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出版者:知城

作者:林佳生

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005年03月25日

价格:NT$ 180

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isbn号码:9789867489821

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揭秘数字时代的幕后推手：深度解析现代操作系统内核与驱动开发 图书名称：数字世界的基石：现代操作系统内核架构与驱动程序设计实战 图书简介： 在这个万物互联、计算无处不在的时代，我们日常所依赖的电脑、智能手机乃至嵌入式设备，其稳定、高效运行的背后，是复杂而精妙的操作系统在默默支撑。然而，对于大多数用户而言，操作系统不过是一个图形界面和一堆可以点击的图标。真正的核心——内核（Kernel）——如同隐藏在冰山水面之下的庞大主体，鲜有人能深入探究其运作机制。 《数字世界的基石：现代操作系统内核架构与驱动程序设计实战》正是一本旨在打破这种“黑箱”状态的深度技术专著。本书并非面向初级用户的操作指南，而是为系统工程师、底层开发者、计算机科学专业学生以及任何渴望彻底理解计算设备“心脏”如何跳动的技术人员量身定制的进阶读物。 本书的核心目标是提供一个全面、深入且高度实用的视角，剖析主流现代操作系统（重点聚焦于类 Unix 系统，如 Linux，并辅以 Windows NT 内核的关键概念对比）的内部结构、运行原理以及硬件交互机制。我们相信，只有理解了操作系统如何管理资源、调度任务和处理中断，才能真正写出高性能、高可靠性的软件。 --- 第一部分：操作系统内核的宏观蓝图与历史演进 在深入细节之前，本书首先为读者构建了一个坚实的理论基础和历史背景。 第一章：从批处理到虚拟化：操作系统的百年演进 本章追溯了操作系统的发展历程，从早期的单道、多道程序设计，到分时系统、实时系统的出现。重点讨论了引入保护模式、内存管理单元（MMU）对操作系统形态的决定性影响。我们将解释为什么现代操作系统必须是分层的，以及微内核（Microkernel）与宏内核（Monolithic Kernel）的设计哲学差异及其对性能与安全性的权衡。 第二章：内核的“心脏”：核心组件与结构剖析 本章详细阐述了操作系统的核心结构。我们将精确界定内核空间（Kernel Space）与用户空间（User Space）的边界，并深入探讨系统调用（System Call）的完整生命周期——从用户进程发出请求到内核执行并返回结果的全过程。此外，本书将对比不同操作系统的初始化流程（Boot Process），揭示操作系统是如何从 BIOS/UEFI 阶段逐步接管硬件控制权的。 --- 第二部分：资源管理的艺术：进程、线程与调度 操作系统的首要任务是管理计算资源，其中最核心的是对CPU时间和内存的分配。 第三章：进程与线程的生命周期管理 本部分深入探讨了进程（Process）和线程（Thread）的定义及其在内核中的数据结构表示（如 Linux 的 `task_struct`）。我们将解析进程的创建、上下文切换（Context Switching）的开销与优化，以及线程同步机制（如信号量、互斥锁、条件变量）在内核级别是如何实现的，包括死锁的预防与检测策略。 第四章：CPU调度的奥秘：从简单队列到复杂算法 调度器是操作系统的灵魂。本章将详细分析主流调度算法，如先来先服务（FCFS）、时间片轮转（Round Robin）、优先级调度，并重点剖析 Linux 中复杂且高效的 O(1) 调度器和 CFS（Completely Fair Scheduler）的工作原理。