自考教材 计算机网络原理（2018年版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:李全龙

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:41元

装帧:平装-胶订

isbn号码:9787111595311

丛书系列:

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深度解析操作系统内核：从理论到实践 本书聚焦于现代操作系统内核的底层架构、核心机制及其工程实现，旨在为读者提供一套全面、深入且具有实践指导意义的内核设计与分析指南。 本书内容不涉及任何关于计算机网络原理（特别是2018年版自考教材）的知识体系。 --- 第一部分：内核基础与架构概览 第一章：操作系统的本质与内核角色定位 本章首先厘清操作系统的核心目标——资源管理与抽象。我们将深入探讨内核作为操作系统的核心组件，如何在硬件与应用程序之间架起一座高效、安全的桥梁。内容涵盖单体内核、微内核、混合内核等主流架构的优缺点对比，重点分析现代主流操作系统（如Linux、Windows NT家族）在架构选择上的演进路径及其背后的设计哲学。通过对比分析，读者将建立对内核在系统中的“心脏”地位的深刻理解。 第二章：硬件抽象层（HAL）与系统启动流程 内核的首要任务是管理异构硬件。本章详述硬件抽象层（HAL）的设计原理，解释为何需要HAL来屏蔽不同CPU架构、内存控制器和中断控制器之间的差异。随后，我们将以典型的x86-64架构为例，详细拆解系统启动的“第一条指令”到用户态程序启动前的完整流程，包括BIOS/UEFI初始化、引导加载程序（Bootloader）的职责，以及内核映像的加载与解压过程。重点分析了内核初始化阶段如何设置页表、初始化核心数据结构以及切换到保护模式或长模式的复杂步骤。 第三章：中断、异常与系统调用接口 中断和异常是内核与外部世界及硬件通信的唯一途径。本章详细阐述中断描述符表（IDT）的结构、中断处理流程（中断描述符、上下文保存与恢复）以及中断的优先级管理。特别区分了可屏蔽中断（IRQ）、不可屏蔽中断（NMI）和同步/异步异常的处理机制。随后，本章将系统调用（System Call）作为用户空间访问内核服务的标准接口进行深入剖析，分析系统调用向量表的维护、系统调用陷阱（Trap）的触发机制，以及内核态与用户态栈帧的切换细节。 --- 第二部分：内存管理的核心机制 第四章：虚拟内存与物理内存的映射 虚拟内存是现代操作系统的基石。本章从MMU（内存管理单元）的工作原理入手，详细解释了页表机制（Paging）的层次结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用与缓存失效（TLB Shootdown）的处理。我们将聚焦于多级页表（如四级或五级页表）的内存开销与查找效率之间的权衡。内容还包括内核空间与用户空间的划分、地址空间布局（ASLR）的设计思路及其对安全性的影响。 第五章：内核内存分配器设计 内核需要高效、安全地管理自身所需的内存。本章深入剖析内核内存分配器的实现，特别是 Slab 分配器、Buddy 系统和 Slab/Slub/Slob 演进过程中的关键改进点。我们将分析如何应对内存碎片化问题，讨论分配器如何保证分配速度和内存的对齐要求。读者将理解内核如何为不同大小的对象提供定制化的分配策略，以及内存回收（如回收空闲页框）的触发机制。 第六章：进程地址空间与内存映射 本章关注于单个进程的虚拟地址空间布局，包括代码段（.text）、数据段（.data）、堆（Heap）和栈（Stack）的组织方式。我们将重点研究 `mmap()` 系统调用的底层实现，解释文件映射（File-backed Mapping）与匿名映射（Anonymous Mapping）的异同，以及它们如何共享物理页框。同时，对缺页异常（Page Fault）的处理流程进行详尽分析，包括从硬件触发到内核定位目标页、分配物理页、更新页表直至恢复进程执行的完整闭环。 --- 第三部分：进程与线程管理 第七章：进程的抽象与上下文切换 进程是操作系统进行资源分配的基本单位。本章详细定义了进程控制块（PCB）的数据结构，阐述了进程生命周期中的各种状态（创建、就绪、运行、阻塞、终止）及其转换条件。