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出版者:机械工业出版社

作者:MichaelJosephMiller

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2002-1

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787111097082

丛书系列:

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探秘数字世界的基石：现代操作系统原理与实践 本书旨在为读者构建一个关于现代操作系统核心概念的全面而深入的知识体系，尤其侧重于那些支撑起当代计算环境的底层机制与设计哲学。我们不会探讨特定发行版的配置或命令，而是深入挖掘驱动所有操作系统的通用原理。 --- 第一部分：操作系统的基石——抽象与管理 本部分将系统地介绍操作系统的核心职能，阐明它如何充当用户程序与硬件资源之间的桥梁和管理者。 第一章：操作系统的角色与演进 从裸机到抽象层： 追溯操作系统的发展历程，理解其从简单的批处理系统到多用户、分时系统的演变驱动力。 核心功能解构： 详细剖析操作系统的三大支柱职能：资源管理、进程/线程管理、内存管理、I/O管理和用户接口。 内核架构的哲学之争： 深入对比宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）以及混合内核的设计理念、优缺点及适用场景。探讨内核模式（Kernel Mode）与用户模式（User Mode）的隔离机制如何保障系统安全与稳定性。 第二章：进程与线程——并发执行的灵魂 这是理解现代计算能力的关键。本书将细致区分进程和线程的概念，并剖析它们在系统中的生命周期。 进程的本质与结构： 详细解析进程控制块（PCB）的内部构成，理解进程状态转换图（新建、就绪、运行、阻塞、终止）的每一个环节。 上下文切换的成本： 深入分析CPU状态保存与恢复的过程，量化上下文切换（Context Switching）对系统性能的影响，以及优化策略。 线程模型详解： 区分用户级线程与内核级线程，探讨多线程编程模型（如M:N模型）如何平衡用户空间和内核空间的开销。 进程间通信（IPC）的艺术： 全面覆盖主要的IPC机制，包括共享内存、消息队列、信号量（Semaphores）、管道（Pipes）和套接字（Sockets），侧重于它们在同步和数据交换中的适用性。 第三章：同步与互斥——并发控制的挑战 在多核处理器普及的今天，如何保证共享数据的正确性是操作系统的核心难题。 并发问题的根源： 详细阐述竞态条件（Race Condition）、死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）等经典并发问题。 经典同步工具箱： 详尽分析使用锁（Lock）、互斥量（Mutex）和条件变量（Condition Variable）解决同步问题的具体实现细节和陷阱。 更高级的同步原语： 探讨信号量（Semaphores）在资源计数和复杂调度中的应用，并引入屏障（Barrier）和读写锁（Read-Write Lock）的优化机制。 死锁的预防、避免与检测： 深入研究银行家算法（Banker's Algorithm）等避免死锁的策略，并解析系统如何运行时检测和解除死锁。 --- 第二部分：高效利用资源——内存与存储管理 本部分聚焦于操作系统如何抽象和管理稀缺的硬件资源，特别是内存空间和持久化存储。 第四章：内存管理的艺术 理解虚拟内存是理解现代操作系统效率的基石。 逻辑地址与物理地址的转换： 详细介绍内存管理单元（MMU）的工作原理，以及地址翻译过程如何依赖页表（Page Tables）。 分页机制的深入剖析： 探讨多级页表（Multi-Level Paging）的结构，以及转换后援缓冲器（TLB）在加速地址翻译中的关键作用。 内存分配策略： 分析固定分区、动态分区（首次适应、最佳适应、最差适应）的局限性，并重点阐述基于页面的动态分配机制。 虚拟内存与置换策略： 深入研究页面置换算法（如FIFO、LRU、OPT等），并解析抖动（Thrashing）现象及其规避方法。 第五章：文件系统与持久化存储 文件系统是用户与数据交互的逻辑界面，本书将揭示其在物理磁盘上的映射机制。 磁盘结构与性能： 分析机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）的物理特性，重点关注寻道时间、旋转延迟和I/O性能差异。 文件系统的组织： 详述文件系统中的核心组件，包括目录结构（如i-node/FCB）、磁盘空间分配方法（位图、链接法、索引节点）。 数据完整性与日志： 探讨日志结构文件系统（Journaling File Systems）如何通过记录操作日志来保障系统崩溃后的数据一致性。 缓存与缓冲： 分析操作系统如何利用内存（缓冲区/缓存）来加速磁盘访问，以及写回（Write-back）与透传（Write-through）策略的选择。 --- 第三部分：驱动与交互——I/O和调度 本部分关注系统如何高效地处理来自外部设备的数据流，并决定哪个进程应获得CPU的使用权。 第六章：I/O子系统与中断机制 中断驱动的I/O： 详细解析硬件中断的产生、处理流程，以及中断向量表的作用。 直接内存访问（DMA）： 阐述DMA如何使得设备可以直接与内存交互，从而解放CPU进行其他计算任务，这是现代高性能I/O的关键。 I/O软件分层： 介绍从设备驱动程序到设备无关接口的软件层次结构，理解系统调用如何穿透这些层级到达硬件。 第七章：CPU调度算法的精妙博弈 CPU调度是决定系统响应时间和吞吐量的核心因素。 调度的目标与衡量标准： 明确响应时间、周转时间、等待时间、CPU利用率等评估指标。 非抢占式调度策略： 分析先进先出（FCFS）和最短作业优先（SJF）的原理和局限性。 抢占式调度策略的威力： 深入研究轮转法（Round Robin）、优先级调度及其衍生算法（如SGI的反馈队列），重点分析时间片大小对系统性能的影响。 多核与公平调度： 探讨在多处理器环境下，如何实现负载均衡和“亲和性”（Affinity）调度，以最大化并行效率。 --- 本书面向对象： 计算机科学专业的学生、系统程序员、系统架构师，以及所有希望彻底理解计算机“幕后工作”的进阶技术爱好者。通过本书，您将掌握的不是某一个操作系统的特定配置技巧，而是指导所有现代计算平台运行的普适性工程智慧。

