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出版者:Addison-Wesley Professional

作者:Amit Singh

出品人:

页数:1680

译者:

出版时间:2006-06-29

价格:USD 88.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780321278548

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
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深入探索操作系统内核的奥秘：现代系统架构解析 本书聚焦于现代操作系统内核的底层机制与核心设计哲学，旨在为系统程序员、高级开发人员以及对计算机体系结构有浓厚兴趣的读者提供一份详尽且实用的技术指南。我们抛开特定操作系统的品牌名称限制，着眼于通用内核设计中最为关键的组成部分、算法选择及其背后的权衡考量。 --- 第一部分：内核基础与启动流程的艺术 本部分将系统地剖析操作系统的基石——内核。我们将从硬件初始化开始，详细阐述系统引导过程（Bootstrapping）是如何一步步将一个冷启动的硬件平台转化为一个可执行应用程序环境的。 1. 引导序列的深度剖析：从固件到内核的过渡 固件层面的职责（BIOS/UEFI）： 深入理解现代固件如何管理系统初始化、内存映射以及设备发现。我们探讨 UEFI 结构，特别是其提供的安全启动（Secure Boot）机制与操作系统的交互点。 多阶段加载器设计： 详述引导加载器（Bootloader）的工作原理，包括其如何将内核映像从存储介质加载到内存中，并设置初步的执行环境（如禁用中断、设置页表）。我们将对比宏内核（Monolithic Kernel）和微内核（Microkernel）加载策略的差异。 内核入口点与初始设置： 分析内核代码的第一个执行点。重点讨论内核如何自举（Self-bootstrap）完成对自身数据结构的初始化，包括页表结构的建立、栈的设置，以及如何最终将控制权移交给用户态的第一个进程。 2. 内存管理的基石：虚拟内存与物理地址转换 本章是理解操作系统性能和安全性的核心。我们将以跨平台视角审视现代虚拟内存（Virtual Memory, VM）系统。 地址空间布局（Address Space Layout）： 详细描绘一个典型进程的虚拟地址空间结构，包括代码段、数据段、堆（Heap）和栈（Stack）的组织方式。探讨地址空间随机化（ASLR）的技术细节及其对安全性的影响。 分页机制与 TLB 效应： 深入讲解多级页表（Multi-level Paging）的设计，包括页目录、页表项（PTE）的结构和标志位含义。分析转换后备缓冲器（TLB）的工作原理、命中率的重要性以及操作系统如何管理 TLB 射出（TLB Shootdowns）。 内存分配器策略： 对比内核态和用户态内存分配器（如 slab 分配器、伙伴系统 Buddy System）的内部算法。分析这些分配器如何平衡内存碎片化与分配速度的需求。 --- 第二部分：进程、线程与并发控制 本部分聚焦于操作系统对并发执行单元的管理，这是实现多任务处理的关键。 3. 进程与线程：执行单元的抽象与实现 进程控制块（PCB）的结构与生命周期： 剖析 PCB 中包含的关键信息（寄存器上下文、内存映射、文件描述符表等）。分析进程创建（fork/exec）和终止的复杂性，特别是资源回收的过程。 线程模型的演变： 详细区分用户级线程、内核级线程以及两层模型（LWP）。探讨为什么现代系统普遍采用对称多处理（SMP）架构下的内核级线程，并分析线程上下文切换的开销。 