计算机操作系统基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:宿萍

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-01-01

价格:12.0

装帧:

isbn号码:9787030076687

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 基础知识
• 计算机原理
• 系统编程
• 内核
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统
• 虚拟化

《深邃代码：揭秘计算机的脉搏》 本书并非关于操作系统基础理论的枯燥讲解，而是旨在带领读者深入操作系统运行的底层，探究那些驱动计算机硬件与用户界面之间流畅交互的“幕后英雄”。我们将聚焦于那些直接塑造我们数字体验的实际机制，而非抽象概念。 第一部分：生命的诞生——进程的起源与管理 从启动到运行： 详细剖析计算机开机后，操作系统如何接管控制权，以及第一个进程——“init”进程（或其现代变体）如何被创造并启动。我们将深入理解引导加载程序（bootloader）的角色，以及内核（kernel）如何完成自身的初始化，为后续进程的诞生奠定基础。 进程的画像： 每一个正在运行的程序，在操作系统眼中都拥有一个“画像”——进程控制块（Process Control Block, PCB）。我们将深入解构PCB的每一个字段，理解它如何记录进程的所有关键信息，包括进程ID、状态、优先级、CPU寄存器状态、内存映射信息、打开的文件列表等等。这不仅仅是理论，我们将通过伪代码或实际系统的工具（如`/proc`文件系统）来观察这些信息，感受进程的生命轨迹。 多任务的魔法： 现代计算机之所以能同时运行多个程序，全赖于操作系统的进程调度。本书将详细解析各种调度算法，从最简单的先到先服务（FCFS）到更复杂的优先级调度、时间片轮转（Round-Robin）、多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue）等。我们将重点关注这些算法在实际系统中的应用，例如Linux的CFS（Completely Fair Scheduler）是如何在保证公平性的同时，尽可能地提高系统吞吐量和响应速度的。我们会通过模拟场景，展示不同的调度策略对系统性能的影响，理解CPU如何在不同进程间“跳跃”，创造出并行运行的假象。 进程间的通信与协作： 进程并非孤立存在，它们需要协同工作。本书将深入探讨各种进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）机制，包括管道（Pipes）、消息队列（Message Queues）、共享内存（Shared Memory）、信号量（Semaphores）和套接字（Sockets）。我们将不仅仅是罗列这些机制，而是通过实际的编程示例，展示如何利用它们来实现数据共享、事件通知和同步协作，让不同的程序像一个团队一样高效运作。 第二部分：记忆的殿堂——内存的分配与保护 内存的层次结构： 理解计算机内存的物理构成，从高速缓存（Cache）到主内存（RAM），再到辅助存储（硬盘、SSD），以及它们之间的信息流动。我们将重点关注操作系统在管理主内存方面扮演的角色。 虚拟地址的幻象： 为什么程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间？