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出版者:北京大学出版社

作者:邬恩溢

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-01-01

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787301038383

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 网络基础
• 数据通信
• TCP/IP
• 网络协议
• 网络原理
• 计算机科学
• 通信技术
• 网络工程
• 自考

《深入理解操作系统原理与实践》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入、且具有高度实践指导意义的操作系统（OS）原理与实现教程。我们深知，操作系统是现代计算系统的基石，理解其内部机制对于任何希望在软件、硬件或系统架构领域深耕的工程师都至关重要。因此，本书不仅关注理论模型的构建，更着重于如何在真实硬件和软件环境中实现和优化这些核心概念。 全书内容结构清晰，逻辑严谨，由浅入深地剖析了操作系统的核心功能模块及其相互协作的复杂网络。 第一部分：绪论与系统结构基础 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，介绍操作系统的定义、历史演进及其在多层计算体系结构中的位置。 1.1 计算机系统概述与硬件抽象层： 详细阐述了现代计算机系统的层次结构，包括指令集架构（ISA）、汇编语言与机器码的交互。重点剖析了从硬件到软件的抽象过程，特别是I/O设备管理的硬件支持（如中断控制器、DMA）。 1.2 操作系统的基本目标与服务： 探讨了操作系统的主要目标，如资源管理、抽象化、提供用户接口等。系统性地梳理了操作系统向应用程序提供的关键服务，如进程管理、内存管理、文件系统和设备驱动接口。 1.3 内核态与用户态的切换机制： 深入剖析了CPU的特权级别机制，这是操作系统安全和隔离性的核心。我们将详细讲解系统调用（System Call）的实现流程，包括陷阱（Trap）机制、上下文的保存与恢复，以及系统调用参数传递的安全性考量。 1.4 引导过程（Bootstrapping）： 追溯计算机启动的完整路径，从固件（BIOS/UEFI）的初始化，到加载引导加载程序（Bootloader，如GRUB），再到内核的加载和初始化过程，包括内存映射的建立和第一个用户进程的启动。 第二部分：进程与线程管理 进程和线程是并发执行的基本单位，本部分是理解系统并发性的关键。 2.1 进程的概念与结构： 定义进程的本质，详细描述进程控制块（PCB）的内部结构，包括寄存器集合、程序计数器、栈指针、内存映像描述符等。讨论了进程的生命周期状态转换及其驱动因素。 2.2 线程模型与并发编程： 区分进程与线程，详细介绍用户级线程（User-Level Threads）和内核级线程（Kernel-Level Threads）的优劣及实现方式。重点讲解了多线程编程模型中常见的同步原语，如互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和条件变量（Condition Variable）的设计与使用范例。 2.3 CPU调度算法的深入分析： 系统化地介绍了经典的CPU调度策略，包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转（Round-Robin）等。更进一步，我们探讨了现代操作系统（如Linux的CFS或Windows的线程优先级提升机制）采用的复杂、动态调度算法，并从吞吐量、等待时间、响应时间等多个维度进行性能评估。 