Modern Operating Systems

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出版者:Prentice Hall
作者:[美] Andrew S·Tanenbaum
出品人:
页数:976
译者:
出版时间:2001-2-21
价格:USD 118.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780130313584
丛书系列:
图书标签:
  • Operating.Systems
  • OS
  • 计算机
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  • 计算机科学
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  • 进程管理
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  • 文件系统
  • 并发性
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具体描述

《深入浅出:计算世界的基石》 本书将带您踏上一段探索计算世界核心奥秘的旅程。我们将剥开层层技术迷雾,揭示驱动现代计算机运作的底层逻辑和精妙机制。这本书并非对某一特定操作系统进行详尽的讲解,而是着眼于更广阔的视角,勾勒出操作系统设计与实现领域中最具共性、最富影响力的原则、概念和技术。 核心概念的透彻解析: 我们首先会从操作系统的基本职责入手,深入理解其作为计算机硬件与应用程序之间桥梁的关键作用。您将了解操作系统如何管理宝贵的计算资源,包括处理器时间、内存空间、磁盘存储和各种输入输出设备。我们将逐一剖析这些资源的管理策略,例如,在处理器管理方面,我们会探讨进程的概念,理解进程的生命周期,以及各种调度算法(如先到先服务、最短作业优先、时间片轮转等)如何在多任务环境中实现公平高效的CPU分配。同时,线程作为比进程更轻量级的执行单元,其创建、同步和通信机制也将得到细致的阐述。 在内存管理方面,本书会详细介绍虚拟内存的原理,它如何通过分页和分段技术,让程序拥有比实际物理内存更大的地址空间,从而实现更灵活的内存使用和更强的程序隔离。页面置换算法(如LRU、FIFO、Optimal等)将是本书的重点,它们如何决定在内存不足时丢弃哪些页面,对系统性能有着至关重要的影响。此外,内存分配策略,如伙伴系统和空闲列表,也将为您揭示系统如何有效地为进程分配和回收内存。 文件系统的设计与实现是操作系统的另一大支柱。我们将深入研究文件系统的结构,包括目录结构、文件组织方式(如连续分配、链式分配、索引分配)以及文件系统的元数据管理。您将了解如何实现数据的持久化存储,以及文件系统的性能优化技术,例如缓冲和缓存机制。 并发与同步的挑战与解决方案: 随着多任务处理和多线程编程的普及,并发执行带来的挑战也日益凸显。本书将重点关注并发控制技术,包括互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)、条件变量(Condition Variable)以及死锁的产生条件、检测和避免方法。通过对这些机制的深入理解,您将能够写出健壮、高效的并发程序,避免数据竞争和线程安全问题。 I/O管理的艺术: 输入/输出(I/O)操作是计算机与外部世界交互的窗口,也是系统性能的瓶颈之一。我们将探讨各种I/O设备的工作原理,以及操作系统如何通过驱动程序、中断处理和缓冲技术来高效管理I/O请求。磁盘调度算法、缓存策略以及不同I/O模型的比较,将帮助您理解如何优化系统的吞吐量和响应时间。 系统安全与保护: 在当今网络化时代,系统安全与保护的重要性不言而喻。本书将触及操作系统在安全方面所扮演的角色,包括访问控制机制(如用户认证、权限管理)、内存保护、文件加密以及抵御恶意攻击的基本原理。 系统的演进与未来展望: 最后,我们将简要回顾操作系统的发展历程,从批处理系统、分时系统到分布式系统和嵌入式系统,了解不同类型操作系统所面临的独特挑战和解决方案。同时,也会对云计算、容器化技术以及物联网等新兴领域中的操作系统发展趋势进行展望,帮助您把握计算世界的未来脉搏。 《深入浅出:计算世界的基石》旨在为读者构建一个坚实的操作系统理论基础,无论您是计算机科学专业的学生,还是希望深入理解计算机工作原理的开发者,都能从中受益匪浅。这本书将是您在广阔的计算领域中探索的可靠指南。

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目录信息

读后感

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用户评价

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I/O管理是操作系统中连接硬件和软件的关键环节,这本书对此部分的讲解也同样精彩。作者首先从I/O设备的分类入手,介绍了各种设备的特性和工作方式,如块设备、字符设备。然后,他详细地讲解了I/O控制器的作用,以及如何通过设备驱动程序来屏蔽不同硬件的差异,为上层应用程序提供统一的I/O接口。我尤其喜欢作者在讲解“缓冲与缓存”技术时,所举的例子,比如DMA(Direct Memory Access)技术,它如何绕过CPU直接进行数据传输,极大地提高了I/O效率。书中还详细介绍了I/O调度算法,如FCFS(First-Come, First-Served)、SSTF(Shortest Seek Time First)、SCAN等,以及它们如何优化磁盘寻道时间,提高I/O吞吐量。此外,作者还深入探讨了中断(Interrupt)和异常(Exception)的处理机制,以及它们在I/O操作中的关键作用。我对于书中关于“网络I/O”和“异步I/O”的介绍也充满了期待,这对于理解现代高性能服务器的设计至关重要。

