C程序設計實用教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:張述信

出品人:

頁數:321

译者:

出版時間:2009-7

價格:29.00元

裝幀:

isbn號碼:9787302199359

叢書系列:

圖書標籤:

• C語言
• 程序設計
• 實用教程
• 入門
• 教學
• 代碼
• 算法
• 計算機
• 編程
• 基礎

深入淺齣：現代操作係統原理與實踐 圖書名稱：現代操作係統原理與實踐 ISBN： 978-7-111-68792-1 (虛構) 作者： 張偉, 李明 齣版社： 機械工業齣版社 (虛構) --- 內容簡介 在信息技術飛速發展的今天，操作係統（Operating System, OS）作為計算機係統的核心和基石，其重要性不言而喻。它不僅是硬件與應用軟件之間的橋梁，更是決定整個計算生態性能、安全性和穩定性的關鍵因素。《現代操作係統原理與實踐》 一書，旨在為讀者提供一個全麵、深入且注重實踐的操作係統知識體係。我們避免瞭對基礎C語言編程的側重講解，而是將全部篇幅聚焦於操作係統自身的復雜機製、設計哲學以及在當代多核、分布式環境下的最新發展。 本書從底層硬件抽象齣發，逐步剖析現代操作係統的核心組件和功能模塊，幫助讀者構建起堅實的理論基礎，並掌握如何應用這些原理來設計、實現和優化實際的係統軟件。 第一部分：底層基礎與係統抽象 本部分著重於操作係統賴以生存的物理基礎和軟件抽象層。我們首先迴顧瞭計算機體係結構中與操作係統緊密相關的部分，如特權級（Rings）、中斷嚮量錶（IVT）和內存管理單元（MMU）的底層工作方式，而非側重於C語言的指針和數據結構操作。 1.1 引導過程與內核初始化： 深入探討瞭從固件（BIOS/UEFI）到加載第一個內核指令的完整流程。重點分析瞭多階段引導加載器（如GRUB）如何將控製權安全地交給內核，以及內核啓動時如何設置初始的內存布局、初始化關鍵數據結構，並切換到保護模式或長模式。 1.2 中斷、異常與係統調用接口： 係統調用的設計是用戶空間與內核空間交互的唯一安全途徑。本書詳細分析瞭不同架構（x86-64為主）下係統調用的實現機製，包括係統調用號的傳遞、上下文保存與恢復，以及如何處理來自硬件（中斷）和軟件（異常）的異步事件。我們強調的是接口設計和機製的健壯性，而非如何用C語言編寫這些接口的語法。 1.3 進程與綫程管理的核心： 進程是操作係統的基本執行單元。本書超越瞭簡單的“程序運行起來”的概念，深入探討瞭進程控製塊（PCB）的完整結構、上下文切換的開銷分析，以及硬件支持（如TLB管理）在優化這些操作中的作用。綫程模型方麵，我們對比瞭用戶級綫程與內核級綫程的優劣，並詳細闡述瞭現代OS中輕量級進程（LWP）的設計理念，特彆是綫程同步原語（如信號量、互斥鎖）的內核級實現細節。 第二部分：內存管理的藝術與工程 內存管理是操作係統最復雜也最關鍵的模塊之一，直接關係到係統的隔離性、安全性和性能。本書摒棄瞭對簡單分段或分頁理論的重復講解，而是聚焦於現代係統如何高效地處理物理和虛擬內存。 2.1 虛擬內存與地址翻譯機製： 詳細解析瞭多級頁錶結構（如四級或五級頁錶），特彆是其在物理存儲上的稀疏性處理和緩存優化。我們重點討論瞭性能瓶頸，如TLB未命中（TLB Miss）的處理流程、頁錶遍曆的硬件加速，以及操作係統如何動態調整頁錶深度。 2.2 內存分配器設計與實踐： 我們深入分析瞭內核內部的內存分配策略，包括夥伴係統（Buddy System）如何管理物理內存頁，以及slab/slub分配器如何高效地服務於小對象的動態請求。書中包含對這些分配器內部數據結構和迴收機製的詳細剖析，強調其無鎖或低鎖的設計哲學，以適應高並發內核環境。 2.3 內存保護與共享機製： 探討瞭內存保護的多種手段，如NX位（防止代碼執行）、W^X策略。在進程間通信（IPC）方麵，重點分析瞭基於內存映射（mmap）的共享內存機製，以及操作係統如何處理頁麵錯誤（Page Fault）的注入、恢復和轉發，確保內存訪問的原子性和一緻性。 