2.4 进程间通信（IPC）： 详述了内核提供的各种IPC机制，包括共享内存、消息传递（消息队列）、管道（Pipe/FIFO）以及Socket通信的底层原理，并结合实际应用场景分析其适用性。 第三部分：内存管理 内存管理是操作系统最复杂且对性能影响最大的部分之一。本部分侧重于虚拟内存的设计与实现。 3.1 内存的抽象与保护： 解释了虚拟地址空间（Virtual Address Space）的概念，它如何为每个进程提供一个独立的、连续的地址视图。深入分析了内存保护机制，以及硬件如何通过内存管理单元（MMU）实现地址翻译。 3.2 分页机制的详尽解析： 详细讲解了分页（Paging）机制，包括页表（Page Table）的结构、多级页表的设计以应对超大地址空间的需求。讨论了TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用、缓存效应及其对地址翻译性能的影响。 3.3 页面置换算法与抖动（Thrashing）： 系统梳理了经典的页面置换算法，如最佳（OPT）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）。特别关注了LRU在软件和硬件层面的近似实现方法。最后，深入分析了系统性能瓶颈——抖动现象的成因、检测与缓解策略。 3.4 内存分配与内核数据结构： 探讨了内核如何管理物理内存，介绍物理内存分配器（如伙伴系统 Buddy System、Slab分配器）的设计思想，以及它们如何平衡内存碎片化和分配效率。 第四部分：文件系统与存储管理 本部分连接了内存中的抽象概念与持久化存储的物理现实。 4.1 文件系统的概念模型： 定义文件、目录、链接等基本概念。分析了不同文件组织结构（如连续分配、链式分配、索引分配）的优缺点。 4.2 磁盘管理与I/O调度： 详细分析了机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）的物理特性差异。重点讲解了磁盘I/O调度的必要性，介绍如先来先服务、最短寻道时间优先（SSTF）以及更现代的电梯算法（Elevator Algorithm）如何优化磁盘臂移动。 4.3 文件系统实现细节： 深入剖析了现代文件系统的核心组件，如超级块（Superblock）、i-节点（Inode）结构、数据块的寻址方式。对比分析日志文件系统（如Ext4, NTFS）的事务日志机制，解释其如何保证数据的一致性和恢复能力。 4.4 虚拟文件系统（VFS）： 阐述了VFS层的抽象作用，它如何提供一个统一的接口，使得应用程序可以透明地访问不同类型的文件系统（如本地磁盘、网络文件系统NFS）。 第五部分：安全、虚拟化与未来趋势 本部分将视野拓展到操作系统在现代云计算和安全环境下的角色。 5.1 系统安全与访问控制： 讨论了操作系统如何通过强制访问控制（MAC）和自主访问控制（DAC）来实施安全策略。分析了缓冲区溢出攻击（Buffer Overflow）的原理，以及操作系统和编译器如何共同防御此类攻击（如栈保护、ASLR地址空间布局随机化）。 5.2 虚拟化技术基础： 深入讲解了操作系统层面的虚拟化（如容器技术Docker/LXC）与全虚拟化/硬件辅助虚拟化（如VMware/KVM）的技术差异。重点分析了Hypervisor（虚拟机监视器）如何在硬件之上高效地管理CPU、内存和I/O资源，实现资源隔离和高效复用。 5.3 分布式系统与操作系统的交集： 简要探讨了现代大规模计算中，操作系统如何与分布式系统框架（如RPC、分布式锁）协同工作，以应对高可用性和容错性的挑战。 本书的每一个章节都配有大量的伪代码和实际系统（如Linux内核）的结构图示，鼓励读者在理解理论的同时，动手分析现有操作系统的实现细节，从而真正掌握操作系统设计与实现的核心技能。

