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出版者:中国劳动社会保障出版社

作者:杨煜

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:2005-5

价格:29.00元

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isbn号码:9787504547583

丛书系列:

图书标签:

• 计算机硬件
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深入理解操作系统原理与应用：从基础架构到前沿实践 本书旨在为计算机科学、软件工程及相关领域的学习者和从业者提供一个全面、深入且实用的操作系统理论与实践指南。我们聚焦于现代操作系统的核心机制、设计哲学以及在复杂计算环境中的实际应用，旨在构建坚实的理论基础，并掌握应对前沿技术挑战的能力。 --- 第一部分：操作系统基础架构与核心概念 本部分将系统地梳理操作系统的基本概念、历史演进及其在现代计算体系中所扮演的关键角色。我们不会止步于理论的陈述，而是深入剖析支撑现代操作系统的核心组件如何协同工作。 第一章：操作系统的演进与角色定位 历史回溯： 从批处理系统到分时系统，再到现代多任务、网络化操作系统（如UNIX, Linux, Windows NT/10/11）的架构变迁。重点分析硬件能力的提升如何驱动操作系统设计范式的根本性转变。 核心职能解构： 详细探讨操作系统作为资源管理器、抽象层和用户接口的三重身份。通过具体案例展示这些职能如何在系统启动和运行时体现。 系统调用接口： 深入研究系统调用（System Call）的机制，包括用户态到内核态的切换过程、中断处理的优先级，以及库函数（如glibc）如何封装底层硬件交互，为应用程序提供统一的编程模型。 第二章：进程与线程管理 这是操作系统的核心控制层面。我们将超越简单的“程序执行实例”定义，深入探究进程的生命周期管理、上下文切换的开销与优化，以及线程模型对并发编程的深远影响。 进程结构与描述符： 剖析进程控制块（PCB）的内部结构，包括寄存器状态、内存映射信息、打开文件列表等关键数据。 进程调度算法的精细化分析： 不仅讨论先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度，更侧重于现代操作系统采用的复杂算法，如完全公平调度器（CFS）在Linux中的实现原理、多级反馈队列（MLFQ）的动态调整策略。对比不同算法在吞吐量、响应时间、公平性之间的权衡取舍。 线程模型： 详细区分用户级线程与内核级线程的优劣。重点讲解多对多模型（Many-to-Many）的实现机制，以及如何通过线程池管理来优化资源利用率。 第三章：并发控制与同步机制 在多处理器和多核环境中，同步问题是并发程序正确性的基石。本章聚焦于如何有效、无死锁地协调并发访问共享资源的多个执行流。 互斥与同步原语： 深入解析信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）的设计与正确使用范式。 经典同步问题： 详尽分析生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题的各种优化解决方案，特别是如何利用硬件原子操作（如Test-and-Set, Compare-and-Swap）来构建高效的无锁（Lock-Free）或等待无关（Wait-Free）数据结构。 死锁的预防、检测与恢复： 详细阐述银行家算法（Banker's Algorithm）的理论基础与实际局限性。探讨操作系统如何实时监控资源分配图并实施死锁解除策略。 --- 第二部分：内存管理与虚拟化技术 高效的内存管理是系统性能的关键瓶颈之一。本部分致力于揭示操作系统如何为每个进程提供一个“私有且无限”的内存视图，以及硬件如何协同完成这一抽象过程。 第四章：内存管理基础与地址映射 逻辑地址与物理地址： 彻底阐明地址转换的完整流程。深入讲解分段（Segmentation）与分页（Paging）机制的对比，以及现代系统主要采用的混合方案。 页表结构与管理： 重点分析多级页表（Multi-Level Page Tables）如何解决页表空间占用过大的问题。