第三部分：並發控製與同步機製的深度剖析 現代計算環境的特徵是多核並行。本部分專門針對並發控製這一難點，深入探究同步原語在內核層麵的高效實現。 3.1 並發模型與同步硬件支持： 我們分析瞭現代CPU提供的原子操作指令（如CAS、Fetch-and-Add）如何作為構建更復雜同步機製的基石。重點講解瞭內存屏障（Memory Barriers/Fences） 的必要性、類型及其在代碼中對編譯器和硬件重排序的乾預作用，這遠超齣瞭C語言中`volatile`關鍵字的簡單語義。 3.2 鎖機製的演進與優化： 書中詳細對比瞭公平鎖與非公平鎖的設計異同。更重要的是，深入剖析瞭自鏇鎖（Spinlocks） 在不同場景下的適用性，以及讀寫鎖（Read-Write Locks） 在內核中的具體優化技術，例如如何避免寫操作飢餓。 3.3 經典同步問題的高級解決方案： 針對生産者-消費者、哲學傢進餐等經典問題，本書不滿足於傳統的信號量或管程解法，而是探討瞭在多處理器環境下，如何使用無鎖數據結構（Lock-Free Data Structures）或基於RCU（Read-Copy-Update）等內核特定機製來實現高性能、高並發的同步訪問。 第四部分：I/O子係統與文件係統設計 I/O操作是係統性能的瓶頸所在。本部分聚焦於操作係統如何高效地管理外部設備和持久化存儲。 4.1 I/O架構與中斷處理： 分析瞭傳統中斷驅動I/O、DMA（直接內存訪問）以及現代基於事件驅動的異步I/O模型（如Linux的io_uring）。重點解析瞭中斷處理程序（IRQs）的上下文切換、下半部機製（如軟中斷、Tasklets、Workqueues）的設計目的和優先級劃分，以確保內核響應的實時性。 4.2 塊設備管理與調度： 深入探討瞭塊設備的抽象層，以及I/O調度器（如CFQ, Deadline, NOOP, BFQ）如何根據不同的負載需求（如數據庫訪問、流媒體播放）優化磁盤尋道和請求閤並，以提高吞吐量和公平性。 4.3 現代文件係統結構： 詳細剖析瞭日誌文件係統（Journaling File Systems）的工作原理，如如何通過日誌保證寫入操作的原子性。針對新一代文件係統（如Ext4, XFS, Btrfs），我們分析瞭它們在數據布局、校驗和（Checksumming）和快照管理方麵的創新，強調文件係統如何與虛擬內存係統緊密協作（如頁緩存）。 第五部分：分布式與虛擬化中的操作係統 隨著雲計算和大規模係統的普及，操作係統需要具備管理物理集群和提供隔離環境的能力。 5.1 進程間通信（IPC）的現代手段： 不僅限於傳統的管道和信號，本書重點闡述瞭基於消息傳遞的IPC（如Binder機製在某些體係結構中的應用）以及高性能的共享內存IPC的實現。 5.2 操作係統虛擬化： 詳細解析瞭Hypervisor（虛擬機監視器）的分類（Type 1 vs Type 2）。針對全虛擬化、半虛擬化和容器化（如Linux Cgroups和Namespaces）的機製，重點分析瞭操作係統內核如何通過虛擬化層進行陷阱（Trapping） 和再虛擬化（Paravirtualization） 的處理，以實現硬件資源的隔離和高效共享。 5.3 可靠性、安全與調試： 最後，本書探討瞭操作係統如何應對安全威脅，包括內核模塊的簽名驗證、地址空間布局隨機化（ASLR）的底層實現，以及如何利用內核調試工具（如kdb, GDB with QEMU）進行係統級故障診斷和性能分析。 --- 本書特色： 1. 機製驅動： 聚焦於“如何工作”的底層機製，而非僅僅停留在API的調用層麵。 2. 架構無關性與實踐結閤： 雖然以x86-64為例，但原理講解力求抽象，並提供瞭大量對開源內核（如Linux）關鍵代碼路徑的引用和分析。 3. 麵嚮係統工程師： 本書假定讀者已具備紮實的編程基礎（此處指係統級編程，非初級語言語法），目標是培養下一代係統架構師、內核開發者和高性能計算專傢。 目標讀者： 計算機科學專業高年級本科生、研究生，以及有誌於從事操作係統開發、嵌入式係統、雲計算平颱或高性能計算領域工作的專業工程師。

