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出版者:电子工业

作者:伍云辉等编著

出品人:

页数:630

译者:

出版时间:2008-1

价格:69.80元

装帧:

isbn号码:9787121056475

丛书系列:

图书标签:

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• C#
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• 开发指南
• 技术学习

计算机系统与网络基础：深度解析与实践指南 书籍定位： 本书旨在为对计算机系统底层原理和现代网络架构有深入学习需求的读者提供一本全面、细致且高度实用的参考资料。它避开了特定应用层编程技巧的讲解，转而专注于构建坚实的基础知识体系，确保读者能够理解计算与通信领域的核心机制。 目标读者： 计算机科学及相关专业学生、初级系统工程师、网络架构师、希望深化理解操作系统和TCP/IP协议栈的软件开发人员，以及所有对“计算机如何工作”抱有强烈好奇心的技术爱好者。 --- 第一部分：操作系统核心原理与结构 本部分深入剖析现代操作系统（以类Unix和Windows内核概念为参考框架）的内部运作机制，揭示软件如何在硬件之上高效运行的奥秘。 第1章：系统启动与引导过程解析 本章从按下电源按钮开始，系统如何唤醒并进入可操作状态的完整流程。 1.1 固件与硬件初始化： BIOS/UEFI的角色、POST（开机自检）的执行步骤。 1.2 引导加载器（Bootloader）： MBR/GPT结构，GRUB/LILO等加载器的功能，内核的加载与内存映射。 1.3 内核初始化： 内核数据结构、内存管理单元（MMU）的设置、初始化设备驱动程序。 1.4 用户空间启动： `init` 进程（或systemd/launchd）的启动及其对系统服务的管理。 第2章：进程与线程管理 理解程序执行的基本单元及其调度机制是系统编程的基石。 2.1 进程的生命周期与状态模型： 创建、就绪、运行、阻塞、终止状态的详细转换。 2.2 上下文切换（Context Switching）： 切换的开销、寄存器保存与恢复、TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新。 2.3 线程模型与并发： 用户级线程与内核级线程的对比，多线程编程中的同步与互斥（不涉及特定语言的库函数，侧重原理）。 2.4 CPU调度算法深入分析： 轮转法、优先级调度、最短剩余时间优先（SRTF）以及多级反馈队列的内部工作原理与性能评估指标。 第3章：内存管理单元（MMU）与虚拟内存 虚拟内存是现代操作系统性能和安全的核心。本章将详细阐述其底层实现。 3.1 地址转换机制： 逻辑地址、线性地址到物理地址的映射过程，页表结构（单级、多级页表）。 3.2 内存保护与隔离： 权限位（读/写/执行）的检查，用户态与内核态的内存空间划分。 3.3 缺页中断（Page Fault）处理： 硬件触发、内核响应、页面置换策略（FIFO, LRU, OPT）。 3.4 内存分配技术： 内核内存的 Slab/Buddy System 分配器，用户空间堆内存管理的挑战（如内存碎片化）。 第4章：文件系统与I/O子系统 探讨数据如何在持久化存储设备上组织、访问和管理。 4.1 存储设备接口概述： 块设备与字符设备的区别，SATA/NVMe协议的底层交互。 4.2 文件系统结构深度解析： Inode/FCB的设计，数据块的寻址，目录结构。重点剖析日志文件系统（如Ext4, NTFS）的事务机制。 4.3 I/O 抽象层： VFS（虚拟文件系统）的作用，缓冲缓存（Buffer Cache）与页缓存（Page Cache）在加速数据访问中的作用。 4.4 同步I/O与异步I/O： 阻塞调用的等待模型，以及非阻塞与异步机制（如`epoll`/`io_uring`的原理基础）。 --- 第二部分：网络协议栈与通信原理 本部分将彻底解构TCP/IP五层模型，重点关注数据包的封装、传输、路由和可靠性保证机制。 第5章：数据链路层与MAC寻址 5.1 局域网基础： 介质访问控制（MAC）机制，CSMA/CD与CSMA/CA的对比。 5.2 以太网帧结构： 头部、负载与校验字段的详细解析。 5.3 ARP与RARP： 地址解析协议的工作流程，如何在二层网络中发现三层地址。 第6章：网络层：IP协议与路由寻址 理解数据包如何在复杂的广域网中找到正确的目的地。 6.1 IPv4头部结构： 字段解析（版本、IHL、TTL、校验和、分片标识）。 6.2 IP寻址与子网划分： CIDR（无类别域间路由）原理，VLSM（可变长子网掩码）的计算与应用。 6.3 路由机制基础： 静态路由与动态路由的区别，距离矢量与链路状态路由协议（如RIP/OSPF）的核心思想（不深入配置细节）。 6.4 ICMP协议： 错误报告与诊断机制（如Ping的底层实现）。 第7章：传输层：TCP的可靠性保证 本章专注于TCP如何提供面向连接、可靠、有序的数据传输服务。 7.1 三次握手与四次挥手： 状态机的详细演变过程，TIME_WAIT状态的意义。 7.2 滑动窗口机制： 序列号（Sequence Number）和确认号（Acknowledgment Number）的作用，接收窗口（RWND）与拥塞窗口（CWND）的管理。 7.3 拥塞控制算法基础： 慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快速重传与快速恢复的理论模型。 7.4 UDP特性分析： 为什么UDP是无连接的，其在特定场景下的优势与适用性。 第8章：网络应用层协议的底层视角 本章侧重于应用层协议数据结构与交互范式，而非特定应用软件的配置。 8.1 DNS查询过程： 递归查询与迭代查询的流程，资源记录（RR）的类型。 8.2 HTTP协议的请求/响应结构分析： 头部字段的意义（如`Host`, `Connection`, `Content-Length`）及其对传输层的影响。 8.3 Socket API的抽象概念： 讲解套接字（Socket）作为操作系统提供的抽象接口，如何连接进程与网络协议栈。 --- 总结与展望 本书不提供任何即开即用的代码库或框架教程，而是致力于构建一个坚实的技术基石。掌握了这些系统和网络的核心原理，读者将能够独立分析性能瓶颈、调试复杂的系统错误，并对任何新的计算技术产生深刻的理解和批判性思维。本书提供的知识，是任何上层应用开发都无法绕开的底层逻辑。

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