读者将学习到如何通过调整调度参数来影响系统的实时响应性和吞吐量。 --- 第三部分：内存的魔法：虚拟内存与地址翻译 内存管理是操作系统最复杂也最关键的领域之一，它保证了进程间的隔离性，并使得程序能够使用比物理内存更大的地址空间。 第五章：虚拟内存系统：抽象与隔离 本章详细讲解了虚拟内存（Virtual Memory）的概念，包括分页（Paging）和分段（Segmentation）机制。我们将透彻解析MMU如何协同硬件，将虚拟地址实时翻译成物理地址，并讨论页表的结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制及其对性能的影响。 第六章：内存分配与回收的实战策略 本书将走出理论，聚焦于内核内部的内存分配器。我们将剖析 slab/slub/slob 分配器的工作方式，解释内核如何高效地管理小块内存，以及在用户空间，如 `malloc()` 和 `mmap()` 系统调用背后，内核是如何响应内存申请和处理缺页中断（Page Fault）的。同时，交换空间（Swapping）和内存压缩（Memory Compaction）策略也将被详细讨论。 --- 第四部分：硬件交互的桥梁：设备驱动程序设计 如果说内核是操作系统的“大脑”，那么设备驱动程序就是连接“大脑”与“身体”（硬件）的神经系统。本部分是本书的实战核心。 第七章：驱动程序的基础架构与生命周期 本章将系统介绍设备驱动程序在内核中的角色，它们是如何被加载、初始化和卸载的。我们将讲解字符设备、块设备和网络设备的内核抽象模型，并详细介绍总线（如 PCI/PCIe）与设备树（Device Tree）在现代系统中的角色。 第八章：中断处理与并发控制 驱动程序必须对外部事件做出快速响应。本章将深入讲解中断（Interrupt）的硬件机制，包括中断描述符表（IDT）和中断向量。重点剖析中断处理程序（ISR）的“上半部”和“下半部”（如软中断、Tasklet、Workqueue）的划分原则，这是编写可重入、无锁驱动的关键。 第九章：I/O 通信的现代范式：DMA 与异步 I/O 为了避免CPU被低效的I/O操作阻塞，DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是现代系统的标配。本书将详细解释DMA的工作流程，包括IOMMU的作用，以及如何安全地在内核和硬件之间建立零拷贝（Zero-Copy）的数据传输通道。此外，我们将探讨现代异步I/O框架（如 Linux 的 io_uring）的设计思想。 --- 第五部分：文件系统与网络栈的深度探索 第十章：文件系统的层次结构与数据一致性 本章探究操作系统如何持久化数据。我们将对比 ext4、XFS 等主流日志文件系统的内部结构，特别是日志机制如何保证数据的一致性。同时，理解 VFS（Virtual File System）层是如何提供统一的文件操作接口，使得应用程序无需关心底层具体的文件系统实现。 第十一章：网络协议栈的内核实现 从接收一个数据包到将数据交给用户进程，网络栈的工作是复杂的。本书将剖析 TCP/IP 协议栈在内核中的实现，包括 Socket API 的系统调用接口，数据包在内核中的结构（如 `sk_buff`），以及拥塞控制算法（如 Cubic）在内核层是如何被实现的和调整的。 --- 读者对象： 具备C语言基础，熟悉至少一种汇编语言基本概念，对数据结构和算法有深刻理解的专业人士。 本书价值： 学习本书后，读者将不再满足于仅仅使用操作系统提供的API，而是能够理解这些API背后的机制，从而能够开发出更高效、更健壮的内核模块、高性能的设备驱动，并能更有效地对系统性能瓶颈进行诊断和调优。它为读者推开了一扇通往底层计算艺术的大门。