探讨TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用、缓存机制及其对性能的影响，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。 内存的分配与回收： 剖析内核如何管理物理内存池（如伙伴系统Buddy System），以及用户空间中的动态内存分配器（如malloc/free）的内部实现，包括首次适应（First-Fit）、最佳适应（Best-Fit）的优化版本。 第五章：虚拟内存与性能调优 虚拟内存是现代操作系统区别于早期系统的最重要特征之一。 页面置换算法的深度剖析： 除了理论上的理想算法（OPT），重点对比FIFO、LRU（Least Recently Used）及其近似算法（如Second Chance, Clock Algorithm）在实际系统中的实现和性能差异。 工作集模型与抖动（Thrashing）： 解释工作集模型如何用于判断进程需要的最小物理内存量，并详细分析系统抖动现象的成因、检测方法以及操作系统采取的缓解措施（如挂起进程）。 内存映射（mmap）： 讲解文件系统的内存映射机制，它如何实现零拷贝（Zero-Copy）I/O，以及它在进程间通信（IPC）中的应用。 --- 第三部分：存储系统与文件管理 文件系统是用户与持久化数据交互的桥梁。本部分将深入探究数据如何在磁盘上组织、存储和快速检索，并分析现代文件系统的鲁棒性设计。 第六章：I/O子系统与磁盘调度 I/O硬件接口： 介绍中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）的工作原理，以及现代I/O总线协议（如PCIe）对数据传输的影响。 块设备的抽象： 讲解逻辑块、扇区与物理寻址的关系。 磁盘调度算法的性能考量： 详细分析FCFS、SSTF、SCAN（Elevator）等算法的适用场景，并讨论在SSD（固态硬盘）普及的今天，这些传统算法面临的挑战和新的优化策略（如基于磨损均衡的调度）。 第七章：文件系统结构与实现 文件系统层次结构： 从用户可见的目录结构到磁盘上的物理数据块的映射关系。重点解析i-node（索引节点）的设计、目录项的组织方式。 日志与一致性： 深入研究Journaling（日志）机制（如ext4, NTFS）如何保障文件系统在意外断电后的快速恢复和数据一致性。对比COW（Copy-on-Write）文件系统（如ZFS, Btrfs）的优势。 数据完整性与可靠性： 探讨校验和（Checksumming）机制、RAID（磁盘阵列）的基本原理及其在提高存储可靠性和性能中的作用。 --- 第四部分：高级主题与未来趋势 本部分将把视野投向多核、分布式和云计算环境下的操作系统挑战。 第八章：多处理器与一致性 缓存一致性协议： 探讨多核CPU之间如何通过MESI等协议来保证内存访问的一致性，这是理解现代系统性能瓶颈的关键。 对称多处理（SMP）与非对称多处理（ASMP）： 分析不同多核架构下的调度器设计差异。 NUMA（非统一内存访问）架构： 深入讲解NUMA对操作系统内存分配和进程调度的影响，以及如何通过NUMA感知调度来最大化性能。 第九章：虚拟化与容器技术 本章侧重于操作系统如何通过软件手段实现对硬件资源的二次抽象和隔离。 全虚拟化、硬件辅助虚拟化与操作系统级虚拟化： 对比KVM、VMware、Xen等不同虚拟化层的原理。重点解析CPU的Ring 0/Ring 3保护机制在虚拟化中如何被“欺骗”或扩展。 容器技术（如Docker/LXC）的底层机制： 深入探讨命名空间（Namespaces）和控制组（Control Groups, cgroups）如何结合Linux内核能力，实现资源隔离和限制，而无需重量级的硬件模拟。 第十章：分布式操作系统与云计算 分布式文件系统： 介绍NFS、AFS等传统分布式文件系统的设计哲学，以及HDFS等大规模数据存储系统的基本架构。 容错与健壮性设计： 讨论分布式系统中的一致性模型（如CAP定理的实践意义），以及如何通过冗余和状态同步来保证系统的持续可用性。 云原生计算中的OS角色： 简要探讨微服务架构对操作系统内核和调度器的新的要求，特别是如何优化启动时间、减少系统开销以适应快速迭代的云环境。 本书特色： 本书结构严谨，理论与实践紧密结合。每一章节均包含大量的伪代码、流程图和实际Linux内核源代码片段（重点分析相关API的实现细节），并通过精心设计的习题，引导读者不仅“知其然”，更能“知其所以然”，为构建下一代高性能、高可靠性的计算系统打下坚实的基础。

