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出版者:高等教育

作者:陶水龙

出品人:

页数:166

译者:

出版时间:2007-3

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787040206616

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机应用
• 系统编程
• 软件工程
• 计算机科学
• 实践教程
• 应用开发
• 系统原理
• 编程技巧
• 技术指南

《深入理解操作系统原理》 本书是一本面向计算机科学专业学生和研究人员的操作系统原理的深度探讨。我们聚焦于操作系统最核心的机制，剖析其背后的设计思想和实现细节，旨在帮助读者建立起对操作系统运作方式的清晰、透彻的理解。 核心内容概览： 第一部分：进程管理与调度 进程模型与线程概念： 我们将从进程的诞生伊始，详细介绍进程的生命周期、状态转换，以及其在多任务环境下的独立性。在此基础上，引入线程模型，深入分析用户级线程与内核级线程的区别、优劣势，以及它们在并发执行中的作用。 CPU调度算法： 操作系统能否高效地为进程分配CPU时间，是衡量其性能的关键。本部分将详尽介绍各种经典的CPU调度算法，包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转法（Round Robin）等。我们将分析它们的公平性、效率、响应时间等指标，并探讨在不同场景下最优调度算法的选择。更进一步，我们还将讨论多级反馈队列调度等高级调度策略，以及它们如何应对复杂的工作负载。 进程同步与互斥： 在多进程环境下，共享资源的访问可能导致竞态条件。本部分将深入讲解实现进程同步与互斥的各种机制，从硬件提供的简单锁（如自旋锁）到更高级的信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、条件变量（Condition Variables），以及监视器（Monitors）等。我们将通过大量的实例，阐述如何避免死锁、饥饿等问题，确保程序的正确性和稳定性。 死锁的检测与预防： 死锁是操作系统中一个棘手的难题。本部分将系统地介绍死锁产生的四个必要条件，并详细讲解死锁的检测方法（如资源分配图）和预防策略（如避免死锁的银行家算法），以及发生死锁后的恢复方法。 第二部分：内存管理 内存分段与分页： 为了更有效地利用有限的内存空间，操作系统采用了分段和分页技术。本部分将详细阐述这两种内存管理方式的原理、优缺点，以及它们如何将程序的逻辑地址映射到物理地址。我们将深入分析页表（Page Table）的结构、查找过程，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）在加速地址转换中的作用。 虚拟内存： 虚拟内存技术极大地扩展了程序的可用内存空间，使得程序运行所需的物理内存小于其逻辑地址空间。本部分将详细介绍虚拟内存的实现原理，包括请求分页（Demand Paging）、页面置换算法（如FIFO、LRU、Optimal等），以及页面错误（Page Fault）的处理机制。我们将探讨多级页表、反向页表等结构，并分析页面置换算法的选择对系统性能的影响。 内存分配策略： 除了上述的分段和分页，本部分还将讨论内存的连续分配（如首次适应、最佳适应、最坏适应）和非连续分配策略。我们会分析内存碎片（内部碎片与外部碎片）的产生原因，以及如何通过各种技术来减小碎片的影响。 