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这本书的装帧设计着实吸引眼球，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，配以简洁的几何图形，传递出一种专业且可靠的感觉。初翻阅时，我立刻注意到作者在内容组织上的匠心独运。不同于以往那些堆砌术语的教材，这本书的章节划分逻辑清晰，仿佛在为读者铺设一条稳固的知识阶梯。从最基础的数据交换原理讲起，逐步深入到复杂的路由协议和应用层技术，每一步都衔接得天衣合缝。特别是对于那些初次接触网络概念的读者来说，书中的类比和图示简直是救星般的存在。作者似乎非常懂得“授人以渔”的道理，不仅仅罗列了技术规范，更着重于解释“为什么”要这样设计，背后的工程权衡和历史演变被描绘得栩栩如生。我尤其欣赏其中关于拥塞控制算法的深入剖析，它没有停留在公式层面，而是通过生动的案例说明了不同算法在现实网络环境下的优缺点。可以说，这本书在入门友好度和技术深度之间找到了一个近乎完美的平衡点，让人在阅读时丝毫不会感到枯燥乏味，反而有一种拨云见雾的畅快感。

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说实话，我购买技术书籍往往会担心其时效性问题，毕竟网络技术日新月异。然而，这本书在内容更新上表现出了极高的敏感度。它不仅详尽讲解了IPv4向IPv6过渡的关键技术，比如双栈部署和隧道技术，还对QUIC协议在HTTP/3中的应用做了细致的介绍。这表明作者团队对网络领域的最新发展趋势有着敏锐的洞察力。我特别喜欢书中对于网络性能分析工具的使用指南，比如如何有效利用Wireshark进行数据包捕获与分析，以及如何解读路由表信息。这些实操性的内容，远比纯理论描述来得更有说服力。每当我在实际工作中遇到棘手的延迟问题时，书中的排错流程图总是能迅速将我的思路拉回到正轨。这种将理论知识与工程实践紧密结合的编排方式，使得这本书的“保质期”显得格外长久，绝对是投资回报率极高的一本工具书。

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这本书的语言风格异常的平实，丝毫没有那种高高在上的学术腔调，读起来非常舒服，就像一位经验丰富的前辈在你身边耐心讲解一般。我是一个视觉学习者，对于纯文字的描述常常感到吃力，但这本书中的插图和流程图简直是教科书级别的示范。举例来说，解释BGP选路过程时，作者用了一个非常巧妙的拓扑图，将复杂的属性比较过程可视化了，即便是一度让人头大的各种权重判断，也能通过图示一目了然。而且，书中在每一个关键知识点之后，都会设置“思考题”或“实践环节建议”，这极大地激发了我主动去验证和探索的兴趣。我不是那种看完书就束之高阁的人，我习惯于动手操作。书中推荐的实验环境配置方案非常详尽，我甚至可以直接在自己的虚拟机上搭建出书中所描述的复杂网络场景进行验证，这对于巩固学习效果起到了决定性的作用。

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我最近在准备一个重要的项目评审，对现有网络架构的性能瓶颈进行全面梳理，因此对一些前沿的网络虚拟化技术非常关注。这本书在这方面的覆盖深度，完全超出了我对一本“基础教程”的预期。它并没有止步于传统的TCP/IP栈讲解，而是非常及时地引入了SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）的概念。这些内容并不是敷衍了事地提一句，而是详细阐述了控制平面与数据平面分离的意义，以及OpenFlow协议的核心机制。我发现书中的一个章节专门讨论了如何利用这些新技术来优化云环境下的资源调度，这对我解决实际问题提供了极具价值的参考方向。更值得称道的是，作者对于网络安全方面的探讨也十分到位，没有仅仅停留在防火墙的基础知识上，而是深入剖析了DDoS攻击的原理以及现代防御策略，例如基于行为分析的入侵检测系统。阅读这些章节时，我感觉自己不再只是一个被动接受知识的学生，而是一个正在与行业顶尖专家进行深度对话的工程师，收获颇丰。

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我一直认为，一本优秀的技术著作，其价值不仅在于它教了什么，更在于它如何塑造读者的思维方式。这本书在这方面做得非常出色，它培养了一种系统化的、自底向上的分析问题的方法论。作者非常强调分层的概念，并时刻提醒读者在分析故障时，应从物理层开始，逐层向上进行隔离和排查，而不是直接跳跃到应用层猜测原因。这种严谨的逻辑训练，对于提升解决复杂网络问题的能力至关重要。此外，书中对OSI七层模型和TCP/IP四层模型的对比分析，不仅清晰地阐述了历史演进，更重要的是，帮助读者理解不同抽象层次下关注点的差异性。这种底层逻辑的建立，远比记住几个协议参数来得更有价值。这本书不仅仅是关于“如何配置路由器”，它更像是关于“如何像网络工程师一样思考”的入门指南，深远地影响了我后续学习其他信息技术领域的底层思维模式。

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