核心内容是对上下文切换（Context Switching）的精细解构，包括保存和恢复CPU寄存器、程序计数器（PC）、栈指针，以及如何处理地址空间（页表基址）的切换，分析上下文切换对系统性能的影响。 第八章：线程模型与内核调度器 线程是实现并发和并行执行的基本单元。本章区分了用户级线程与内核级线程的实现模型，重点分析了主流操作系统采用的内核级线程模型。随后，本章深入剖析内核调度器（Scheduler）的设计，探讨先来先服务（FCFS）、轮转（Round Robin）、优先级调度、多级反馈队列（MLFQ）等算法的原理和适用场景。特别关注现代调度器中如何处理多核环境下的负载均衡（Load Balancing）和亲和性（Affinity）策略。 第九章：同步与互斥机制的内核实现 并发执行必然带来对共享资源的竞争。本章系统地讲解内核如何提供原子操作、自旋锁（Spinlock）、休眠锁（Mutex/Semaphore）等同步原语的底层实现。我们将分析如何利用硬件提供的原子指令（如`CMPXCHG`）构建高效的无锁数据结构。此外，本章将深入探讨优先级反转（Priority Inversion）问题及其在内核同步机制中的解决方案，如优先级继承（Priority Inheritance）。 --- 第四部分：I/O子系统与设备驱动 第十章：I/O子系统的整体结构与数据流 I/O系统是连接CPU与外部设备的桥梁。本章勾勒出I/O子系统的宏观架构，包括缓冲/缓存层、驱动程序层和硬件层。我们分析了同步I/O与异步I/O（AIO）的工作模式，并详细介绍中断驱动I/O、轮询I/O和DMA（直接内存访问）的工作机制，阐述DMA如何显著降低CPU在数据传输中的开销。 第十一章：块设备I/O与I/O调度 块设备的读写操作具有随机性和延迟性。本章重点解析块设备的抽象模型，以及请求队列的管理。我们将深入研究I/O调度算法，例如先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、电梯算法（Elevator/SCAN）及其在现代系统中的演进（如CFQ、Deadline、NOOP、BFQ），分析这些调度策略如何优化磁盘寻道效率。 第十二章：字符设备与驱动程序框架 字符设备（如终端、串口）通常提供字节流访问。本章介绍字符设备驱动程序与内核的接口规范，包括设备文件（Device File）的创建、打开、读取、写入等操作如何映射到驱动程序的回调函数（File Operations）。我们将探讨设备驱动程序的模块化设计，以及内核如何管理和加载驱动模块，确保系统在运行时具有高度的可扩展性。 --- 第五部分：文件系统与持久化存储 第十三章：文件系统的结构与抽象 文件系统是持久化存储的逻辑视图。本章从用户可见的文件系统接口（如`open`, `read`, `write`）出发，追溯到内核中的VFS（虚拟文件系统）层。重点分析VFS如何提供统一的接口来抽象不同具体文件系统（如Ext4, XFS, NTFS）的差异。我们将探讨inode、目录项缓存（Dentry Cache）和打开文件表（Open File Table）在VFS层中的核心作用。 第十四章：日志与数据一致性 为了保证在系统崩溃后数据不丢失，现代文件系统广泛采用日志技术。本章详细解释了写前日志（Write-Ahead Logging, WAL）的原理，分析日志如何确保事务的原子性和持久性。同时，探讨文件系统在数据写入、元数据更新以及后台回放过程中的一致性维护策略，包括数据写入顺序与内存缓存（Page Cache）的交互。 第十五章：缓存机制与回写策略 磁盘I/O是系统中最慢的环节之一，高效的缓存是性能的关键。本章专注于Page Cache（页缓存）在文件系统中的角色，分析内核如何利用空闲物理内存缓存磁盘数据。我们将深入研究缓存的替换策略（如LRU变种），以及数据一致性问题——何时将缓存中的“脏页”回写（Writeback）到磁盘，以及回写操作的时机控制（如延迟写入与同步操作）。 --- 本书适合对象： 具有扎实C语言基础，熟悉汇编语言基本概念，并对计算机体系结构有深入了解的计算机专业学生、系统程序员以及希望深入理解操作系统内核工作原理的工程师。 本书强调动手实践，全书通过大量的代码逻辑剖析和结构化图示，引导读者构建一个完整的、自洽的内核知识体系，完全不涉及计算机网络协议栈的任何细节。

