操作系统教程

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作者:
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页数:257
译者:
出版时间:2008-11
价格:29.80元
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isbn号码:9787115187901
丛书系列:
图书标签:
  • 操作系统
  • 计算机科学
  • 教学
  • 教材
  • 计算机系统
  • 内核
  • 进程管理
  • 内存管理
  • 文件系统
  • 系统编程
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具体描述

《操作系统教程》不追求深奥的理论,而是突出实用性;不追求玄妙的抽象,而是注重简明性;不追求内容的全面,而是关注基本性。操作系统是现代计算机系统中最重要和最基本的系统软件。《操作系统教程》共9章。第1章概述操作系统在计算机系统中的地位、基本功能以及分类;第2章到第5章从资源管理的角度出发,讲述操作系统对处理机、存储器等软硬件资源的各种管理策略;第6章集中介绍资源管理中的互斥、同步问题,以及解决办法;第7章到第9章对3个典型操作系统Windows、Linux、MS-DOS做简略的剖析,以求加深对操作系统原理的理解。

《操作系统教程》可作为高等院校理工科操作系统课程的教材。

《深入理解计算机系统:核心原理与实战》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的计算机系统认知。我们不仅仅停留在理论的表面,更注重探究计算机如何协同工作,从硬件到软件,再到网络通信,层层剖析其运作机制。本书将带领您一步步揭开计算机世界的神秘面纱,帮助您构建坚实的计算机科学基础。 本书内容涵盖: 第一部分:机器的语言与执行 数据的表示与运算: 深入探讨二进制、十六进制等数字表示方式,理解整数、浮点数的存储与运算规则,以及计算机如何进行逻辑和算术运算。我们将剖析计算机底层是如何处理数据的,以及数据类型在内存中的具体表现。 机器代码与程序执行: 揭示程序在计算机中的生命周期,从源代码到可执行文件的编译、链接过程,以及CPU如何一步步执行机器指令。您将了解指令集架构(ISA)的概念,熟悉汇编语言的基本语法,并理解程序计数器(PC)、寄存器、栈等核心概念在程序执行中的作用。 处理器架构: 探索现代处理器(CPU)的内部结构,包括指令流水线、缓存层次结构(L1, L2, L3 Cache)、分支预测等关键技术,理解这些技术如何优化指令执行效率,提升计算性能。我们将讨论CPU如何处理指令的获取、译码、执行和写回过程。 第二部分:抽象的层次与内存管理 内存层次结构: 详细介绍计算机的内存系统,包括寄存器、高速缓存(Cache)、主内存(RAM)以及虚拟内存。理解不同存储介质的速度、容量和成本差异,以及操作系统如何利用这些层次结构来平衡性能与成本。我们将深入研究缓存不命中(Cache Miss)的原理,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)在地址翻译中的作用。 虚拟内存: 剖析虚拟内存的强大机制,包括地址翻译、页表、缺页中断等概念。理解虚拟内存如何为每个进程提供独立的地址空间,以及它如何实现内存共享、内存映射和进程隔离。您将学会如何利用虚拟内存来管理大量的内存资源,甚至超出物理内存的大小。 链接: 深入理解静态链接和动态链接的过程,包括符号解析、地址重定位等。理解链接器如何将多个目标文件和库文件组合成一个可执行文件,以及动态链接库(DLL/SO)在程序运行时如何加载和共享。 第三部分:并发与系统编程 进程与线程: 讲解进程和线程的区别与联系,以及它们在并发执行中的作用。理解进程的创建、销毁、上下文切换等基本操作,以及线程的同步和互斥机制(如互斥锁、信号量、条件变量)。您将学习如何编写高效的并发程序,避免死锁和竞态条件。 并发编程模型: 介绍几种常见的并发编程模型,包括多线程、多进程以及事件驱动(异步I/O)模型。探讨它们各自的优缺点,并学习如何选择合适的模型来解决实际问题。 系统调用与I/O: 讲解应用程序如何通过系统调用与操作系统进行交互,特别是文件I/O、网络I/O等。理解缓冲、非阻塞I/O等概念,以及如何进行高效的文件和网络操作。我们将深入研究标准I/O库(如`stdio`)的实现原理。 第四部分:网络编程与分布式系统基础 网络协议栈: 梳理 TCP/IP 协议族的核心协议,包括 IP, TCP, UDP, HTTP 等。理解数据在网络中如何封装、传输和解析,以及客户端-服务器模型的工作原理。 套接字编程: 学习使用套接字(Socket)API进行网络通信,包括创建套接字、绑定地址、监听连接、发送和接收数据等。您将能够编写简单的客户端-服务器应用程序。 分布式系统挑战: 简要介绍分布式系统面临的一些挑战,如一致性、容错性、并发控制等,为进一步学习分布式系统打下基础。 学习目标: 通过学习本书,您将能够: 深刻理解计算机系统的底层工作原理。 掌握程序是如何在硬件上执行的。 理解内存管理和虚拟内存的机制。 编写高效的并发程序。 掌握基础的网络编程技能。 为进一步学习操作系统、编译原理、分布式系统等高级主题打下坚实的基础。 本书适合对计算机科学充满好奇的初学者,以及希望深化对计算机系统理解的软件工程师、系统管理员和研究人员。我们将通过清晰的解释、丰富的图示和精炼的代码示例,帮助您轻松掌握这些核心概念。 准备好踏上这段激动人心的计算机系统探索之旅了吗?