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这本书的语言风格非常平易近人，没有那种高高在上的技术腔调，读起来感觉就像是身边一位经验丰富的同事在手把手教你操作。它大量使用口语化的表达，比如“别担心，这个很简单”、“你只需要注意这个小细节”这类引导性的语句，极大地消除了初学者的心理障碍。我尤其欣赏它在讲解一些软件“怪癖”时的坦诚。FrontPage 2003毕竟是老软件，有些功能的设计逻辑现在看来可能有些反直觉，但作者没有回避这些问题，而是直接指出来，并给出最合理的规避或处理方法。这体现了作者对这款软件的深刻理解和对读者的负责态度。相比那些一味夸赞软件功能的教材，这种“知其然，知其所以然，更知如何绕过其不足”的教学方式，才是真正能让人独立操作的基石。这本书成功地将复杂的软件功能“翻译”成了任何人都能理解的简单指令集。

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我是一个视觉驱动型学习者，对纯文字的说明特别不耐烦。这本书在这方面做得非常出色，它的插图质量非常高，而且不是那种低分辨率的截图。每一次关键操作，你都能看到软件界面的高亮指示，让人一眼就能明白“下一步该点哪里”。更重要的是，它在介绍复杂功能时，会用对比图的方式展示“未设置前”和“设置后”的效果差异，这种直观的视觉反馈极大地增强了我的学习动力。例如，在处理图片格式和优化网页加载速度的部分，通过实际加载时间对比，我深刻理解了为什么在网页设计中选择合适的图片格式至关重要。这本书的排版本身就体现了一种优秀的设计感，让人在阅读过程中保持愉悦，而不是被密密麻麻的文字压垮。可以说，它的视觉呈现和内容组织是相辅相成的，共同营造了一个极佳的自学环境。

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这本书给我的最大感受是“即学即用，学完即忘不了”。很多技术书读完后，合上书本，知识点就跟着模糊了，因为它们大多停留在概念层面。但《FrontPage 2003精選教材隨手翻》的精髓在于，它将每一个操作步骤都嵌入到一个实际应用场景中去解释。比如，它不是单纯告诉你“如何设置CSS样式”，而是会举例说明“如果想让你的导航栏在不同浏览器下保持固定宽度，你需要这样做”。这种情境化的教学方法，让知识的记忆链条更加牢固。我记得我以前尝试用其他软件做网站时，总是陷入兼容性问题的泥潭，但这本书在讲解布局和兼容性测试时，提供了一些非常实用的“小窍门”，这些内容明显是作者在实际工作中踩过很多坑后总结出来的精华，非常接地气，没有半点空泛的理论。它不是一本追求学术深度的教科书，而是彻头彻尾的“实战工具箱”。

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这本书简直是为我这种“半路出家”的网页制作新手量身定做的！我之前对网页设计一窍不通，看着那些复杂的代码和专业术语就头大。但自从翻开这本《FrontPage 2003精選教材隨手翻》，感觉像是找到了一个耐心的老向导。它的排版非常清晰，每一个步骤都配有图示，简直是手把手教你操作。我最喜欢它的“随手翻”设计理念，不需要我从头到尾啃一遍，需要用到哪个功能，比如插入表格、设置背景、制作超链接，直接翻到对应章节，马上就能找到答案。不像有些教材，为了展示深度而堆砌大量理论知识，这本书完全是实用主义至上。我感觉它更像是一本操作手册和快速参考指南的完美结合。刚开始学的时候，我最担心的是软件版本问题，毕竟FrontPage 2003已经有些年头了，但这本书的内容组织得非常聚焦于核心功能的掌握，这些基础技能即便软件更新换代，核心逻辑也是相通的，这让我学得很有信心。特别是对于如何利用模板快速搭建一个结构合理的网站框架，书里的讲解非常到位，让我第一次拥有了自己“像模像样”的主页。

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说实话，我买这本书的时候，主要是冲着“精選”二字去的，毕竟市面上的FrontPage教材汗牛充栋，挑选起来非常费劲。这本书的选材角度很刁钻，它并没有面面俱到地介绍FrontPage所有的工具栏按钮，而是精准地抓住了2003版本中最常用、最能出效果的那部分功能进行深入讲解。这对于我们这些主要目的是快速发布信息、构建个人博客或小型企业展示页的用户来说，简直是太友好了。我记得有一次急着做一个活动宣传页，时间非常紧张，我直接翻到关于“表单设计与数据提交”的部分，里面的拖拽式操作说明让我三十分钟内就完成了一个可以收集报名信息的简单表单，效率高到我自己都吃惊。它的“随手翻”结构也意味着内容组织是模块化的，我可以根据项目需求，像搭积木一样快速组合知识点，而不是被强迫接受一套线性的学习路径。这种去中心化的学习方式，大大降低了学习的挫败感，让我觉得网页制作不再是高不可攀的技术活，而更像是一种图形化的设计游戏。

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