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翻开这本书，一股朴实无华的气息扑面而来，没有任何花哨的彩色插图或者吸引眼球的封面设计，完全是为学习者服务的务实风格。我作为一个偏好实践操作的工科生，最看重的是理论与实践的结合点。这本书的理论阐述虽然扎实，但它总能巧妙地在关键节点引出实际设备的工作原理。例如，在讲解交换机如何学习MAC地址时，它不仅给出了理论流程，还暗示了真实设备中CAM表的工作机制。虽然它不是一本专门的实验手册，但它在每一个章节末尾提供的“思考与实践”部分，往往能引导你去思考如何用实际工具（比如抓包软件或者命令行）来验证刚刚学到的概念，这对于自考备考者来说是无价的。我感觉作者非常理解考生的痛点，知道我们不仅要“知道”，更要“理解”和“能用”。它避免了陷入代码和配置的泥潭，而是专注于网络协议本身的逻辑设计，让人在面对考试时，面对那些概念性的选择题和问答题，都能从容不迫地调出正确的逻辑链条来应对。

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坦率地说，我当初选择这本教材，很大程度上是看重了它的“自考指定”标签，但真正使用后，发现它超越了简单的考试指导书的范畴。它在网络安全基础模块的处理上，展现了超越基础课程的深度。比如，它对IPSec和SSL/TLS协议的概述，不仅仅是停留在“加密”这个层面，而是深入到密钥交换机制、数字证书的作用以及握手过程的细节，这对于理解当今互联网的信任机制至关重要。虽然是2018年的版本，但它对网络层和应用层交互的理解是永恒的。它对DNS解析过程的层层剥笋式的讲解，让我明白了为什么我们在浏览网页时需要等待几秒钟，这些底层机制的清晰展现，让学习过程充满了“顿悟”的时刻。总而言之，这本书提供的知识结构是极为坚实的，它为我后续深入学习更高阶的网络和系统安全课程打下了坚实的地基，是一次物超所值的学习投资。

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说实话，我拿到这本教材时，内心是抱着一丝怀疑的，毕竟“2018年版”在如今这个技术日新月异的领域，总觉得有点滞后。然而，阅读深入后，这种担忧很快就被打消了。这本书的基石内容——那些关于数据链路层帧的封装、介质访问控制（MAC）的机制、路由选择算法的核心思想，以及传输层连接的建立与释放过程，这些都是网络工程的“内功心法”，是不会轻易过时的。它详尽地阐述了距离向量和链路状态路由协议的内在工作原理，那种对算法推导的细致程度，让我感受到了编写者对教学质量的坚持。我特别欣赏它在讲解IP协议时，对“尽力而为”（Best-Effort）服务模型的哲学性阐述，这帮助我理解了为什么网络会出现丢包和延迟，从而更好地去设计上层应用。当然，对于一些前沿技术如SDN或者最新的无线标准，它可能没有覆盖得那么及时，但对于建立一个坚不可摧的基础知识体系来说，这本书的深度和广度是绰绰有余的。它更像是一本打地基的书，地基稳固了，上层建筑爱怎么盖都可以。

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这本《自考教材 计算机网络原理（2018年版）》的教材，拿到手的时候，首先就被它那种厚重感和严谨性所吸引。我当时备考时间紧，急需一本能快速抓住核心知识点的书。这本书的章节划分非常清晰，知识点之间的逻辑关系梳理得井井有条，不像有些教材那样堆砌概念，读起来让人心里踏实。尤其是对于OSI七层模型和TCP/IP协议栈的讲解，它没有停留在表面，而是深入到每一层的主要协议和功能，即便是初学者，只要稍微花点心思，也能构建起一个扎实的框架。我记得有一次在学习IP地址和子网划分时，很多网络上的零散资料都说得云里雾里，但这教材里通过大量的图示和具体的例子，把二进制和十进制的转换、VLSM（可变长子网掩码）的应用讲得透彻明了，简直是“化繁为简”的典范。对于自考这种需要系统性掌握的考试来说，这种结构化的呈现方式简直是救命稻草。它仿佛是一位经验丰富的老师，耐心地引导你一步步走进复杂的网络世界，而不是直接把你扔进技术的海洋里自生自灭。我对它提供的课后习题也印象深刻，数量适中，且兼顾了理论的深度和考试的广度，真正做到了学以致用。

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与其他动辄上千页、内容庞杂的经典教材相比，这本《计算机网络原理》的叙事节奏控制得相当到位。它没有冗余的叙述，每一个段落似乎都在为下一个知识点做铺垫。我特别喜欢它在讲解拥塞控制算法，比如TCP Tahoe、Reno和Cubic时所采用的对比分析法。它不是孤立地介绍每一个算法，而是通过对比它们在慢启动、拥塞避免阶段的行为差异，让你深刻理解到设计者们是如何在效率和公平性之间进行权衡的。这种横向对比的叙述方式极大地提高了我的学习效率，我不再需要反复翻阅多个章节来拼凑一个完整的概念。这种精心设计的教学路径，使得学习曲线虽然陡峭，但每爬升一步都能获得明确的成就感，而不是在原地打转。对于时间紧张的自考学员，这种高效的学习体验比什么都重要。它教你的不仅仅是网络原理，更是一种严谨的系统分析方法。

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初学者不适合自顶向下方法。总体拘泥于细节，没有整体思想。书里有些段落非常口语化，有些部分语言又很晦涩。

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初学者不适合自顶向下方法。总体拘泥于细节，没有整体思想。书里有些段落非常口语化，有些部分语言又很晦涩。

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