本书将详细讲解虚拟内存（Virtual Memory）的概念，包括页表（Page Table）、页框（Page Frame）以及地址翻译的过程。我们将揭示操作系统如何通过内存管理单元（MMU）将虚拟地址转换为物理地址，从而实现内存保护、隔离和更高效的内存利用。 内存的分配艺术： 当程序需要内存时，操作系统如何为其分配？我们将探讨几种常见的内存分配策略，如首次适应（First Fit）、最佳适应（Best Fit）和最坏适应（Worst Fit），并分析它们在碎片化（Fragmentation）问题上的表现。 页面的迁徙： 当物理内存不足时，操作系统如何将不常用的页面暂时存储到硬盘（交换空间/Swap Space）？本书将深入讲解页面置换算法（Page Replacement Algorithms），如最近最少使用（LRU）、先进先出（FIFO）和最优页面置换（Optimal Page Replacement）。我们会通过实例展示这些算法如何决定哪些页面应该被换出，以及如何最小化页面错误（Page Fault）的发生频率。 第三部分：数据的桥梁——文件系统的奥秘 文件的抽象： 文件不仅仅是磁盘上的字节序列，它是操作系统为用户提供的对数据的抽象。本书将详细介绍文件系统的基本概念，包括文件、目录（文件夹）、文件路径、文件属性（权限、所有者、时间戳等）以及文件系统类型（如FAT, NTFS, ext4, APFS）。 磁盘的有序化： 操作系统如何将海量数据组织起来，使得文件的读写高效且可靠？我们将深入探讨文件系统的内部结构，包括文件分配表（File Allocation Table）、索引节点（Inode）、数据块（Data Block）以及目录结构。我们将理解文件系统是如何在物理磁盘上实现逻辑上的文件组织的。 数据的安全与持久化： 保证数据不丢失是文件系统的核心任务。本书将讲解写操作的流程，包括数据缓冲（Buffering）、写回（Write-back）策略以及日志（Journaling）机制，以确保即使在系统崩溃的情况下，数据也能得到最大程度的恢复。 用户与文件的互动： 如何通过命令（如`ls`, `cd`, `mkdir`, `rm`, `cp`, `mv`）与文件系统进行交互？本书将简要介绍命令行接口（CLI）在文件管理中的作用，以及这些命令背后对应的系统调用（System Calls）。 第四部分：硬件的听从者——设备管理与 I/O I/O设备的多样性： 从键盘、鼠标到硬盘、网卡，各种I/O设备形态各异，通信方式也不同。本书将讲解操作系统如何通过设备驱动程序（Device Driver）来统一管理这些差异，屏蔽底层硬件细节。 I/O请求的旅程： 当用户程序需要向设备写入数据时，这个请求会经历怎样的过程？我们将深入分析I/O子系统的架构，包括设备控制器、I/O端口、中断（Interrupt）以及DMA（Direct Memory Access）技术。我们将理解CPU如何高效地将工作交给I/O设备，而无需长时间等待。 缓冲与缓存的艺术： 为了提高I/O效率，操作系统会使用各种缓冲和缓存技术。我们将探讨缓冲区（Buffer）、缓存（Cache）以及它们在数据传输中的作用，理解为什么某些操作会感觉比其他操作更快。 本书力求通过深入浅出的讲解，结合大量的实际案例和（理论层面的）代码示例，让读者真正理解操作系统的精髓。我们关注的是“如何工作”和“为什么这样工作”，而非仅仅是“是什么”。目标是让读者在阅读完本书后，能够对计算机的内部运作原理有一个更深刻、更直观的认识，从而能更好地理解和使用现代计算机系统。

