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出版者:西安电子

作者:徐甲同

出品人:

页数:234

译者:

出版时间:1998-1

价格:16.00元

装帧:

isbn号码:9787560605517

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 高级操作系统
• 计算机科学
• 系统编程
• 内核
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统
• 并发
• 虚拟化

《深入理解计算机系统：从硬件到软件的全面解析》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析现代计算机系统的核心原理和运作机制。我们关注的焦点在于连接底层硬件、操作系统、编译器以及应用程序之间的复杂交互，旨在揭示构建高效、可靠软件所需的底层知识。 第一部分：数据表示与程序结构 本部分首先奠定了理解计算机系统的基础。我们将详细探讨数据在计算机内部的表示方式，包括整数（有符号和无符号）、浮点数（遵循IEEE 754标准）的精确编码与运算规则，以及字符编码（如ASCII和Unicode）在处理文本信息时的作用。深入理解这些底层表示对于编写避免溢出、精度丢失或安全漏洞的代码至关重要。 随后，我们将转向程序是如何被组织和执行的。这部分内容涵盖了汇编语言的基础，引导读者理解高级语言是如何被机器指令所映射的。我们将详细分析编译过程的各个阶段——预处理、编译、汇编和链接——解释源代码如何一步步转化为可执行文件。特别地，我们将探讨目标代码的结构，包括代码段、数据段、符号表以及重定位信息，这为后续理解加载和虚拟内存打下坚实基础。我们将使用经典的x86-64架构作为主要的教学示例，深入剖析函数调用约定、栈帧的管理以及寄存器的使用。 第二部分：处理器体系结构与性能优化 计算机系统的性能瓶颈往往存在于处理器与内存的交互之中。本部分将带领读者穿越指令集架构（ISA）的边界，深入到微架构层面。我们将分析流水线技术如何通过指令级并行（ILP）来提高吞吐量，讨论数据通路、控制单元的设计，并阐述分支预测单元在现代高性能处理器中的关键作用。我们将详细剖析各种冒险（结构冒险、数据冒险、控制冒险）及其在乱序执行（Out-of-Order Execution）引擎中的解决机制。 性能优化是本部分的另一核心主题。读者将学习如何通过分析程序执行的动态行为来识别性能热点。我们将讲解缓存存储器层次结构——从L1到L3缓存的工作原理，包括命中率、未命中惩罚、写分配策略和写回策略。如何编写“缓存友好”的代码，即如何通过数据布局的优化和循环的重排来最大化数据局部性（时间局部性和空间局部性），是本节的重点实践内容。此外，我们还将讨论内存访问的对齐和合并策略，这些都是提升程序实际运行速度的关键因素。 第三部分：存储系统与I/O设备 一个完整的系统不仅依赖于快速的处理器，更依赖于高效的数据存储和交互机制。本部分全面考察了存储系统的各个层次。从主存（DRAM）的物理组织、RAS/CAS操作，到动态刷新机制，我们都将进行细致的讲解。 随后，我们将把焦点转移到持久化存储，特别是固态硬盘（SSD）和传统机械硬盘（HDD）。我们将深入分析SSD的闪存单元结构（SLC, MLC, TLC）、磨损均衡（Wear Leveling）和垃圾回收（Garbage Collection）机制，这些是理解SSD性能波动和寿命限制的关键。对于软件开发者而言，理解这些特性如何影响文件系统的性能至关重要。 输入/输出（I/O）子系统是系统与外部世界交互的桥梁。我们将探讨I/O设备通过中断和直接内存访问（DMA）与CPU协同工作的方式。本部分会介绍各种总线和接口标准，以及它们如何管理设备的数据传输和控制信号。理解I/O的延迟和吞吐量特性，是构建高性能网络应用或数据库系统的先决条件。 第四部分：程序与链接 本部分回归到软件的生命周期，详细解释了从源代码到可执行程序的转变过程。我们将深入剖析静态链接器的工作原理，如何解析符号引用，如何进行重定位，以及如何构造最终的加载映像。读者将学会阅读和分析ELF（Executable and Linkable Format）文件结构，识别代码段、数据段、只读数据段等关键部分。 动态链接——现代软件部署的基石——也将得到详尽的阐述。我们将剖析共享对象（Shared Objects，如.so文件）是如何被加载到进程地址空间中的，动态链接器（Loader）的角色，以及延迟绑定（Lazy Binding）和过程链接表（PLT）的工作机制。理解动态链接不仅有助于调试加载错误，还能帮助开发者设计模块化和可扩展的软件库。 第五部分：虚拟内存与进程管理基础 虚拟内存是现代多任务操作系统的核心抽象。本部分将详细解释虚拟地址空间到物理地址空间的映射过程。我们将探讨分页机制，包括页表的结构、多级页表的设计，以及性能优化的手段——转换后援缓冲区（TLB）的工作原理。我们将分析缺页中断（Page Fault）的发生、处理流程以及操作系统的介入。 本部分也为理解进程隔离和内存保护机制奠定了基础。读者将明白虚拟内存是如何实现进程间的隔离，以及为什么一个进程无法直接访问另一个进程的内存空间。此外，我们将初步探讨内存分配器的概念，分析`malloc`和`free`函数背后复杂的内存管理策略，例如边界标签（Boundary Tags）和空闲链表的维护。 第六部分：并发编程与系统级编程实践 系统的最终形态是多任务并发执行的集合。本部分关注如何安全有效地编写并发代码。我们将深入分析并发的挑战，特别是共享数据访问中的竞态条件（Race Conditions）。我们将介绍同步机制，包括互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）以及条件变量（Condition Variables），并详细分析使用这些工具时可能出现的死锁（Deadlock）问题及其避免策略。 我们将探讨更高级的并发模型，如无锁（Lock-Free）数据结构的设计思想，以及原子操作（Atomic Operations）在实现高效同步原语中的关键作用。本部分将通过大量的C语言代码实例，指导读者在实际应用中构建线程安全、高性能的并发程序，并学习如何使用调试工具来检测和解决并发问题。 通过对这些跨越硬件、系统软件和应用层面的主题的系统性学习，读者将能够构建一个全面的、贯穿整个计算堆栈的知识体系，从而能够诊断复杂的系统级性能问题，并设计出健壮、高效的底层软件。