调度算法的精妙权衡： 深入研究多种调度策略，包括分时（Time-sharing）、优先级继承（Priority Inheritance）和实时调度（Real-Time Scheduling）。重点分析调度器如何利用时间片轮转、多级反馈队列等技术，在公平性、吞吐量和响应时间之间寻求平衡。 4. 同步原语与死锁预防 并发编程的难点在于同步。本章将详尽介绍内核如何提供可靠的同步机制。 锁机制的实现： 讲解自旋锁（Spinlocks）与互斥量（Mutexes）的适用场景与底层实现（通常依赖于原子操作如 Test-and-Set 或 CAS）。分析中断禁用在锁机制中的作用。 信号量与屏障： 探讨信号量（Semaphores）在资源计数和流程同步中的应用。分析屏障（Barriers）如何确保一组线程在继续执行前都到达了指定同步点。 死锁的诊断与避免： 详细阐述死锁的四大必要条件，并介绍银行家算法（Banker's Algorithm）等资源分配策略在理论和实践中的应用与局限性。 --- 第三部分：I/O 系统与设备交互 本部分关注操作系统如何有效地管理外部设备通信，这是系统性能瓶颈常出现的区域。 5. 设备驱动模型与中断处理 设备驱动程序的架构： 讲解字符设备、块设备和网络设备驱动的通用接口。分析现代内核如何通过总线架构（如 PCI Express）与设备进行通信。 中断处理的艺术： 深入解析硬件中断（IRQ）的流程。区分中断处理程序（ISR）的“上半部”和“下半部”处理机制（如软中断、任务队列），以确保内核的响应速度。 直接内存访问（DMA）的优化： 探讨 DMA 如何绕过 CPU 进行数据传输，以及操作系统如何安全地管理 DMA 缓冲区，防止数据竞争和安全漏洞。 6. 文件系统的核心概念与持久化 文件系统的逻辑结构： 剖析文件系统如何组织数据，包括超级块（Superblock）、索引节点（Inode）和数据块的映射关系。对比日志式文件系统（Journaling File Systems）的写入一致性机制。 缓存与 I/O 路径优化： 分析页缓存（Page Cache）在加速文件读取中的作用，以及回写（Write-back）策略对系统吞吐量的影响。讲解延迟分配和写平衡（Write-ordering）技术。 虚拟文件系统（VFS）层： 讲解 VFS 如何提供统一的文件操作接口，使得内核能够透明地支持各种底层文件系统。 --- 第四部分：系统调用接口与安全边界 本部分探索用户空间与内核空间交互的桥梁——系统调用机制，以及现代内核为维护系统完整性所采取的安全措施。 7. 系统调用的实现与陷阱机制 系统调用的执行路径： 详细描述用户态程序如何通过软件中断或特定的指令（如 `syscall` 或 `int 0x80`）触发模式切换，进入内核态。 参数传递与返回值的处理： 分析内核如何安全地验证传入的用户态指针和参数，防止指针越界和权限提升。 系统调用的性能考量： 讨论系统调用带来的上下文切换和模式转换的开销，以及如何通过延迟系统调用或使用更轻量级的接口（如内核级异步 I/O）来缓解这一问题。 8. 权限模型与沙箱技术 内核安全边界： 探讨用户模式（Ring 3）和内核模式（Ring 0）的权限隔离。分析权限提升（Privilege Escalation）的常见攻击向量。 能力（Capabilities）与权限分离： 介绍比传统 UID/GID 更细粒度的权限控制模型，以及它们在最小权限原则（Principle of Least Privilege）中的应用。 地址空间隔离与内存保护： 重新审视现代处理器提供的硬件内存保护机制，如 MPU/MMU，以及它们如何配合内核策略来隔离不同安全等级的代码和数据。 --- 本书的价值在于其对通用内核原理的深刻洞察，它不局限于任何特定商业产品的实现细节，而是构建了一个理解任何高性能、多用户、多任务操作系统的坚实理论框架。读者将掌握构建、调试和优化复杂系统软件所需的底层知识。