第三部分：文件系统 文件概念与组织： 文件是用户存储数据的主要形式。本部分将介绍文件的基本概念，包括文件的属性、操作，以及文件系统的组织结构，如目录结构（单级、二级、树形、无环图等）。我们将探讨文件系统的不同实现方式，以及它们在数据管理和访问效率上的权衡。 文件系统实现： 本部分将深入剖析文件系统的内部实现机制，包括文件系统中块的分配策略（如连续分配、链式分配、索引分配）、空闲空间管理，以及数据结构的实现（如i-node、目录项等）。我们将分析不同文件系统（如FAT、NTFS、Ext4等）的设计理念和特点。 磁盘调度： 磁盘I/O是操作系统的性能瓶颈之一。本部分将介绍各种磁盘调度算法，如FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN、LOOK、C-LOOK等，并分析它们如何通过优化磁盘臂的移动来提高I/O效率。 文件系统的可靠性与性能： 我们还将探讨文件系统的可靠性问题，如数据一致性、事务处理、日志记录等机制，以及如何通过缓存、预读等技术来提高文件系统的访问性能。 第四部分：输入/输出（I/O）管理 I/O硬件与接口： 本部分将介绍各种I/O设备的类型，以及它们与CPU之间的接口（如端口、总线）。我们将讲解I/O设备的控制器和驱动程序的作用，以及它们如何实现设备与操作系统的交互。 I/O软件层次结构： 操作系统中的I/O软件通常被设计成层次化的结构，以简化开发和管理。本部分将介绍I/O软件的各个层次，包括用户层接口、设备无关层、设备控制层和中断处理程序，并分析它们之间的关系和功能。 中断与DMA： 中断和直接内存访问（DMA）是提高I/O效率的关键技术。本部分将详细讲解中断的工作原理，包括中断发生、中断向量、中断服务程序等。同时，我们还将深入分析DMA控制器的工作方式，以及它如何允许设备直接与内存进行数据传输，从而减轻CPU的负担。 缓冲与缓存： 为了缓解CPU与I/O设备之间的速度差异，操作系统广泛采用缓冲和缓存技术。本部分将介绍各种缓冲策略（如单缓冲、双缓冲）和缓存机制，并分析它们在提高I/O吞吐量和降低延迟方面的作用。 第五部分：分布式系统中的操作系统概念 分布式文件系统： 随着网络的发展，分布式文件系统成为重要研究方向。本部分将介绍分布式文件系统的基本概念，如NFS（Network File System），并分析其在数据共享、一致性和容错方面的挑战。 分布式进程通信： 在分布式系统中，进程之间的通信至关重要。本部分将探讨远程过程调用（RPC）、消息传递等分布式进程通信机制。 本书特色： 理论与实践并重： 本书不仅深入阐述操作系统背后的核心理论，还结合了大量经典的操作系统设计思想和实现细节，力求让读者在理解原理的同时，也能感受到工程实现中的巧妙之处。 清晰的结构与逻辑： 本书的章节划分清晰，内容循序渐进，从最基本的概念逐步深入到复杂的机制，确保读者能够构建起完整的知识体系。 丰富的图示与示例： 为了帮助读者更好地理解抽象的概念，本书配备了大量的图示、流程图和伪代码示例，使理论知识更加直观易懂。 面向进阶的读者： 本书并非操作系统入门的教材，而是面向已经具备一定计算机基础知识，希望深入理解操作系统内部工作原理的读者。 通过阅读本书，您将能够： 掌握操作系统中最核心的进程管理、内存管理、文件系统和I/O管理等关键技术。 理解各种算法和机制的设计动机和工作原理。 提升分析和解决复杂系统问题的能力。 为进一步学习操作系统的高级主题或进行相关研究奠定坚实的基础。