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这本书绝对是一股清流！在如今充斥着各种“速成”、“秘籍”的学习资料中，《高级操作系统》以其严谨的态度和深刻的洞察力，脱颖而出。我一直以来都对操作系统的底层机制非常好奇，但很多资料要么过于浅显，要么就晦涩难懂。而这本书，恰恰找到了一个完美的平衡点。作者的文字功底非常扎实，他对每一个概念的解释都力求精确，同时又不失趣味性。我尤其欣赏他在讲解内存管理部分时所采用的方法，他不仅仅是列出了各种分页、分段的算法，更是深入剖析了这些算法背后的设计哲学，以及它们在不同硬件架构和应用场景下的优缺点。他还会时不时地提到一些历史上的技术演进和设计决策，这让我对操作系统的发展脉络有了更清晰的认识。更让我惊喜的是，书中还触及了一些关于分布式操作系统和实时操作系统的前沿话题，这些内容让我对未来操作系统的发展趋势有了更深刻的理解。我感觉自己像是跟随作者一起，进行了一次精彩的操作系统探索之旅，每一步都充满了发现和惊喜。

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这本书实在是太出乎我的意料了！我原本以为会是一本枯燥的技术手册，但它却以一种我从未见过的方式，深入浅出地探讨了操作系统的核心概念。作者的叙述风格简直是一绝，仿佛有一位经验丰富的导师在耳边细语，将那些曾经让我望而却步的复杂理论，一点点拆解，再重新组合成清晰易懂的知识体系。我尤其欣赏它在理论阐述与实际应用之间的巧妙平衡。书中并没有简单罗列API调用或者算法流程，而是更侧重于解释“为什么”这些机制会存在，它们是如何解决现实世界中的问题的。举个例子，在讲解进程调度的时候，作者不仅仅是介绍了各种调度算法的原理，更是花了相当大的篇幅去分析在不同负载和不同应用场景下，哪种算法会表现出更优的性能，以及其背后的权衡考量。这种深入的分析让我不仅仅是“知其然”，更是“知其所以然”。即便是我这种在操作系统领域摸爬滚打多年的老兵，也在这本书里发现了许多让我眼前一亮的新视角和深刻的见解。它激发了我对操作系统设计更深层次的思考，也让我对未来的技术发展有了更宏观的认识。总而言之，这是一本绝对值得反复阅读的经典之作，无论你是初学者还是资深开发者，都能从中获益匪浅。