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内存管理一直是操作系统中最核心也最复杂的模块之一,而这本书对这一部分的讲解,无疑是我阅读过的所有资料中最清晰、最系统的一部。作者从最基础的物理地址和逻辑地址的概念讲起,然后逐步深入到分段、分页、页式存储管理等各种内存管理技术。我尤其对“分页”的讲解印象深刻,作者详细地阐述了页表(Page Table)、TLB(Translation Lookaside Buffer)等关键数据结构的作用,以及它们如何协同工作,实现虚拟地址到物理地址的高效映射。书中还详细介绍了各种页面置换算法,如LRU(Least Recently Used)、FIFO(First-In, First-Out)、Optimal等,并且通过对比分析,让我能够理解不同算法在实际运行中的性能表现差异。最让我惊喜的是,作者还探讨了“多级页表”和“倒排页表”等更高级的内存管理技术,这些内容对于理解现代操作系统如何管理 TB 甚至 PB 级别的内存非常有帮助。作者还花了相当大的篇幅来讲解“内存分配”和“内存回收”的策略,比如伙伴系统(Buddy System)和 Slab 分配器,这些都是理解操作系统如何高效利用内存的关键。

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这本书在介绍“死锁”的概念时,可以说做到了非常深入和全面的讲解。作者首先清晰地定义了死锁的四个必要条件:互斥、占有并等待、不可剥夺、循环等待,并且通过生动的案例,让我深刻理解了这些条件的含义。随后,作者详细介绍了处理死锁的几种策略,包括死锁预防、死锁避免、死锁检测和死锁解除。在死锁预防方面,作者解释了如何通过破坏死锁的必要条件来避免死锁的发生,例如资源预分配或者强制性顺序访问。在死锁避免方面,书中详细讲解了银行家算法(Banker's Algorithm),这个算法的严谨性和复杂性,让我对操作系统的安全设计有了更深刻的认识。在死锁检测和解除方面,作者介绍了如何通过资源分配图来检测死锁,以及如何通过进程终止或资源抢占来解除死锁。我非常欣赏作者在讲解这些算法时,所使用的数学模型和图示,这使得我对死锁的理解更加透彻。

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文件系统作为操作系统与用户交互最直接的接口,在本书中的讲解也显得尤为重要。作者没有仅仅停留在文件和目录的基本概念上,而是深入探讨了文件系统的内部结构和工作原理。从文件分配方式,如连续分配、链式分配、索引分配,到文件目录的组织结构,如单级目录、两级目录、树形目录,每一个细节都进行了详尽的阐述。我特别喜欢作者在介绍“文件系统性能优化”时,提到的各种缓存策略,比如读缓存和写缓存,以及它们如何减少磁盘I/O操作,提高文件访问速度。书中还详细讲解了文件系统的可靠性问题,例如如何通过日志(Journaling)技术来保证在系统崩溃时,文件系统能够快速恢复到一致状态。此外,作者还探讨了分布式文件系统(Distributed File Systems)的出现和发展,以及它们在处理海量数据和高并发访问方面的优势。我对于书中关于“文件系统的安全性”部分的介绍也充满了期待,了解如何保护用户数据的隐私和完整性,是我非常关心的问题。

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这本书的封面设计就有一种厚重而又现代的感觉,深邃的蓝色背景搭配着简洁的字体,隐约透露出操作系统内核的那种精密与复杂。我翻开目录,看到了诸如“进程管理”、“内存管理”、“文件系统”、“I/O管理”等一系列耳熟能详的经典章节,但标题的表述方式,以及章节内部的组织结构,都让我感受到一种与众不同的视角。作者似乎并非仅仅是罗列概念,而是试图构建一个完整的逻辑框架,将这些原本分散的知识点有机地串联起来。每一个概念的引入都伴随着清晰的定义和详实的背景介绍,让我能够理解其在整个操作系统体系中的位置和作用。更重要的是,作者在讲解过程中,常常会穿插一些历史性的发展脉络,比如某个技术的诞生背景,或者某个理论的演进过程,这使得我不仅学习了“是什么”,更理解了“为什么”。这种带有故事性的叙述方式,让原本枯燥的技术知识变得生动起来,也更容易让我产生共鸣,仿佛自己也参与了操作系统的发展历程。我尤其期待书中关于“虚拟化”和“分布式系统”的部分,这两个领域是现代操作系统发展的重要前沿,能够在这本书中获得深入的解析,绝对是一大收获。