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这本书的结构安排简直让人摸不着头脑，读起来的体验就像是坐在一辆没有明确方向的电梯里，时而上到顶楼俯瞰全局，时而又莫名其妙地停在了某个不相关的楼层。它似乎试图涵盖所有内容，结果就是什么都没有深入。比如，讲到文件系统时，它可能会用大段的篇幅去比较FAT32、NTFS和ext4在设计理念上的差异，这固然有趣，但当涉及到实际应用中的数据恢复策略，或者如何配置一个高性能的日志记录系统时，文字就变得含糊不清，仿佛作者害怕深入技术细节会显得不够“高雅”。我尤其对它处理并发控制的方式感到困惑：它花了大量篇幅来解释什么是信号量和互斥锁，这些都是基础中的基础，但对于现代操作系统中更复杂的无锁编程技术、内存屏障（memory barriers）的应用场景，或者如何利用现代CPU的流水线特性来优化同步操作，这本书几乎是只字未提。对于那些希望从“入门”迈向“精通”的读者来说，这本书提供的知识点像是一堆零散的乐高积木，缺少了关键的连接件，无法搭建起一个稳定且实用的知识体系。

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或许是作者的意图是想写一本面向管理层或初级项目经理的导论，因为它对“系统资源调度”的阐述，更侧重于管理学上的优先级划分和成本效益分析，而非真正的算法实现。例如，在讨论CPU调度时，书中的内容几乎完全集中在对先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）等调度策略的社会学意义的解读上，即“为什么应该优先处理紧急任务”。而对于现代多核环境下的复杂调度器，比如Linux CFS（完全公平调度器）中红黑树的应用、时间片动态调整的依据、或者如何处理实时性要求极高的RTOS（实时操作系统）调度冲突等技术细节，这本书就避而不谈了。这使得这本书在专业深度上显得非常“水”。对于一个想要深入理解操作系统如何高效管理计算资源，并能据此进行性能调优的工程师而言，这本书就像是听了一场关于交通规则的讲座，但完全没有教你如何驾驶和维修汽车发动机。最终，我合上书本，发现我的代码优化清单并没有因此增加任何新的有效项。

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坦白说，我对于这本书的排版和图示部分感到非常失望，这让阅读体验大打折扣。许多关键的概念，例如进程地址空间的划分、中断向量表的结构，或者网络协议栈在操作系统中的位置，本来都是可以通过清晰的流程图或内存布局图来一目了然的。然而，这本书中的插图往往过于简化，甚至有些地方显得过时或表达不清，感觉像是直接从上世纪九十年代的教材里搬出来的。在讲解操作系统如何处理设备驱动程序时，我期望看到更现代化的总线架构图，比如PCIe的握手流程，或者至少是现代Linux内核中驱动模块加载和卸载的生命周期图示。但我们得到的，更多是教科书式的方框加箭头，缺乏那种能让读者立刻在大脑中构建起三维模型的视觉辅助。这使得我对一些涉及复杂硬件交互和软件层级调用的概念理解起来，需要花费额外的精力去脑补缺失的细节，这对于一本号称涵盖“应用”的专业书籍来说，是不可接受的疏忽。

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这本书在关于安全性的讨论上显得格外保守和落后。在当今这个安全威胁日益严峻的时代，操作系统安全无疑是应用层面最核心的考量之一。我本期待能看到关于内核态/用户态隔离的深入分析，例如如何利用硬件特性（如SMAP/SMEP）来防止攻击，或者讨论现代操作系统如何应对侧信道攻击（如Spectre/Meltdown）的补丁机制。然而，这本书对安全性的探讨几乎停留在早期的权限控制和访问控制列表（ACL）的层面，对于如何构造一个零信任（Zero Trust）的系统环境，或者如何利用沙箱技术（如Seccomp）来限制应用程序的系统调用范围，几乎没有提及。这让我感觉这本书的知识体系存在一个时间上的滞后，它教给读者的可能是前一个时代的最佳实践，而不是应对当前网络环境挑战的必要知识储备。阅读它，我学到的是如何“构建”一个系统，但对于如何在“被攻击”的环境中“保护”这个系统，它提供的指导少得可怜。

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天呐，我刚翻完这本号称是“计算机操作系统应用”的书，说实话，感觉像是在云里雾里乱逛。我原本是想找点实实在在的干货，比如如何用命令行来优化我的Linux服务器性能，或者深入剖析一下Windows内核的内存管理机制，结果呢？书里大部分篇幅都在讲一些非常宏观、非常概念化的东西，像是操作系统在整个信息社会中的“哲学地位”，或者对不同时代操作系统的历史演变进行了冗长的叙述，但具体到“应用”层面，那些我真正想知道的，比如如何编写一个高效的驱动程序，如何排查常见的I/O死锁问题，或者如何利用虚拟化技术进行资源隔离，这些关键的应用技术点几乎被一带而过，或者只是用非常浅显的语言提了一嘴。这感觉就像是买了一本关于烹饪的书，结果里面教的都是食材的产地分布和营养学理论，却很少有实际的菜谱指导。对于一个希望立刻上手解决实际问题的技术人员来说，这本书的实用价值远远低于它的理论深度，读完后留给我的更多是“哦，原来是这么回事”的恍然大悟，而不是“太棒了，我现在就能去试一试”的实操冲动。如果想系统了解操作系统的底层原理，我恐怕还需要去别处寻找更专注的材料。

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