具体描述
本书自第1次印刷投放市场后，深受读者欢迎。本书是根据读者反馈的一些意见，进行了稍微的修改后再版。
本收是专为在UNIX平台下用C语言编制程序的人而写的。UNIX操作系统以其功能强、稳定性高和开放性深受广大程序员的喜爱。特别是Linux系统的日益广泛应用，越来越多的人开始关注UNIX平台下的程序开发。
本书是以POSIX为标准，主要以C语言为基础，详细介绍了UNIX平台下编写各种应用程序
图书简介：深入探索现代操作系统原理与实践 书名：现代操作系统与高性能计算 作者：[此处留空，或填写虚构作者名] 出版社：[此处留空，或填写虚构出版社名] --- 内容概述：超越基础，直击内核 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践指导性的知识体系，聚焦于现代操作系统（如Linux、macOS、类UNIX系统及其演进版本）的核心设计哲学、底层机制以及在高性能计算（HPC）环境中如何高效利用这些资源。它不再停留在传统编程语言的语法介绍层面，而是将目光投向了程序与系统环境交互的最前沿。 本书结构设计严谨，内容组织层次分明，从宏观的系统架构到微观的系统调用实现，层层递进，确保读者不仅知其“然”，更能解其“所以然”。我们假设读者已经具备扎实的编程基础，并希望将自己的软件开发能力提升至系统级优化的层次。 第一部分：操作系统核心架构与内存管理 本部分将彻底剖析现代操作系统的内部构造，特别关注内存管理单元（MMU）的工作原理及其对用户空间程序的影响。 第一章：从进程到线程的生命周期与上下文切换 深入探讨进程的创建（`fork`/`vfork`/`clone`的细微差别）、调度策略（如CFS的红黑树实现与优先级继承）以及线程模型（NPTL与用户态线程库的协同）。详细分析上下文切换（Context Switch）的开销，并介绍如何通过优化线程模型来减少锁竞争和提高并发效率。重点解析信号（Signals）如何在内核态与用户态之间传递，以及异步信号安全（Async-Signal Safety）的编程要求。 第二章：虚拟内存的艺术与物理内存的博弈 系统地阐述虚拟地址空间（VAS）的布局，包括堆、栈、数据段、代码段以及共享库的映射方式。详尽讲解页表（Page Table）的层级结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作机制及其对性能的决定性影响。我们将重点分析内存分配器（如`malloc`的ptmalloc/jemalloc/tcmalloc）的内部实现，包括内存碎片化（Fragmentation）的成因与缓解策略。此外，本书会深入探讨内存映射（`mmap`）在文件I/O、进程间通信（IPC）以及私有/共享映射中的应用技巧。 第三章：缓存一致性、伪共享与内存屏障 本章是性能优化的基石。我们将超越简单的内存访问概念，探讨CPU缓存层次结构（L1, L2, L3）的延迟与容量特性。核心内容包括缓存行的概念、伪共享（False Sharing）的危害分析，并提供实用的技术来避免它（如结构体填充）。同时，本书将详尽解析内存屏障（Memory Barriers/Fences）在顺序一致性模型下的作用，阐明`acquire`/`release`语义以及编译器优化如何影响内存操作的最终可见性。 第二部分：系统调用、文件I/O与高效存储 本部分关注应用程序与内核的交互接口，特别是如何设计出高吞吐量的I/O子系统。 第四章：系统调用的开销与优化路径 详细剖析系统调用（Syscall）从用户态到内核态的转换过程，包括中断/陷阱的触发机制、栈的切换以及参数传递的安全性校验。对比不同系统架构（如x86-64的`syscall`指令与传统中断调用）的性能差异。重点讨论I/O 优化：如何通过减少系统调用次数（如使用`readv`/`writev`进行向量 I/O）和批量操作来提升效率。 第五章：异步I/O的演进：从`select/poll`到`epoll/io_uring` 系统梳理事件驱动I/O模型的历史发展。深入剖析`epoll`（包括其ET/LT模式的适用场景）的设计原理，并详尽介绍Linux内核中最新的、革命性的`io_uring`框架。我们将提供实例代码，演示如何利用`io_uring`实现零拷贝（Zero-Copy）和事件驱动的高性能网络服务器，并对比其与传统阻塞/非阻塞I/O模型的性能优势。 第六章：文件系统底层结构与数据完整性保障 本书不仅教授如何使用标准文件I/O函数，更深入到文件系统层面。分析Ext4、XFS等主流Linux文件系统的元数据布局、inode结构及数据块的组织方式。讨论延迟写入（Writeback）机制、日志（Journaling）的作用，并教授如何通过`fsync`/`fdatasync`来精确控制数据的持久化，确保数据一致性，这在数据库和持久化存储应用中至关重要。 第三部分：并发编程、同步原语与并行计算 本部分是构建健壮、高效多线程应用的核心指导。 第七章：锁的精细化控制与无锁数据结构 超越基本的互斥锁（Mutex），本书深入探讨读写锁（RWLock）、自旋锁（Spinlock）的适用边界与陷阱。详细介绍内核实现的高级同步原语，如原子操作（Atomics）的使用（基于CAS/LL/SC指令），并指导读者如何设计和实现复杂且高效的无锁（Lock-Free）或无等待（Wait-Free）数据结构，例如队列和栈。 第八章：内存模型、数据竞争与内存顺序 严格遵循C++标准或特定平台提供的内存模型规范（如C11/C++11的内存模型）。重点解析数据竞争的定义，以及为何仅仅依赖于操作系统的线程优先级是不足够的。通过详尽的案例，解释释放-获取（Release-Acquire）语义在同步操作中的核心地位，以及如何利用它来构建高效的生产者-消费者模型，避免不必要的内存屏障开销。 第九章：并行计算模型与高性能计算加速 本章将视角拓展到利用多核乃至众核系统的潜力。介绍OpenMP和MPI在混合编程环境下的使用策略。重点分析数据依赖性分析（Data Dependency Analysis）在并行化过程中的重要性，以及如何利用编译器优化（如循环展开、自动向量化）与手动调整共享内存访问模式相结合，最大化计算资源的利用率。 --- 适用读者对象 系统软件工程师、内核开发者、嵌入式系统设计人员。 需要开发高并发网络服务（如数据库、消息队列、高性能代理）的后端开发者。 致力于性能优化，希望深入理解程序运行时环境的资深程序员。 从事科学计算、高性能计算（HPC）领域的科研人员或工程师。 通过本书的学习，读者将能够从根本上理解程序在现代硬件上是如何执行的，从而摆脱“黑箱”编程的束缚，设计出真正具备高可靠性、高伸缩性和极致性能的系统级软件。
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