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出版者:Microsoft Press

作者:Francesco Balena

出品人:

页数:1024

译者:

出版时间:2006-01-25

价格:USD 59.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780735621831

丛书系列:

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《深入理解操作系统原理与实践》 面向系统工程师、高级程序员及计算机科学专业学生的权威指南 本书概述： 《深入理解操作系统原理与实践》旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的操作系统（OS）知识体系。它不仅仅是一本理论教科书，更是一本指导实践的工程手册，它将复杂的内核机制、硬件交互细节与现代操作系统的设计哲学紧密结合。本书覆盖了从底层硬件抽象到上层用户进程管理的每一个关键环节，重点剖析了主流操作系统（如Linux和Windows NT/10内核架构）的核心设计思想和实现细节，帮助读者构建起坚实的系统级软件开发基础。 本书结构与核心内容： 本书共分为六大部分，超过三十章，结构严谨，逻辑清晰： --- 第一部分：操作系统基础与架构概览 (Foundations and Architecture) 本部分奠定了读者理解操作系统的基石。我们首先回顾了计算机体系结构对操作系统的影响，特别是存储器层次结构、I/O设备的演进以及中断和异常处理机制的硬件支持。 引言： 操作系统在现代计算中的角色、历史演进与不同类型的OS（批处理、分时、实时、分布式）。 内核模式与用户模式： 深入探讨了保护环机制（Rings），系统调用的实现原理（陷阱/中断），以及如何确保系统稳定性和安全性。 引导过程（Bootstrapping）： 详细解析了从BIOS/UEFI固件启动到内核完全加载并开始执行第一个用户进程的整个生命周期，包括引导加载程序（Bootloader）的作用。 内核结构设计： 比较了宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）和混合内核（Hybrid Kernel）的设计哲学、优缺点及在实际系统中的应用案例。 --- 第二部分：进程管理与并发控制 (Process Management and Concurrency) 本部分聚焦于操作系统最核心的职责之一：管理并发执行的实体。我们不仅讲解了传统概念，更深入剖析了现代高效调度器的内部工作原理。 进程与线程模型： 区分进程与线程的内存隔离级别，讨论用户级线程与内核级线程的映射机制（M:N模型）。 进程间通信（IPC）： 全面介绍各种IPC机制，包括共享内存、消息队列、管道（Pipe/FIFO）、信号量（Semaphores）以及更现代的套接字（Sockets）在内核中的实现。 CPU调度算法： 详细分析先进的调度策略，如完全公平调度器（CFS，重点分析其红黑树实现）、实时调度（如EDF, RM）的原理与优先级翻转的应对策略。 同步与互斥： 不仅是互斥锁（Mutex）和自旋锁（Spinlocks），还深入讲解了硬件原语（如CAS操作、Load-Linked/Store-Conditional）如何构建高效的无锁数据结构。 --- 第三部分：内存管理与虚拟化 (Memory Management and Virtualization) 内存管理是决定系统性能的关键因素。《深入理解操作系统原理与实践》将虚拟内存机制的理论与现代CPU的硬件支持（如TLB、MMU）相结合，提供了透彻的解析。 分段与分页： 详细讲解了分页机制的层次结构（如两级、三级页表）和地址转换过程，以及TLB的缓存和失效处理。 内存分配器： 深入剖析内核级的伙伴系统（Buddy System）、slab/slub/slob分配器的设计，以及用户空间堆管理器（如ptmalloc, jemalloc）的内部机制。 