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读后感

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用户评价

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这本书在讲解I/O系统时,给我留下了深刻的印象。在学习这本书之前,我总觉得输入输出设备(比如键盘、鼠标、硬盘、网卡)和CPU是分开的,但这本书让我认识到,I/O系统是操作系统中一个非常重要且复杂的部分,它扮演着连接计算机内部和外部世界的重要桥梁。书中从最基础的I/O设备类型开始,区分了块设备和字符设备,以及它们各自的特点和适用的场景。我特别喜欢书中对I/O通道和DMA(直接内存访问)的解释,它们是如何帮助CPU从繁琐的I/O操作中解放出来,大大提高了系统的效率。此外,书中还详细介绍了缓冲技术和设备无关性,这些概念对于理解为什么我们可以方便地使用各种不同的I/O设备,而不用关心它们底层的具体实现,至关重要。例如,书中解释了为什么我们可以用同样的方式来读取文件和读取网络数据流,这正是设备无关性带来的便利。通过这些深入的讲解,我对I/O系统的工作原理有了更清晰的认识,也理解了为什么一个高效的I/O系统对于整个计算机的性能至关重要。

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这本书在讲解文件系统的时候,真的触及到了我的痛点。一直以来,我对文件是如何存储、如何检索、以及各种文件系统(如FAT32、NTFS、ext4等)之间的区别,都感到模糊不清。这本书则非常系统地梳理了这一块的知识。它从最基本的磁盘结构讲起,如何将文件分割成块,如何管理这些块的分配和释放,以及目录结构的演变,都做了详尽的介绍。我印象最深刻的是关于索引节点(inode)的讲解,作者用一个比喻,将inode比作文件的一张“名片”,上面记录着文件的所有重要信息,包括大小、权限、创建时间,最关键的是,还有文件数据块的地址。这样的类比,让我立刻就明白了inode在文件系统中扮演的核心角色。此外,书中还分析了不同文件系统的优劣势,比如FAT32的简洁易用,NTFS的强大功能,以及Linux下普遍使用的ext4的高性能和可靠性。通过对比,我不仅了解了它们各自的特点,更明白了在不同的应用场景下,为什么会选择不同的文件系统。这种深入浅出的讲解,让我对文件系统的理解,上升到了一个全新的层次。

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CPU的调度算法,一直是操作系统中最具挑战性的部分之一。我曾经读过一些其他的资料,但总觉得难以完全消化。这本书的这一章节,却让我眼前一亮。它没有直接罗列各种算法的公式和复杂度,而是首先从CPU调度要解决的核心问题入手:如何在多个进程之间公平高效地分配CPU时间。然后,作者逐步引入了先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)、优先级调度、轮转调度(RR)等经典的算法。让我感到惊喜的是,每一个算法的讲解,都伴随着大量的图示和表格。例如,在讲解轮转调度时,书中绘制了一个清晰的时间轴,展示了每个进程在CPU上运行的时间片,以及进程在就绪队列和运行状态之间的切换过程。这种可视化呈现,极大地降低了理解难度。更重要的是,书中还分析了每种算法的优缺点,比如FCFS的简单但可能导致“先来后到”的平均等待时间过长,SJF的理论最优但实际中难以预测下一个到达的进程,以及RR的公平性但上下文切换的开销。最后,书中还简要介绍了多级反馈队列调度等更复杂的算法,让我对CPU调度的整体图景有了更全面的认识。