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最近几年，DIY硬件市场发展日新月异，新的标准和技术层出不穷。我最担心这类教程会很快“过期”，但这本书的编写视角非常高瞻远瞩。它没有仅仅停留在介绍当前主流的硬件配置，而是花了相当大的篇幅去探讨硬件设计背后的底层逻辑和发展趋势。比如，在讲到固态硬盘的寿命和磨损均衡算法时，作者不仅解释了什么是主控芯片，还深入浅出地分析了不同品牌固件策略对长期性能的影响，这让我对未来存储技术的发展有了更清晰的预判。同样，在讨论电源效率等级（如80 PLUS认证）时，它也提供了超越基础认知的深入分析，而不是简单地告诉你买金牌就好。这种教学方式极大地培养了我的批判性思维和主动学习能力。它教会我的不是某个特定型号的参数，而是如何去评估和选择任何一款未来可能出现的新硬件，这才是真正的“授人以渔”。

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我是一个对美学和细节有较高要求的人，很多技术书籍的排版和插图都让我感到非常不适，要么是黑白模糊的照片，要么是设计感极差的示意图。这本书在视觉呈现上做得非常出色，完全是业界良心水准。它对各种接口和芯片的近景照片清晰锐利，色彩还原度极高，使得我能够轻易地区分出SATA和M.2接口，或者识别出主板上关键的电容和MOS管。而且，作者在描述复杂布线，比如机箱内走线管理时，不仅提供了“如何做”的指导，还展示了“做好后”的范例图，这极大地激励了我去追求更整洁、更有利于散热的内部结构。这本书显然是经过了精心策划和制作的，每一个章节的过渡都非常自然流畅，不会让人感到思维跳跃。对于我这种既想学技术又不想牺牲阅读体验的读者来说，这简直是双重享受。它让我明白了，即便是最硬核的技术内容，也可以通过优秀的设计语言得以升华。

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这本《计算机硬件组装与维护教程》真的太给力了！我本来是个对电脑内部一窍不通的小白，每次电脑出点小毛病就只能干着急，或者乖乖送修，心疼那冤枉钱。但自从拿到了这本宝典，我的世界观彻底被刷新了！它不是那种干巴巴地堆砌术语的书，而是像一位耐心又幽默的老师，一步一步把我领进了硬件的神奇殿堂。我记得我第一次尝试自己动手清理电脑风扇时，紧张得手心冒汗，生怕一不小心就把哪个排线给弄断了。幸好书里对每一个操作的描述都配上了清晰到爆炸的图解，简直是手把手教学。特别是关于如何正确涂抹CPU硅脂那一段，讲得细致入微，连涂抹的厚度和面积都有明确的建议，让我这个新手操作起来也信心倍增。现在，我的老旧台式机不仅运行速度快了不少，连噪音都小了一大截，全靠这本书里教的那些“独门秘笈”。它让我体会到了一种自己掌控自己设备的成就感，那种感觉，比什么都值！如果有人问我如何入门DIY装机，我第一个推荐的就是它，绝对的良心之作。

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说实话，我平时对这种技术类书籍向来是敬而远之的，总觉得它们要么晦涩难懂，要么就是陈旧过时。然而，这本书成功地打破了我的偏见。它在讲解基础知识时，那种深入浅出的功力令人叹服。比如，讲到内存条的工作原理和不同代际之间的区别，它不是简单地罗列参数，而是通过生动的比喻，让我瞬间理解了带宽和延迟对实际使用体验的影响。更让我欣赏的是，它对故障排查的系统性梳理。以前电脑蓝屏，我就是瞎重启，然后祈祷它能自己好。现在，我能根据屏幕上闪现的代码和现象，快速定位到可能是驱动冲突、电源不稳，还是主板电容老化的问题。书里提供的“排除法”流程图，简直是技术侦探的行动指南。我已经成功帮好几个朋友解决了他们电脑的疑难杂症，他们看我的眼神都充满了“高人”的崇拜，哈哈！这本书的价值，已经远远超出了“教程”的范畴，更像是一本实战经验的结晶，非常值得反复研读。

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说真的，我以前买过几本所谓的“装机指南”，结果装完机器，发现机器性能跟预期差了十万八千里，回头一看，才发现是当初在搭配电源和散热器时，被那些模糊不清的兼容性建议给误导了。这本书在这方面的严谨性，简直是教科书级别的。它没有含糊其辞地说“随便选一个即可”，而是明确指出了不同CPU功耗等级下，对CPU散热器TDP（热设计功耗）的最低要求，以及在超频情境下，电源瞬时功率波动需要预留的余量。特别是关于内存的XMP/EXPO超频设置部分，它详细列举了不同主板BIOS界面下的操作路径和风险点，避免了许多初学者因为设置错误而导致系统不稳定的窘境。正是这种对细节的极致把控，让我对这本教程的专业度和可靠性深信不疑。它不仅仅是告诉你零件怎么插，更重要的是告诉你如何科学、稳定地让这些零件协同工作，避免走弯路，这对于想获得稳定高性能体验的用户来说，是无价之宝。

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