虚拟内存与交换（Swapping/Paging）： 讨论页面置换算法（LRU、Clock、Optimal）的近似实现，以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。 内存保护与共享： 分析如何利用内存保护位实现代码段的只读性，以及实现内存映射文件（mmap）和共享内存的底层技术。 --- 第四部分：文件系统与持久化存储 (File Systems and Persistent Storage) 本部分关注数据如何在断电后依然保持一致性和可靠性，并探讨高性能存储的接口设计。 文件系统结构： 详细解析FAT、NTFS、ext4/XFS等主流文件系统的元数据结构（Inode、Superblock、数据块映射）。 I/O子系统与缓存： 探讨缓冲区缓存（Buffer Cache）和页面缓存（Page Cache）的区别与协作，以及写回策略。 日志与事务性： 深入讲解Journaling（日志功能）如何保证文件系统在崩溃后能快速恢复一致性，以及写时复制（Copy-on-Write, CoW）在现代文件系统中的应用。 块设备驱动与调度： 分析SCSI/SATA/NVMe协议栈，以及I/O调度器（如Deadline, Noop, MQ）如何优化磁盘访问顺序以提升吞吐量和降低延迟。 --- 第五部分：I/O子系统与设备驱动 (I/O Subsystem and Device Drivers) 本部分是连接硬件与操作系统的桥梁，尤其适合希望从事底层开发的读者。 中断处理机制深化： 讲解中断描述符表（IDT）、中断描述符（IDT Entry）以及中断下半部（Softirqs, Tasklets, Workqueues）的设计，以最小化中断处理时间。 DMA（直接内存访问）： 详细解释DMA的工作流程，如何通过DMA控制器实现数据传输而不占用CPU资源，以及其安全性考量。 设备驱动模型： 介绍现代Linux驱动模型（如`kobject`、设备树），并分析Windows驱动模型（WDM/KMDF）的核心结构。 网络协议栈的OS实现： 剖析TCP/IP协议栈在内核中的实现层次，包括套接字层、传输层（拥塞控制算法如CUBIC）和网络设备驱动层的交互。 --- 第六部分：安全性、虚拟化与未来趋势 (Security, Virtualization, and Future Trends) 最后一部分展望了操作系统面对现代挑战的设计演进。 系统安全机制： 讲解地址空间布局随机化（ASLR）、数据执行保护（DEP/NX Bit）、安全增强型Linux（SELinux）的强制访问控制（MAC）模型。 内核调试与故障恢复： 介绍KDB/KGDB、WinDbg等内核调试工具的使用，以及崩溃转储（Crash Dump）的分析技术。 现代虚拟化技术： 深入分析Hypervisor（Type-1和Type-2）的工作原理，特别是关于I/O虚拟化（如SR-IOV）和内存虚拟化（如EPT/RVI）的技术细节。 容器化技术内核支持： 详细解析Cgroups（资源限制）和Namespaces（资源隔离）如何利用Linux内核提供的底层能力实现高效的容器技术。 适合读者： 本书假设读者已具备扎实的C语言编程基础，并熟悉基本的数据结构和算法。它特别适合以下群体： 1. 操作系统内核开发者： 需要深入理解现有内核设计决策背后的权衡取舍。 2. 嵌入式系统工程师： 需要为资源受限环境定制或优化内核组件。 3. 高性能计算（HPC）工程师： 需要优化内存访问模式、I/O吞吐量和调度延迟。 4. 计算机科学专业高年级学生及研究生： 作为高级选修课或研究生的核心参考教材。 学习价值： 通过本书的学习，读者将能够： 自信地阅读和理解Linux内核源码的关键部分。 设计和实现高效的并发同步原语。 诊断复杂的内存泄漏、调度死锁或I/O瓶颈问题。 从系统级视角理解应用程序性能的真正瓶颈所在。 为构建下一代安全、高效的计算基础设施打下坚实的基础。

