络设备驱动层的整个数据包处理流程，并介绍零拷贝（Zero-Copy）技术在网络I/O中的应用。 本书特色： 代码驱动的讲解： 理论阐述紧密结合最新的Linux内核源码结构，提供关键函数和数据结构的伪代码或真实片段。 实践案例丰富： 包含大量使用`strace`、`perf`、内核模块编程和系统级工具（如`bpftrace`）的实战教程，确保读者能够将理论知识应用于调试和性能分析。 面向现代环境： 完全聚焦于64位架构、多核系统和虚拟化/容器化带来的新挑战。 本书适合作为高等院校操作系统课程的指定教材，或作为系统工程师和底层开发人员提升专业深度的必备参考书。通过系统学习，读者将具备分析和修改复杂操作系统行为的能力。

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