具体描述
本书是和《C++与数据结构》（北京理工大学出版社出版）一书配套使用的参考用书。
本书分两大部分共15章。第1部分，共7章。第1章到第6章与《C++与数据结构》的面向对象的概念及C++程序设计基础相对应，其程序例题和实验题目供实验教学参考；第7章简单介绍visual c++6．0集成开发环境，供读者在其上编写、调试和运行自己开发的程序。第2部分从第8章到第15章，对应《C++与数据结构》的数据结构部分。该部分在有些章节中所提供的程序例题和实验题目没有采用模板机制，有些章节的则采用了模板机制，可根据学习的需要对模板和非模板进行转换。
本书可作为高等院校电子信息类以及其他相关专业本科生学习《c++与数据结构》的辅助用书，也可供从事程序设计的工程技术人员参考使用。
深入解析操作系统原理与实践 面向对象的设计与内核交互 本书旨在为读者提供一个全面且深入的操作系统（OS）的理论基础与实践经验。我们摒弃了仅仅停留在概念介绍的层面，而是聚焦于现代操作系统内核的工作机制、资源管理策略以及如何构建高效、安全的用户空间应用程序。全书结构紧密，从最底层的硬件抽象层（HAL）开始，逐步剖析多任务调度、内存管理、文件系统I/O以及进程间通信（IPC）的核心算法与实现细节。 第一部分：操作系统的基石——架构与启动 本部分将详细阐述操作系统的基本组织结构，包括宏内核、微内核和混合内核的优劣势分析。我们将深入探讨系统启动序列，从BIOS/UEFI的初始化到内核的加载与自检。重点介绍中断（Interrupts）和异常（Exceptions）的处理机制，这是操作系统响应硬件事件和软件错误的根本。读者将学习到如何配置和使用中断描述符表（IDT），理解中断向量的工作原理，以及特权级（Rings）的切换过程。 特别地，我们花费大量篇幅解析内存管理单元（MMU）的硬件工作方式。我们将详细讲解分段式内存管理到现代分页机制的演进，包括页表的结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制，以及如何实现虚拟地址到物理地址的映射。通过对内核源码的片段分析，读者将能清晰地理解内存保护是如何通过硬件辅助实现的。 第二部分：资源调度与并发控制 并发是现代操作系统的核心挑战。本部分聚焦于如何有效地管理多个并发执行的实体——进程和线程。 进程与线程模型： 我们对比了传统进程模型和轻量级线程模型的差异，深入分析了上下文切换（Context Switching）的开销与优化。 调度算法的深度剖析： 不仅局限于介绍先来先服务（FCFS）或轮转（Round Robin），本书着重分析了更复杂的调度策略，如优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol）、多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue）以及实时系统中的硬/软截止时间调度。我们将通过模拟实验来评估不同调度策略在CPU利用率、响应时间和公平性方面的表现。 同步与互斥： 临界区保护是保证数据一致性的关键。我们将详细探讨信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）的底层实现，并介绍更高级的同步原语，如读写锁和屏障（Barriers）。我们会特别关注死锁（Deadlock）的检测、预防和避免算法，如银行家算法的实际应用局限性。 第三部分：高效的内存管理策略 操作系统与内存的关系最为密切。本部分深入探讨内核如何管理有限的物理内存资源，并为用户进程提供看似无限的虚拟地址空间。 物理内存分配： 我们将分析伙伴系统（Buddy System）的分配与回收算法，讨论其碎片化问题以及如何使用内存池（Slab Allocation）来优化内核对象分配。 虚拟内存与页面置换： 深入研究缺页中断（Page Fault）的处理流程。重点介绍经典的页面置换算法——OPT、LRU、FIFO——并探讨它们在实际系统中的近似实现（如Clock算法）。此外，本书还会涵盖工作集模型（Working Set Model）和抖动（Thrashing）现象的分析与缓解。 内存映射与共享： 探讨`mmap()`等系统调用如何工作，实现文件映射和进程间共享内存。 第四部分：持久化存储与I/O系统 本部分将操作系统的视角转向外部设备，特别是磁盘存储和文件系统。 I/O子系统： 介绍中断驱动I/O、DMA（直接内存访问）的工作原理，以及I/O请求如何通过设备驱动程序到达硬件。我们将分析I/O缓冲（Buffering）和缓存（Caching）机制在提高吞吐量中的作用。 磁盘调度： 详细分析Fప్పటికీ（最短寻道时间优先）、SCAN（电梯算法）等磁盘调度算法，并讨论现代SSD存储对传统调度策略带来的挑战与适应。 文件系统的结构与实现： 我们将解析典型文件系统的内部结构，如i节点（inode）的组织、目录结构（如哈希链表或B树索引）的查找效率。重点讨论日志（Journaling）机制如何保证文件系统的一致性和快速恢复能力。 第五部分：网络与安全基础 现代操作系统必须具备强大的网络能力。本部分从操作系统层面探讨TCP/IP协议栈的实现。 套接字（Socket）接口： 解释BSD套接字层如何与内核的网络协议栈交互，包括数据包的发送和接收流程。 内核中的网络协议处理： 分析ARP、IP、TCP等协议数据单元（PDU）在内核中的封装、分用和校验过程。 系统安全与权限控制： 探讨访问控制列表（ACL）、权限位（Permissions）的工作原理。介绍Linux中的安全增强模块（SELinux/AppArmor）等强制访问控制（MAC）机制，以及它们如何作为附加的安全层来限制进程的潜在危害。 实践与展望 本书的理论讲解后往往附带可供操作的实验指导，鼓励读者在真实的操作系统环境中（如Linux内核或一个自定义的模拟器）动手实现关键组件，加深对抽象概念的理解。最后，本书将展望未来操作系统设计面临的挑战，包括虚拟化技术（Hypervisors）对OS架构的影响、新一代存储介质的适配以及面向云原生环境的内核优化方向。 通过学习本书，读者将不仅掌握操作系统的“是什么”，更能理解“为什么”和“如何做”，为未来从事系统编程、嵌入式开发或内核维护打下坚实的基础。
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