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这本书的封面设计实在是太吸引人了，深邃的蓝色背景，配上简洁有力的白色字体，让人一眼就能感受到那种专业和沉稳的气息。我本来对命令行操作一直有些畏惧，总觉得那是一片充满神秘代码的黑森林，但翻开这本书的扉页，那种排版的美感和逻辑清晰的目录结构，一下子就让我卸下了不少心理负担。作者在引言部分就非常真诚地探讨了学习Linux的心路历程，没有那种高高在上的技术布道者的架子，更像是资深的前辈在分享他的“独门秘籍”。尤其让我印象深刻的是，书中对基础概念的解释，比如文件系统是如何组织的，权限是如何工作的，不是用一堆晦涩的术语堆砌，而是大量使用了生活化的比喻，比如把文件权限比作房子的门锁和钥匙，这对于初学者来说简直是醍醐灌顶。我记得我以前在网上看一些零散的教程，东拼西凑的，很多知识点都是孤立的，学完一个命令就忘了上一个的上下文，但这本书明显是从底层逻辑构建知识体系的，让我对整个操作系统的运行机制有了一个宏观的认识，而不是仅仅停留在记住几个命令的层面。特别是关于Shell脚本的介绍部分，作者并没有直接扔给我们一堆复杂的脚本范例，而是从简单的变量、循环开始，循序渐进地引导我们如何思考“自动化”这个概念，那种被引导着一步步搭建起自己工具箱的感觉，真的非常令人兴奋和满足。