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内存管理这部分内容,真的是让我颠覆了以往的认知。之前我总是觉得内存就是一块一块的固定区域,程序用了就占着,用完了就释放。但这本书的讲解,让我看到了内存管理的复杂性和精妙之处。从最基础的物理内存和逻辑内存的区别,到分段、分页机制的详细解析,作者都运用了非常生动贴切的比喻。例如,在解释分页机制时,作者将物理内存比作一排整齐的房间,而逻辑内存则是一个个的公寓,程序需要的“页面”就像是公寓里的一个个房间。页表的作用,就像是一个“查找器”,告诉操作系统,我需要的这个房间(页面)实际上在物理内存的哪个位置(帧)。更让我惊叹的是,书中对虚拟内存的讲解。它解释了为什么我们的程序可以使用的逻辑地址空间,远远大于实际的物理内存大小,以及如何通过页面置换算法(如FIFO、LRU)来管理主存和辅存(硬盘)之间的数据交换。当我看到书中通过一个具体的例子,模拟了页面置换的过程,以及它如何影响程序的执行效率时,我感觉自己真的“懂了”。这种深入浅出的讲解,让我对现代操作系统的内存管理有了豁然开朗的感觉。

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这本书的最后部分,聚焦于分布式系统和现代操作系统的新发展,这让我对未来的技术趋势有了更清晰的认识。在读这本书之前,我总是觉得分布式系统是一个非常遥远的概念,但书中通过对分布式文件系统、分布式共享内存以及分布式事务的介绍,让我看到了它的实际应用。我尤其对书中对一致性模型(如强一致性、最终一致性)的探讨印象深刻,它解释了在分布式环境中,如何处理数据在不同节点之间的同步问题,以及由此带来的挑战。此外,书中还对云计算、容器化技术(如Docker)以及微服务架构等当前热门的技术进行了简要的介绍,并说明了它们与操作系统之间的关系。这让我意识到,操作系统不再是孤立存在的技术,而是支撑着整个IT生态系统的基石。这本书的结尾,不仅仅是对前面知识的总结,更像是一扇窗户,让我看到了操作系统领域未来发展的广阔前景。这种前瞻性的内容,让我对继续深入学习操作系统,以及探索相关领域充满了动力。

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在并发与同步这一章节,作者的讲解方式让我觉得耳目一新。我一直觉得“并发”这个词听起来很高大上,但具体是怎么实现的,又有哪些问题,总是有点模模糊糊。这本书则从多线程的概念开始,非常详细地介绍了线程的创建、切换,以及它们与进程的区别。我最喜欢的部分是关于“竞态条件”的讲解。作者用了一个非常经典的例子,比如多个线程同时去修改一个共享变量,如果没有适当的同步机制,最终的结果可能会完全出乎意料。这种“坏事”的展示,反而比直接告诉你“需要同步”更能引起我的重视。随后,书中介绍了各种同步机制,如互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)、条件变量(Condition Variable)等,并且都配有非常清晰的伪代码和流程图。我特别注意到书中对死锁的分析,它不仅解释了死锁产生的四个必要条件,还提供了一些避免和解除死锁的策略。这种“授人以渔”的方式,让我不仅仅是学会了如何使用这些工具,更重要的是理解了它们背后的原理和适用场景。