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我对这本书中关于应用程序生命周期管理的阐述感到极其失望。它似乎完全忽略了VB.NET在企业级应用中扮演的重要角色，反而将大量的篇幅用于构建那些早已被淘汰的桌面小工具，例如一个简陋的计算器或者一个只能读取本地文本文件的日志查看器。我本期望能看到如何优雅地处理服务启动、后台任务调度以及与Windows服务进行高效通信的章节，毕竟VB.NET在当时的后台服务开发中占据了一席之地。然而，书中对这些关键的企业级场景避而不谈，取而代之的是冗长且毫无新意的GUI事件处理流程。举例来说，在讨论文件I/O时，作者花了整整五页来描述如何通过`Open...For Input`语句逐行读取文件，却只用了一小段话提到了`StreamReader`的异步读取能力，而且这段描述显得像是临阵匆忙加上去的补丁。这种内容上的严重失衡，让我不得不怀疑作者写书的目的究竟是为了教学，还是仅仅为了满足某个出版社的页数要求。对于一个渴望掌握健壮、可维护的系统架构的读者而言，这本书提供的工具箱里，装的都是些生锈的螺丝刀和不合时宜的扳手。

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这本书的封面设计简直是上个世纪的产物，那种深沉的蓝色背景配上略显过时的字体，让我第一眼看到就觉得它可能讲述的是某种古老的编程范式。我本来是冲着“Visual Basic 2005”这个标题来的，期待能找到一些关于.NET Framework 2.0时代的回忆录或者技术演进的深刻见解，但翻开目录后，我发现内容似乎完全聚焦于某种特定的、现在看来已经非常小众的数据库连接技术，占据了将近三分之一的篇幅。这种对特定技术栈的执着，让整本书的视野显得有些局促。阅读过程中，我尤其对其中关于ADO.NET实体框架（Entity Framework）早期版本的论述感到困惑，作者似乎对当时微软力推的ORM（对象关系映射）技术抱有一种近乎狂热的推崇，以至于对性能优化的讨论常常流于表面，缺乏深入的底层分析。更别提书中对用户界面设计（UI/UX）的探讨，完全停留在拖拽控件和设置属性的层面，丝毫没有提及当时开始萌芽的MVVM模式或者任何现代前端架构的影子。对于一个希望回顾或学习VB.NET历史脉络的读者来说，这本书更像是一份详尽但过时的技术手册，而非一本有深度的技术著作。我花了大量时间去辨别哪些代码示例在当前环境下依然有效，哪些仅仅是历史的遗迹，这极大地拖慢了我的阅读节奏，最终我只得承认，这本书更多地是对特定时间点技术生态的忠实记录，而不是一本面向未来的编程指南。

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这本书的印刷和排版质量，坦率地说，让人不敢恭维。页边距窄得令人发指，使得大段的代码块几乎要贴到装订线内侧，导致在阅读过程中经常需要用力按压书脊才能看清所有字符。更要命的是，代码高亮的配色方案简直是场灾难——浅灰色的背景上印着几乎难以辨认的深灰色关键字，这对于长时间的屏幕外阅读来说，无疑是一种视觉折磨。我不得不经常借助外部的荧光笔来标记重要的语法结构，但这又破坏了书籍本身的完整性。从技术内容本身来看，书中对面向对象编程（OOP）三大特性——封装、继承和多态——的讲解，也显得极为机械和脱节。作者似乎只是机械地复述教科书上的定义，而没有提供任何生动、贴合VB.NET语言特性的实例来阐释这些概念的实际应用价值。例如，关于接口的讨论，几乎完全集中在如何定义和实现上，却鲜有关于依赖注入（DI）模式在这种语言中应用的探讨，使得读者无法将理论知识与实际的架构设计联系起来。这本书更像是一份未经打磨的课程讲义，而不是一本值得珍藏的参考书。

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这本书的行文风格简直是一场对耐心的终极考验。作者似乎认为所有的读者都已经对VB.NET的底层机制了如指掌，因此大量的概念在首次提出时，往往只有简短的一句话带过，然后便一头扎进复杂的代码块中。我不得不频繁地停下来，查阅其他更基础的资料来理解他究竟在讨论哪个命名空间下的哪个类。这种“高手对高手”的交流模式，对于我这样一个希望通过阅读书籍来巩固基础知识的开发者来说，无疑是灾难性的。特别是当涉及到多线程和异步操作的部分，作者的解释模糊不清，代码示例中充满了硬编码的线程标识符和复杂的锁机制，完全没有体现出异步编程简洁优雅的精髓。我甚至怀疑这些代码是否经过充分的编译和调试，因为其中有几个关键的内存管理部分，明显存在资源未及时释放的风险。如果说一本好的技术书应该像一位耐心的导师，那么这本书更像是一位略带傲慢的专家，在你还没准备好的时候，就把你扔进了深水区，期望你自行浮上来。阅读体验极其不连贯，我不得不采取“跳读”策略，只关注那些明显带有“最佳实践”标记的章节，但即便如此，那些所谓的“最佳实践”也很快被后来的技术迭代所淘汰，留下的更多是关于如何处理那个特定版本编译器怪癖的琐碎知识点。

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这本书的价值，或许只存在于对特定时期微软技术栈的“怀旧”之中。它对我最大的启发，反而是让我更加清晰地认识到技术进步的不可逆性。我花费了大量时间去理解作者对COM互操作性（COM Interop）的深入讲解，其中涉及到大量的指针操作和非托管内存的引用，这些内容在VB.NET后来的发展中，几乎被完全封装和抽象掉了。书中对如何显式地P/Invoke外部DLL函数的详细步骤描述，如今看来更像是一套复杂而危险的手术流程，只有在系统底层调试或者与遗留系统交互的极端情况下才可能需要。而对于当时新兴的WPF（Windows Presentation Foundation）的只言片语提及，也仅仅是将其视为VB.NET原生UI框架的一个不成熟的“替代品”，缺乏应有的重视和前瞻性。阅读这本书，让我感觉自己仿佛被时间机器送回了2005年，那个一切都还不够成熟、需要开发者手动处理大量底层细节的时代。它成功地展现了那个时代的编程图景，但也无可避免地暴露了那个时代技术局限的深度。因此，对于寻求现代开发技能的读者来说，这本书提供的历史参考价值远大于其实际指导意义。

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