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这本书给我最深刻的印象之一,就是其对“同步与互斥”概念的深入剖析。在多任务环境下,多个进程或线程共享资源时,如何保证数据的一致性,避免竞态条件,是操作系统设计中的一个核心挑战。作者在这部分内容中,首先介绍了锁(Lock)、信号量(Semaphore)、管程(Monitor)等几种经典的同步机制,并且对它们的原理、使用场景以及优缺点进行了详尽的分析。我尤其欣赏作者在解释信号量时,使用了“生产者-消费者”模型,这是一个非常经典的并发编程场景,通过这个模型,我不仅理解了信号量的计数作用,还明白了如何利用它来协调生产者和消费者之间的速度差异,保证缓冲区不会溢出或空置。此外,书中还提到了条件变量(Condition Variable),并将其与锁结合使用,展示了如何解决更复杂的同步问题。作者在讲解这些机制时,并没有停留在理论层面,而是引用了大量的实际代码示例,让我能够亲手去验证这些理论的有效性,并感受到它们在实际编程中的强大力量。这种理论与实践相结合的教学方式,让我对同步与互斥的理解上升到了一个全新的高度。

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这本书在“进程调度”这个核心模块的讲解上,给我留下了深刻的印象。作者不仅介绍了各种经典的调度算法,如FCFS、SJF(Shortest Job First)、优先级调度、时间片轮转等,还对它们的优缺点进行了详细的对比分析,并且讨论了它们在不同场景下的适用性。我尤其欣赏作者在解释“多级反馈队列调度”时,所使用的图解,它清晰地展示了进程在不同队列之间切换的过程,以及如何通过动态调整优先级和时间片来平衡响应时间和吞吐量。书中还详细探讨了实时操作系统中的调度问题,例如硬实时和软实时的概念,以及相关的调度算法,如EDF(Earliest Deadline First)。此外,作者还深入讲解了多处理器系统中的调度问题,例如多对多调度、多对一调度等,以及它们对系统性能的影响。我对于书中关于“CPU利用率”、“周转时间”、“等待时间”和“响应时间”等评价指标的介绍也十分关注,它们是衡量调度算法优劣的重要标准。

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对于“虚拟化”这个现代操作系统不可或缺的技术,这本书也给予了充分的关注和深入的解析。作者首先从早期的一些虚拟化尝试讲起,然后详细介绍了现代虚拟化技术的核心概念,包括虚拟机监视器(VMM)或者称为Hypervisor的作用。我特别欣赏作者在讲解不同类型的Hypervisor时,所做的区分,比如Type 1(裸金属)和Type 2(宿主型)。书中详细阐述了虚拟机如何模拟物理硬件,包括CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化等关键技术。作者还探讨了虚拟化在云计算、服务器整合以及软件开发等领域的广泛应用。我对于书中关于“容器化技术”的介绍也抱有很高的期待,了解Docker等技术是如何在操作系统层面实现轻量级虚拟化的,这是我非常感兴趣的。

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当我开始阅读这本书的第一个章节时,就被作者那种严谨又不失通俗的讲解风格深深吸引了。他并没有一开始就抛出晦涩难懂的概念,而是从一个宏观的视角切入,描绘了操作系统在整个计算机系统中的核心地位和重要职能。我感觉作者像是把我带进了一个大型的工厂车间,而操作系统就是那个总指挥,它需要协调各种机器(硬件)、工人(应用程序),以及原材料(数据),确保整个生产流程的顺畅高效。在介绍进程的概念时,作者用了一个非常形象的比喻,将每个进程比作一个独立的“工作站”,拥有自己的资源和工作空间,并且可以与其他工作站进行协作。这种比喻不仅让我迅速理解了进程的本质,还让我对进程间的通信和同步有了更直观的认识。书中对并发和并行这两个容易混淆的概念也进行了非常细致的区分和阐述,通过一系列的案例分析,让我深刻理解了它们在提升系统性能上的不同作用。我非常喜欢作者在解释复杂算法时,会辅以流程图和伪代码,这种图文并茂的方式大大降低了我的理解难度,让我可以一步一步地跟随作者的思路,掌握算法的精髓。

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这本书在“安全性”和“保护”这两个章节的深度和广度让我感到非常惊叹。作者并没有将安全仅仅视为一个附加的功能,而是将其贯穿于操作系统的设计始终。从用户和文件的权限管理,到内存的保护机制,再到各种安全威胁和防御策略,这本书都进行了详尽的介绍。我特别欣赏作者在讲解“访问控制模型”时,所举的例子,比如基于权限列表(ACL)和基于能力(Capability)的访问控制。书中详细探讨了各种常见的安全漏洞,例如缓冲区溢出、格式化字符串漏洞等,以及操作系统可以采取哪些措施来缓解这些风险。此外,作者还深入研究了加密技术在操作系统安全中的应用,包括文件加密、通信加密等。我对于书中关于“安全审计”和“安全策略”的介绍也充满了期待,了解操作系统如何记录安全事件,并执行相应的安全策略,这对于构建安全的计算环境至关重要。

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有时候AT的语言还是很风趣的

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