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我抱着一种“希望能一次性弄懂”的心态,开始了这本书的学习旅程。不得不说,作者在讲解基础概念时,真的非常细致入微。比如,对于“进程”这个核心概念,书中并没有直接抛出定义,而是从一个日常生活中大家都能理解的例子开始,循序渐进地引导读者去思考,什么是进程,它包含哪些要素,以及它与程序本身有什么本质的区别。这种“润物细无声”的教学方式,让我感觉自己是被慢慢地牵引着,而不是被强行灌输。书中对内存管理的阐述,更是让我拍案叫绝。以前我一直对虚拟内存、分页、分段这些概念感到头疼,觉得它们既抽象又晦涩。但在这本书里,作者通过生动形象的比喻,比如把内存想象成一个大仓库,然后用不同的存储策略来管理这个仓库的物品,让我瞬间茅塞顿开。每一个新的概念,作者都会用浅显易懂的语言解释清楚,然后紧接着给出相关的代码示例,或者一个小型实验,让我能够动手去验证,去体会。这种理论与实践相结合的学习模式,极大地增强了我的理解深度和记忆牢固度,让我不再是死记硬背,而是真正地理解了这些底层原理。

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安全性和保护是操作系统中一个经常被忽视,但又极其重要的方面。这本书对此的处理,让我觉得非常全面和有深度。它没有止步于简单的权限管理,而是从更宏观的角度,探讨了操作系统如何保护系统资源免受非法访问和恶意攻击。我特别喜欢书中对访问控制模型(如DAC、MAC、RBAC)的讲解,它不仅解释了这些模型的原理,还分析了它们各自的优缺点和应用场景。例如,DAC(自主访问控制)允许文件所有者自行设置访问权限,这在个人电脑上很常见;而MAC(强制访问控制)则由系统安全策略决定,通常用于高安全要求的环境中。此外,书中还深入探讨了如何保护内存,防止缓冲区溢出等安全漏洞,以及如何对用户的身份进行验证和授权。当我看到书中分析了一些经典的攻击案例,并说明了操作系统如何通过各种安全机制来抵御这些攻击时,我感觉自己对操作系统的安全性有了更深刻的认识。这本书让我明白,安全不仅仅是加一道锁,而是一个系统性的工程。

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这本书在介绍进程通信(IPC)的时候,用了一种非常务实的方式。我之前以为进程之间只能通过一些很基础的方式进行通信,但这本书打开了我的新世界。它首先解释了为什么进程之间需要通信,以及它们之间是独立的,不像线程那样共享内存空间。然后,作者详细介绍了多种IPC机制,包括管道(Pipe)、消息队列(Message Queue)、共享内存(Shared Memory)以及套接字(Socket)。我最喜欢的是对共享内存的讲解,它提供了一种高效的进程间通信方式,允许不同的进程直接访问同一块内存区域。当然,书中也强调了使用共享内存时需要注意的同步问题,这又巧妙地衔接了前面关于并发与同步的章节。此外,书中还对套接字进行了详细的介绍,它不仅可以用于同一台机器上的进程通信,更重要的是,它是网络通信的基础,这让我对网络编程有了初步的理解。通过这些具体 IPC 机制的讲解,我不仅了解了它们的使用方法,更体会到了不同机制在效率、复杂度和适用性上的权衡,这对于我将来设计和实现分布式系统非常有帮助。

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这本书的封面设计,初见之下,便有一种稳重而又不失亲和力的感觉。深蓝色的主色调,搭配上银色的字体,勾勒出一种科技感,同时又不过于冰冷,仿佛在邀请读者一同探索那个复杂而迷人的操作系统世界。当我翻开第一页,一股淡淡的油墨香扑面而来,这是纸质书独有的魅力,瞬间拉近了我和这本书的距离。这本书的纸张质量相当不错,触感细腻,阅读时不易反光,长时间阅读也不会感到疲劳,这一点对于一本技术类书籍而言,至关重要,因为我知道,学习操作系统需要投入大量的时间和精力,舒适的阅读体验能够极大地提升学习的效率和乐趣。书页的排版也很合理,字号大小适中,行间距也留得恰到好处,无论是阅读文字还是理解图表,都显得十分清晰明了。我特别喜欢书中某些概念图的设计,它们往往能够用最直观的方式,将抽象的理论具象化,例如在讲解进程调度算法时,书中绘制的甘特图或者流程图,不仅美观,而且逻辑性极强,让我能够迅速抓住核心要点,避免了因为理解偏差而耽误后续的学习。封面的设计,可以说是给我的第一印象打下了坚实的基础,让我对接下来的内容充满了期待。

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浅显,简明。可做入门书。

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浅显,简明。可做入门书。

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