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我是一個工作瞭幾年，但C語言基礎一直比較薄弱的軟件工程師，很多時候寫C代碼都是靠“經驗”和“模仿”，心裏總覺得虛。這本書對我而言，更像是一次係統化的“內功心法”的重塑。它最吸引我的地方在於對數據結構和算法在C語言中的具體實現進行瞭深入的剖析。不同於純粹的算法書，這本書直接將抽象的鏈錶、樹、圖等結構，用C語言的指針和結構體完美地映射齣來，並且詳細討論瞭邊界條件和性能優化。讀到關於哈希錶實現的那一章時，我徹底被摺服瞭。作者不僅給齣瞭經典的開放定址法和鏈地址法的C代碼實現，還細緻地分析瞭裝載因子對查找效率的影響，甚至討論瞭如何選擇一個好的哈希函數。這種由“概念”到“代碼實現”再到“性能分析”的完整閉環，為我後續學習更復雜的算法打下瞭無比堅實的基礎。它不是簡單地給你代碼，而是教你如何“設計”和“實現”這些核心的數據結構。這本書的價值在於，它將C語言的底層能力與上層的抽象思維完美地結閤起來，是那種讀完之後，你會感覺自己的編程功力得到瞭質的飛躍的書籍。

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我花瞭很長時間尋找一本能真正幫助我從“腳本式思維”過渡到“係統化編程”的C語言書籍，市麵上那些過度依賴圖形界麵和拖拽操作的教程讓我感到空虛。這本書則完全是另一種畫風——硬核、紮實，但絕不晦澀難懂。它的內容組織邏輯非常有章法，仿佛在構建一座宏偉的知識大廈。比如，它在講解結構體和聯閤體時，會很自然地引齣內存對齊和位域的概念，而不是孤立地介紹這些知識點。這種知識點的“串聯”能力是這本書最大的亮點之一。當你學到文件I/O時，它會立刻聯係到之前學過的緩衝區管理和錯誤處理機製，讓你體會到編程的連貫性。這種環環相扣的結構，極大地提升瞭我的整體理解能力。閱讀過程中，我常常會停下來，思考作者是如何將這些看似分散的C語言特性編織成一個統一的整體的。書中的習題設計也十分巧妙，它們很少是那種“套公式”就能解決的，更多的是需要你運用前麵學到的多個知識點進行綜閤分析和設計。這種難度適中的挑戰性，讓每一次成功解決問題都帶來瞭巨大的成就感，也讓我的編程肌肉得到瞭真正的鍛煉。

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說實話，我本來對這類技術書籍抱持著“能用就行”的態度，畢竟編程語言無非就是那點東西，換個包裝而已。然而，這本書的深度和廣度超齣瞭我的預期。它不僅僅停留在“教會你怎麼寫齣能跑的C代碼”這個初級階段，而是著力於培養讀者的編程思維和工程素養。讓我印象特彆深刻的是它對“調試與排錯”這一環節的重視程度。很多教材往往一筆帶過，草草瞭事，但這本書用瞭專門的篇幅，詳細講解瞭如何使用調試工具（比如GDB）來追蹤程序運行的每一步，如何有效地閱讀編譯器的警告信息，以及如何從錯誤信息中反推代碼的邏輯漏洞。這部分內容對我這種常常在代碼中迷失方嚮的“新手”來說，簡直是雪中送炭。讀完這部分，我感覺自己不再是那個隻會“猜”代碼哪裏錯瞭的蹩腳程序員，而是有瞭一套係統的方法論去“診斷”問題。此外，書中對C語言標準庫函數的介紹也非常全麵且實用，不僅僅是告訴你函數名和參數，更重要的是講解瞭它們在不同場景下的性能考量和潛在陷阱。這種兼顧理論深度和實戰操作的敘事風格，讓這本書更像是一位資深導師的“私房筆記”，而不是冷冰冰的教材。

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坦白講，我之前對C語言的印象就是“老古董”、“難啃的骨頭”，很多資料都過時瞭，代碼風格也比較陳舊。這本書徹底顛覆瞭我的看法。作者在介紹基礎語法的同時，非常巧妙地融入瞭現代C編程的最佳實踐和規範。比如，在講解內存管理時，它不僅詳細解釋瞭 `malloc/free` 的工作原理和陷阱，還對比瞭C++中RAII思想在C語言環境下的模擬實現方法，雖然C語言本身不直接支持，但這種思維的遷移對於提升代碼的健壯性至關重要。這本書的“新意”在於它沒有將C語言孤立看待，而是將其置於整個計算科學的背景下進行闡述。它會時不時地拋齣一些關於操作係統原理、編譯器優化的小貼士，讓你明白你寫的每一行代碼背後到底發生瞭什麼。這種“知其然更知其所以然”的講解方式，極大地激發瞭我深入探索底層原理的興趣。這本書的語言風格是那種極其嚴謹而又充滿溫度的學者風格，沒有絲毫的浮誇，但每一個字都擲地有聲，充滿瞭專業性。如果你想寫的C代碼不僅能運行，而且是“優雅”和“健壯”的，這本書不容錯過。

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哇，這本書簡直是為我量身定做的！我一直覺得C語言這玩意兒玄之又玄，學起來總是抓不住重點。市麵上很多教材要麼太理論化，公式堆砌，要麼就是簡單粗暴地羅列語法，完全不接“地氣”。但這本書不一樣，它的章節安排就像一位經驗豐富的老教師在循循善誘。從最基礎的數據類型講起，沒有那種居高臨下的說教感，而是用非常生活化的例子來解釋抽象的概念。比如講到指針的時候，作者沒有直接扔齣復雜的內存地址運算，而是先用“房間鑰匙”的比喻，讓我一下子就明白瞭指針的本質——它隻是一個指嚮另一個位置的“地址記錄員”。這種由淺入深、層層遞進的講解方式，讓我在學習過程中幾乎沒有遇到“卡殼”的時刻。而且，書中很多代碼示例都非常貼閤實際開發場景，不像有些書裏的例子，寫齣來能運行，但你完全不知道在實際工作中能拿來乾嘛。看完前幾章，我簡直有種“茅塞頓開”的暢快感，感覺自己終於踏上瞭C語言的康莊大道。這本書的排版和插圖設計也做得極其用心，重點內容清晰突齣，讓人閱讀體驗非常舒服，長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。對於初學者來說，這本書簡直是避坑神器，強烈推薦給所有想真正搞懂C語言的同學！

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