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这本书的内容之详实，超出了我之前阅读过的任何一本关于 macOS 的技术书籍。作者在每个技术点的阐述上都力求做到面面俱到，并且提供了充足的理论依据和实际案例。我非常欣赏书中关于系统启动过程的详尽描述，从 EFI 固件到内核加载，再到用户空间的初始化，每一步都清晰可见。它还深入剖析了 Darwin 内核的线程模型，包括线程的创建、销毁、切换以及不同调度策略对性能的影响。我特别喜欢它对 I/O 服务的讲解，包括文件 I/O、网络 I/O 以及用户输入事件的处理流程，这帮助我理解了应用程序如何与外部世界进行交互。书中对 Mach RPC（远程过程调用）机制的解析，以及它在系统内部各个组件通信中的作用，也让我对 macOS 的复杂性有了更深的体会。它还细致地讲解了 Grand Central Dispatch (GCD) 的底层实现，以及它如何利用多核处理器来提升应用程序的并行处理能力。这本书的优点在于，它不仅仅停留在概念层面，而是通过大量的技术细节，让你能够真正理解 macOS 是如何工作的。它就像一本操作系统的“武功秘籍”，掌握了它，你就能更好地驾驭 macOS 这个强大的平台，并在其中游刃有余。

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阅读《Mac OS X Internals》的体验，就像是在进行一场引人入胜的技术考古。作者以一种极为细致入微的方式，剖析了 macOS 这个操作系统的心脏地带。我被书中对 Mach 内核的深度挖掘所震撼，它不仅仅停留在理论介绍，更是通过对内核数据结构、系统调用以及内存管理机制的详细描述，让我得以窥见操作系统最核心的运作方式。书中对文件系统的分析同样详尽，包括 HFS+ 和 APFS 的演进，以及它们在性能和功能上的差异，这让我对 macOS 的数据存储有了更深刻的理解。我印象深刻的是，书中对图形渲染管线的阐述，包括 Core Graphics 和 Core Animation 的工作流程，让我明白了应用程序的界面是如何被绘制到屏幕上的。它还深入探讨了电源管理和设备驱动程序的工作原理，这对于理解 MacBook 的续航表现和外设兼容性至关重要。这本书的价值在于，它提供了一种理解 macOS 的全新视角，让开发者能够从更底层的角度去思考问题，从而写出更优秀的软件。它不是一本轻松易读的书，但它所带来的回报是巨大的，它让我对 macOS 的敬畏之情油然而生。

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这本书为我打开了一扇通往 macOS 核心技术的大门，让我得以一窥这个精密操作系统的内在运作。作者的讲解逻辑清晰，层层递进，将复杂的底层概念分解成易于理解的组成部分。我尤其惊叹于书中对 Mach 内核的深入解析，它不仅仅介绍了 Mach 的基本概念，更详细阐述了其在进程管理、内存管理和通信机制中的具体实现。书中对 Darwin 核心的各个组件，如 I/O Kit、Launchd 等的介绍，都让我对 macOS 的系统架构有了更全面的认识。我尤其喜欢它对文件系统（HFS+ 和 APFS）的详细分析，包括它们的结构、元数据管理和性能特点，这对于理解数据如何在磁盘上存储和检索至关重要。它还深入探讨了网络栈的实现，从 TCP/IP 协议到 Socket 编程的底层细节，都进行了详尽的说明。这本书的优点在于，它不仅仅提供了知识，更重要的是培养了我对系统行为的洞察力。通过这本书，我能够更准确地诊断和解决开发过程中遇到的各种问题，并能够写出更高效、更稳定的代码。它就像一位技艺精湛的老师，用最清晰的方式传授最深奥的知识。

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这本书是我学习 Mac OS X 内部机制的“圣经”级别读物。作者以其深厚的功底和严谨的学术态度，将 macOS 这个复杂而精密的操作系统剖析得淋漓尽致。我被书中对 Mach 内核的详尽解读所深深吸引，它不仅仅介绍了 Mach 的基本概念，更深入探讨了其在进程管理、内存管理和通信机制中的具体实现。书中对 Darwin 核心的各个组件，如 I/O Kit、Launchd 等的介绍，都让我对 macOS 的系统架构有了更全面的认识。我尤其对书中关于文件系统的介绍印象深刻，无论是 HFS+ 还是 APFS，作者都进行了细致的分析，包括它们的结构、元数据管理和性能特点，这对于我理解数据在磁盘上的存储和检索至关重要。它还深入探讨了网络栈的实现，从 TCP/IP 协议到 Socket 编程的底层细节，都进行了详尽的说明。这本书的价值在于，它提供了一种全新的视角来理解 macOS，让我能够从更底层的角度去思考问题，从而写出更高效、更稳定的软件。它不是一本轻松易读的书，但它所带来的回报是巨大的，它让我对 macOS 的敬畏之情油然而生。