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我必须坦诚地说，我曾一度认为自己对操作系统的理解已经足够深入，直到我翻开了《高级操作系统》这本书。这本书的价值，绝非仅仅是知识的堆积，它更像是一扇窗户，让我得以窥见操作系统背后那精妙绝伦的设计艺术。作者的笔触如同手术刀般精准，直指核心，却又不像冷冰冰的技术文档，而是充满了智慧的闪光。我被书中关于文件系统的那几章深深吸引，作者并没有简单地介绍各种文件系统的格式，而是花了大量篇幅去探讨如何设计一个既高效又可靠的文件系统，如何平衡数据的持久性、访问速度和存储空间的利用率。他所提出的那些关于数据一致性、缓存策略和日志记录的思考，让我对文件系统的复杂性有了全新的认识。阅读这本书的过程，就像是在与一位顶尖的系统架构师进行思想的交流，他的每一个观点都经过深思熟虑，充满了实践的印证。我从中学习到的，不仅仅是技术知识，更是一种解决复杂问题的思维模型，一种对系统全局的把握能力。这本书的深度和广度，无疑将引领我进入一个全新的操作系统认知领域。

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天呐，我必须得说，这本《高级操作系统》完全刷新了我对操作系统学习的认知！我一直以来都觉得这块领域是枯燥乏味的代名词，充满了各种晦涩难懂的术语和抽象的模型。然而，这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者的文字充满了激情和洞察力，他用一种近乎诗意的语言，描绘了操作系统这个庞大而精密的“大脑”是如何运作的。我被书中那些精彩的比喻和生动的案例深深吸引，仿佛置身于一个宏大的技术交响乐现场，每一个音符都精准有力，共同奏响了现代计算的基石。书中的内容编排也非常人性化，循序渐进，逻辑清晰。即便是一些非常前沿和复杂的主题，在作者的引导下，也变得豁然开朗。我特别喜欢关于并发与并行处理的那几章，作者用非常形象的方式解释了多线程、多进程以及它们之间的交互，让我对如何构建高效、可靠的并发程序有了全新的理解。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的启迪，它教会我如何用更宏观、更系统化的视角去看待问题，如何在纷繁复杂的细节中抓住事物的本质。我敢说，这本书将成为我未来操作系统学习生涯中不可或缺的指南。

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说实话，拿到这本书的时候，我并没有抱太大的期望。我之前也接触过不少操作系统相关的书籍，很多都写得过于理论化，或者仅仅是堆砌了一些技术细节，读起来非常吃力。但是，《高级操作系统》给了我一个巨大的惊喜。这本书的写作风格非常独特，它没有那种高高在上的说教感，而是像一个老朋友在分享他的经验和心得。作者的语言非常接地气，而且常常会穿插一些他自己在实践中遇到的有趣故事和深刻体会。这使得原本可能枯燥的技术内容变得生动有趣，也更容易被我这个普通读者所理解和接受。我尤其喜欢书中对虚拟化技术的那部分阐述，作者用非常直观的方式解释了虚拟机是如何工作的，以及它在现代云计算和服务器虚拟化中的重要作用。他还探讨了一些关于资源隔离、安全性以及性能优化方面的挑战，并给出了他自己的独到见解。读完这部分内容，我感觉自己对虚拟化技术有了更深刻的认识，也对未来技术的发展方向有了更清晰的把握。这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本能够引发思考、激发灵感的读物。

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