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坦率地说，我本来对这种“基础”读物没抱太大期望，总觉得它们大多是翻来覆去炒冷饭，信息密度低得可怜。然而，这本《计算机操作系统基础》在“死锁预防与避免”这一章的表现，彻底颠覆了我的看法。它不仅仅是罗列了银行家算法的步骤，更重要的是，它深入探讨了在实际系统调用中，为何某些预防措施在性能上难以接受，从而引出了更实用的“检测与恢复”策略。我对它处理文件系统部分的方式印象尤为深刻。它没有停留在传统的FAT或ext2结构上，而是花了相当篇幅去讲解现代高性能文件系统如ZFS或Btrfs中的写时复制（Copy-on-Write）机制，以及这些机制如何提升数据一致性和快照效率。这对于我们这些希望了解前沿架构的读者来说，是极大的增值。阅读体验上，本书的排版非常友好，代码片段（主要是伪代码）高亮清晰，注释到位，即便是我这种对特定算法不甚熟悉的读者，也能通过上下文迅速捕捉到核心逻辑。总的来说，它提供的深度和广度，远超一本“基础”教材应有的范畴，更像是一本为有一定经验的工程师准备的深度复习手册。

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我购买这本书是为了给团队里的新成员做培训，他们大多是应用层开发背景。我发现这本书在“入门友好度”上达到了一个近乎完美平衡点。它避免了过度依赖前置知识，比如在引入内存分页机制时，它先从最简单的连续内存分配说起，通过展示碎片化问题的严重性，自然而然地引导出分段和分页的必要性。这种循序渐进的逻辑推导，让那些不熟悉底层硬件的同事也能迅速跟上节奏。最让我感到欣慰的是，它对“调度算法”的介绍并非一成不变。它不仅讲解了经典的先来先服务（FCFS）和最短作业优先（SJF），还花了大量篇幅来对比现代系统如何使用多级反馈队列（MLFQ）来平衡交互式任务和批处理任务的需求。书中的图表清晰度极高，每一张图都仿佛是教科书级别的示意图，能让人瞬间把握复杂的数据流向。这本书的价值在于，它提供了一个坚实的理论基础，使得应用开发者能够写出更有效率、更少产生系统资源冲突的代码，这对于提升整个团队的工程素养是至关重要的投资。

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我是一名在校学生，正在为期末考试头疼，急需一本能快速搭建起OS知识框架的书。《计算机操作系统基础》在我看来，最大的优势在于其结构化的组织方式。它仿佛为我绘制了一张清晰的地图，从最底层的硬件交互（I/O子系统），逐步向上构建出调度器、内存管理器和用户接口。让我尤其受益的是它对I/O设备管理的叙述。以往我只知道有中断和轮询，但这本书详细解释了DMA（直接内存访问）是如何绕过CPU进行高效数据传输的，并清晰区分了缓冲和缓存的区别，这对于理解高性能计算的瓶颈在哪里至关重要。另外，这本书在处理不同硬件体系结构对OS设计的影响时，显得非常审慎和客观。它没有过度偏袒某一家的技术栈，而是对比了分时系统、批处理系统以及现代多核系统在设计哲学上的演变。这种宏大的历史视野和严谨的对比分析，极大地拓宽了我对“操作系统”这个概念的理解，它不再仅仅是Linux或Windows的内核代码，而是一种解决资源分配冲突的哲学体现。

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这本《计算机操作系统基础》的封面设计得非常直观，那个蓝绿渐变的背景配上那个简洁的CPU图标，一下子就让人感觉进入了技术殿堂。我最近刚开始接触计算机底层原理，很多概念都像雾里看花。这本书的开篇部分，对于“进程”和“线程”的阐述，简直是拨云见日。作者没有陷入过于抽象的数学推导，而是用了非常生动的比喻，比如把进程比作正在执行的程序副本，而线程则是这个副本内部的流水线工人。特别值得称赞的是，它对并发控制的讲解，特别是经典的“哲学家就餐问题”，书中给出的解决方案清晰流畅，每一步的逻辑衔理都交代得明明白白。我记得我看过好几本号称是“入门”的教材，结果第一章就开始堆砌汇编指令和寄存器细节，让人望而却步。这本书的作者显然深谙教学之道，他巧妙地将理论与实际应用结合，比如在介绍内存管理时，穿插了现代操作系统如何处理虚拟内存和缺页中断的机制，读起来丝毫没有枯燥感，更像是在拆解一个精密的瑞士钟表，让人由衷地佩服设计者的巧思。如果后续章节能继续保持这种深入浅出的水准，这本书绝对是自学者必备的利器。

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说实话，我主要关注的是系统安全和内核加固方面的内容。抱着试试看的心态翻开了这本《计算机操作系统基础》，结果惊喜地发现它在安全层面上也有着相当扎实的铺垫。虽然它不是一本专门的安全书籍，但它在讲解权限管理时，对“最小权限原则”的阐述是极其到位的。书中详细剖析了MAC（强制访问控制）和DAC（自主访问控制）的内在差异，并清晰地展示了内核是如何利用这些机制来隔离不同用户空间进程的。尤其是在讨论系统调用接口时，作者对参数校验和权限提升（Privilege Escalation）的潜在风险进行了警示，这对于理解许多著名的0-day漏洞的成因非常有帮助。我特别欣赏它对“上下文切换”这一核心操作的细致描绘，它不仅展示了寄存器状态的保存与恢复，还引入了TLB（转换后援缓冲器）失效的处理过程，这直接关系到系统的安全隔离和性能损耗。这本书的专业性毋庸置疑，语言风格成熟稳重，适合那些希望从底层构建安全防御体系的工程师阅读。

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