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这本书的内容之丰富和详实，让我感到惊喜连连。作者对 Mac OS X 内部机制的讲解，可谓是面面俱到，丝毫不漏细节。我尤其欣赏书中对 Mach 内核的深入剖析，它不仅仅介绍了 Mach 的基本概念，更详细阐述了其在进程管理、内存管理和通信机制中的具体实现。书中对 Darwin 核心的各个组件，如 I/O Kit、Launchd 等的介绍，都让我对 macOS 的系统架构有了更全面的认识。我特别被书中关于进程间通信（IPC）机制的讲解所吸引，它详细阐述了 Mach 消息传递和 POSIX 信号量等关键技术，让我对不同进程之间如何高效协作有了更深的理解。它还细致地讲解了 Grand Central Dispatch (GCD) 的底层实现，以及它如何利用多核处理器来提升应用程序的并行处理能力。这本书的优点在于，它不仅仅提供信息，更是在传授一种思考问题的方式，一种深入分析系统行为的方法。通过阅读这本书，我不仅学到了大量的技术知识，更重要的是培养了对操作系统底层运作的敏感度和洞察力，这对我日后的开发工作有着深远的影响。

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作为一名 macOS 开发者，我一直对 macOS 的底层运行机制充满好奇，而《Mac OS X Internals》这本书恰恰满足了我的求知欲。作者以一种非常系统和深入的方式，向我展示了这个操作系统内部的奥秘。我被书中对 Mach 内核的讲解所深深吸引，尤其是它关于虚拟内存管理、进程和线程的创建与调度等核心机制的阐述，让我对操作系统的基础有了更清晰的认识。书中对于文件系统的详细介绍，包括 HFS+ 和 APFS 的差异与特性，以及它们在数据存储和检索方面的不同之处，都让我受益匪浅。我尤其喜欢它对 Cocoa 框架与底层系统交互的解析，这为我理解许多日常开发中遇到的“黑箱”行为提供了关键线索。它也帮助我理解了 Spotlight 索引、Launchd 守护进程等 macOS 特有功能的运行原理。这本书的写作风格非常专业，但又不失可读性，作者善于用清晰的语言解释复杂的概念，并辅以恰当的比喻，使得即便是初次接触这些底层技术的读者也能有所收获。它不仅仅是关于“内部”的讲解，更是一次关于“为什么”的探索，它解答了我许多关于 macOS 行为的疑问，为我未来的开发工作奠定了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对操作系统底层原理充满好奇的开发者，我一直在寻找一本能够真正深入剖析 Mac OS X 的书籍。《Mac OS X Internals》无疑满足了我对深度和广度的需求。作者以一种极其系统和严谨的方式，将 macOS 的内部世界展现在我面前。我被书中对 Mach 内核的细致描绘所吸引，尤其是它对内存管理、进程调度和线程同步机制的深入讲解，让我对操作系统的核心运作有了全新的认识。书中对 Darwin 核心的各个组成部分，如 HFS+ 文件系统、网络协议栈以及 I/O 服务的详细介绍，都让我对 macOS 的强大功能有了更深刻的理解。我尤其喜欢它对安全机制的阐述，包括用户权限管理、沙盒技术和系统完整性保护（SIP）等，这让我对 macOS 的安全特性有了更全面的认识。这本书的优点在于，它不仅仅提供知识，更重要的是培养了我独立分析和解决问题的能力。通过这本书，我能够更深入地理解应用程序的行为，并能够更有效地进行性能调优和故障排查。它就像一位经验丰富的导师，用最清晰的方式传授最精深的学问。

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在我对 Mac OS X 的运作原理感到困惑和迷茫的时候，这本书就像一盏明灯，照亮了我前行的道路。作者的讲解逻辑性极强，仿佛在一步步地引导我解开操作系统的层层谜团。这本书的知识密度非常高，但作者处理得恰到好处，既保证了内容的深度，又避免了让读者感到 overwhelmed。我尤其被书中关于安全机制的章节所吸引，它详细阐述了用户权限管理、沙盒机制以及系统完整性保护（SIP）等关键的安全特性，这让我对 macOS 的安全性有了更全面的认识。书中对图形用户界面（GUI）渲染管线的讲解也让我大开眼界，理解了 Core Graphics、Core Animation 等框架是如何将应用程序的绘制指令转化为屏幕上的像素的。它还深入探讨了电源管理和设备驱动程序的工作原理，这对于理解 MacBook 的续航表现和外设兼容性至关重要。我印象深刻的是，书中对 Mach 异常处理机制的解析，以及应用程序崩溃时是如何被系统捕获和处理的。这种对细节的关注，正是这本书最吸引我的地方。它不仅仅是提供信息，更是在传授一种思考问题的方式，一种深入分析系统行为的方法。通过阅读这本书，我不仅学到了大量的技术知识，更重要的是培养了对操作系统底层运作的敏感度和洞察力，这对我日后的开发工作有着深远的影响。

