具体描述
本书将操作系统原理纲要和题解综合为一体，讲述了进程管理、进程间的通信和同步、存储器管理、虚拟存储器、文件系统管理、设备管理和安全等方面的内容。每章都是首先概要地叙述了操作系统中该主题的重要知识点，接着给出了适当数量的习题及其解答，然后给出了和习题相似内容的初充习题，以便读者能举一反三，灵活运用学到的知识，而且每章最后还给出了补充题的答案，可供读者检验自己掌握知识的程度。本书内容全面，重点突出，叙述简洁，习题包括了基本题和较深入的题。
《深入理解计算机系统：原理、设计与实现》 内容简介： 本书旨在为计算机科学与工程领域的学习者提供一个全面、深入且注重实践的视角，剖析现代计算机系统的核心原理、设计哲学与具体实现。我们深知，要真正掌握计算机科学，必须超越孤立地学习数据结构、算法或编译原理，而应理解这些组件如何协同工作，共同构成一个高效、可靠的运行环境。 本书结构围绕“抽象层”展开，从最底层的硬件逻辑，逐步向上剖析到用户程序所感知的应用层。这种分层结构不仅有助于理解每个组件的功能，更重要的是揭示了不同层级之间的接口、权衡与优化策略。 第一部分：机器底层与信息表示 本部分首先奠定了坚实的数字逻辑基础。我们将详细探讨二进制、补码表示，以及它们如何影响整数运算的精确性和溢出处理。接着，深入浮点数标准（IEEE 754）的细节，分析其在精度、范围和特殊值（如NaN、Infinity）处理上的设计考量。 随后，我们将转向数据表示与存储。重点剖析C语言的内存模型，包括栈（Stack）、堆（Heap）和静态数据区的组织方式。理解`malloc`和`free`背后的内存分配算法（如空闲链表、分离适配器）至关重要。我们还将讲解位操作的技巧及其在高效编程中的应用，例如位域的使用和掩码的构建。 第二部分：指令集架构与处理器 本部分深入指令集架构（ISA）层面，以经典的RISC-V为例进行详尽讲解，同时对比x86-64的复杂性。我们会解析指令的编码、寻址模式，以及它们如何映射到底层硬件。 核心内容聚焦于处理器设计。我们不仅会描述组合逻辑和时序逻辑的基础，更会重点解析现代高性能CPU的关键技术： 1. 流水线技术（Pipelining）：分析五级流水线的工作原理，详细探讨数据冒险、控制冒险及其解决方案（如转发/旁路、分支预测）。 2. 超标量与乱序执行（Out-of-Order Execution, OOO）：揭示处理器如何通过指令窗口、重排序缓冲区（ROB）和保留站（Reservation Stations）来动态地发现并执行指令级并行性。 3. 内存层次结构与缓存：这是性能优化的核心。我们将详述局部性原理（时间与空间），并细致分析直接映射、组相联、全相联等缓存映射策略，以及写分配、写回等写入策略，并探讨多核系统中的缓存一致性协议（如MESI）。 第三部分：编译器与程序执行 本部分连接了源代码与机器代码。我们将追踪C语言程序从源码到可执行文件的完整生命周期。 编译过程：概述预处理、编译（词法分析、语法分析、语义分析、代码生成）和汇编的各个阶段。特别关注优化阶段，如常量折叠、死代码消除和循环展开，理解这些优化如何利用前述的处理器特性。 链接与加载：深入分析静态链接和动态链接的机制。讲解目标文件格式（ELF）的结构，重定位表的作用，以及运行时加载器（Loader）如何解析共享库（Shared Libraries）并解决符号引用。 第四部分：虚拟内存系统 本部分探讨操作系统如何提供一个抽象且受保护的执行环境。 地址翻译：详细解析页表（Page Table）的结构，包括多级页表和转译后备缓冲器（TLB）的工作原理。强调TLB未命中和命中对性能的影响。 内存保护与隔离：解释特权级别的概念，以及硬件如何利用页表权限位实现进程间的内存隔离，防止恶意或错误的访问。 内存动态分配：重新审视用户层面的堆管理器，探讨其在多线程环境下的挑战，以及如何与内核的虚拟内存管理系统交互。 第五部分：并发与系统编程 本部分是理解现代复杂系统的关键。我们将从并发编程的角度，剖析如何安全有效地利用多核资源。 进程与线程：区分进程的资源隔离性与线程的共享性。讲解上下文切换的开销，以及线程的创建、同步与销毁。 同步机制：深入分析使用互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）进行同步的正确范式。更重要的是，我们将探讨无锁（Lock-Free）编程的基本思想，如CAS（Compare-and-Swap）操作，及其在构建高性能并发数据结构中的应用。 I/O与网络编程：系统地介绍I/O模型，从传统的阻塞I/O到非阻塞I/O，再到select/poll/epoll等复用技术。最后，我们将概述TCP/IP协议栈的结构，以及Socket编程如何将应用程序与网络硬件连接起来，重点关注缓冲区管理在I/O性能中的决定性作用。 目标读者： 本书面向对计算机系统底层原理有浓厚兴趣的计算机专业学生、软件工程师以及系统架构师。通过理论讲解、深入的硬件机制分析和丰富的代码示例（主要使用C语言），读者将能够设计出更高效、更安全、更健壮的软件，并能有效地诊断和解决复杂系统中的性能瓶颈和并发错误。
作者简介
目录信息
第1章 引言1．1 机器硬件1．
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