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我是一个视觉学习者，传统的纯文字书籍对我来说，即便是内容再好，也很容易产生阅读疲劳。这本书在图示的使用上，可以说是达到了一个非常高的水准。它并没有滥用那些花里胡哨的3D渲染图，而是专注于用最简洁的流程图和结构图来解释复杂的概念。比如，在讲解进程间通信（IPC）时，作者绘制的共享内存模型图，清晰地标示了内核空间和用户空间的边界，以及不同进程如何通过映射区进行数据交换，那些原本晦涩难懂的内存地址概念，一下子就具象化了。再比如，在描述磁盘阵列（RAID）的工作原理时，它没有用冗长的文字去解释奇偶校验位如何计算，而是用一个简单的方块和箭头示意图，就完美展示了RAID 5的数据条带化和容错机制。这种图文并茂，但又绝不喧宾夺主的排版风格，极大地提高了我的阅读效率和知识吸收率。而且，很多关键命令的输出示例，都被单独用高亮框体清晰地标示出来，让人在快速浏览时也能立刻抓住重点，这对于需要频繁查阅的技术书籍来说，是至关重要的细节优化。

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我最近工作上确实遇到了一些棘手的服务器配置问题，急需一本能够提供“实战演练”指导的工具书。市面上很多所谓的“教程”，要么是停留在理论讲解，要么就是代码堆砌，根本无法应对真实生产环境中的突发状况。但这本书最让我赞赏的地方在于它对“故障排除”的重视程度。它不是简单地罗列`dmesg`或者`journalctl`的用法，而是构建了一套非常严谨的排查流程。比如，当系统响应变慢时，作者会引导我们先检查资源利用率（CPU/内存），再深入到I/O等待，最后才去分析是哪个进程占用了资源，每一步都有明确的检查点和相应的命令组合。这种结构化的思维方式，比我过去那种“哪里冒烟就往哪里灭火”的混乱方式高效了太多。我记得有一次数据库连接池出了问题，我差点把整个服务重启，但在翻阅书中关于网络诊断的那一章后，我学到如何使用`ss`和`netstat`来分析TCP连接状态和TIME_WAIT堆积，最终定位到是防火墙规则导致了连接无法正常释放。这本书提供的不仅仅是命令的用法，更是一种解决复杂问题的“方法论”，这种能力比单纯学会配置Nginx要宝贵得多。

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说实话，我之前对“类Unix”系统的理解非常肤浅，总觉得Linux就是个替代Windows的工具，没什么特别的魅力。直到我读到这本书中关于“管道与重定向”的章节，我的世界观被刷新了。作者对`|`、`>`、`>>`这些符号的解读，不再是简单的输入输出转移，而是上升到了“数据流处理哲学”的高度。他用非常精炼的文字描述了如何将多个简单、专注的工具（比如`grep`、`awk`、`sed`）串联起来，实现极其复杂的数据清洗和报告生成任务。这种“组合式编程”的思想，让我深刻体会到了Linux设计哲学中的优雅和强大。举个例子，我过去需要写一个几十行的Python脚本来处理一个日志文件，但读完那章后，我尝试用一行简短的Shell命令链完成了同样的工作，而且执行效率更高，维护成本更低。这种从“面向过程”向“面向数据流”的思维转变，是任何其他操作系统入门书籍都难以提供的深度体验。它让我不再把Linux看作一个操作系统，而是一个强大的“文本处理引擎”。

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这本书的深度和广度，让它超越了一般的“入门指南”范畴，更像是一本为“有志于深入系统底层”的工程师准备的参考手册。我发现它在一些相对高阶的主题上也有涉猎，比如对SELinux或AppArmor这类安全增强模块的介绍，虽然篇幅不长，但提供了足够清晰的初始概念和配置思路，这对于需要构建高安全级别服务的团队来说，是一个巨大的加分项。我本来以为这类内容要等到我读完好几本专门的安全书籍后才能接触到。此外，书中对于各种工具的“版本兼容性”考虑也做得非常周到，时不时会标注出某个命令在不同发行版或不同版本间的细微差异，这避免了我们在实际操作中因为版本不一致而产生的挫败感。总的来说，这本书的价值在于它不仅仅教会了你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这样做”，它培养的是一种面向未来的、能够自我驱动学习的技术素养，而不是一个只会复制粘贴命令的“操作员”。它为我未来在更复杂的云原生环境或嵌入式系统中应用Linux打下了极其坚实的基础。

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废话太多 过于偏激

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