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这本书的价值远远超出了我最初的预期，它不是那种泛泛而谈的入门读物，而是真正触及了 Mac OS X 核心的深度。作者在讲解每一个技术细节时，都力求做到一丝不苟，而且非常注重理论与实践的结合。书中提到的各种系统调用、数据结构以及它们之间的关系，都通过大量的图示和代码片段进行了生动的展示。我特别欣赏它对文件系统的详细介绍，包括 HFS+ 和 APFS 的文件组织方式、元数据管理以及 I/O 操作的流程，这对我理解数据如何在磁盘上存储和检索起到了至关重要的作用。而且，它对网络栈的剖析也令人印象深刻，从 TCP/IP 协议的实现到 Socket 编程的底层细节，都进行了深入的探讨。我发现，书中关于进程间通信（IPC）机制的讲解，例如 Mach 消息传递和 POSIX 信号量，为我理解不同进程之间如何协同工作提供了宝贵的知识。它也帮助我理解了 Spotlight 索引、Launchd 守护进程等 macOS 特有功能的运行原理，这些都是在日常开发中会频繁接触但又常常被忽略的底层服务。这本书的写作风格非常专业，但又不失可读性，作者善于用清晰的语言解释复杂的概念，并辅以恰当的比喻，使得即便是初次接触这些底层技术的读者也能有所收获。它不仅仅是为系统工程师准备的，对于任何希望深入了解 macOS 运行机制的开发者来说，都是一本不可多得的宝藏。

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作为一名 macOS 开发者，我一直渴望深入了解这个操作系统底层的运作原理，尤其是 Mac OS X Internals 这本书，在我拿到它的那一刻，我的内心就充满了期待。翻开第一页，迎面而来的是一种严谨而系统的梳理，它并没有直接跳入晦涩的代码层面，而是从宏观的视角，将 Mac OS X 的整个架构图景徐徐展开。我惊讶于作者对概念的清晰阐释，从 Mach 内核的微内核设计思想，到 Darwin 核心的各个组件，再到其上层更高级别的抽象，每一个环节都层层递进，逻辑严密。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我穿梭在操作系统的复杂迷宫中，指明方向，讲解机制。例如，它对进程管理和线程调度策略的深入剖析，让我对应用程序如何在有限的 CPU 资源下流畅运行有了全新的认识。书中对于内存管理机制的阐述，特别是虚拟内存、分页和页面置换算法的解释，更是让我对应用程序内存占用和性能优化有了更深刻的理解。我尤其喜欢它对 Cocoa 框架如何与底层系统交互的解析，这为我理解许多日常开发中遇到的“黑箱”行为提供了关键线索。总而言之，这本书不仅仅是关于“内部”的讲解，更是一次关于“为什么”的探索，它解答了我许多关于 macOS 行为的疑问，为我未来的开发工作奠定了坚实的基础，让我对这个我每天都在使用的操作系统产生了更深的敬畏之情，也更加理解了它背后精妙的设计理念。

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各种零零碎碎的小知识，和10.6/7/8稍微有点脱节。要是和Windows Internals系列那样定期例行更新就爽了。

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艰涩难懂，没有计算机底子，读起来相当费力。如果不是最近很闲，这一千多页的天书，怎么也不敢去翻看。

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只看完了前两章。和我的需求正好匹配。

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好吧，我放弃读你啦！有点儿深，暂时用不到 I'm so sorry ！

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各种零零碎碎的小知识，和10.6/7/8稍微有点脱节。要是和Windows Internals系列那样定期例行更新就爽了。