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出版者:

作者:O'Hara, Shelley

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页数:0

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价格:28.99

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isbn号码:9781435281028

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深度解析现代操作系统：从底层架构到高效能应用 本书聚焦于操作系统设计、内核机制、系统编程以及前沿的分布式计算领域，旨在为系统工程师、资深开发者和计算机科学研究人员提供一套全面且深入的理论与实践指导。 --- 第一部分：操作系统核心原理与底层架构 第一章：现代操作系统的演进与核心职能重塑 本章深入剖析了从早期批处理系统到现代多任务、多用户操作系统的演变历程。重点探讨了操作系统的核心职能如何随着硬件能力的提升而进行根本性的重构。我们将详细分析现代操作系统在资源抽象、进程管理、内存保护和设备耦合方面的设计哲学。讨论中将涵盖微内核（Microkernel）与宏内核（Monolithic Kernel）的优劣对比，并引入混合内核架构的实际应用案例，特别是针对高可靠性和实时性要求的场景。此外，本章会阐述操作系统的安全边界如何从用户态和内核态的简单划分，发展到更精细的权限分离模型，如安全增强型Linux（SELinux）和可信计算基（TCB）的设计理念。 第二章：进程与线程的生命周期管理与调度算法的优化 本章是系统性能调优的基石。我们将超越教科书式的进程/线程定义，探讨操作系统如何高效地在有限的CPU核心上模拟并发。内容涵盖了上下文切换的开销分析、内核级线程与用户级线程的映射机制。在调度算法方面，本书不再满足于介绍先来先服务（FCFS）或轮转法（Round Robin），而是深入剖析了现代服务器操作系统中采用的抢占式、优先级继承、公平共享调度器（CFS，如在Linux中的应用）的数学模型与实现细节。特别关注实时操作系统（RTOS）中的截止期（Deadline）调度算法，以及如何在虚拟化环境中，Hypervisor层面对访客操作系统的调度策略进行干预与优化，以保证QoS（服务质量）。 第三章：内存的层次化管理与虚拟化技术 内存管理是操作系统复杂性的集中体现。本章从硬件层面入手，详细解析了内存管理单元（MMU）的工作原理、TLB（转换后援缓冲器）的命中率对性能的影响，以及如何通过分页（Paging）和分段（Segmentation）机制实现虚拟地址到物理地址的转换。我们将重点剖析内存分配策略（如伙伴系统算法、slab分配器）的优缺点，以及在内存压力下操作系统的页面置换算法（如LRU的改进版本）的实际性能表现。此外，本章会详细介绍内存保护机制，包括数据执行保护（DEP）和地址空间布局随机化（ASLR）如何共同构筑了现代系统的第一道内存安全防线。 第四章：文件系统的高级结构与数据持久化 文件系统是用户与数据交互的桥梁。本章将对日志型文件系统（如Ext4, NTFS）的事务性机制、写操作的原子性保证进行深入剖析。我们不再停留在文件和目录的抽象层面，而是探讨数据块的分配策略、空闲空间管理、以及元数据的一致性维护。内容还包括快照（Snapshot）技术的实现原理，如写入时复制（Copy-on-Write, CoW）在ZFS或Btrfs等新一代文件系统中的应用，及其在数据备份和恢复中的关键作用。最后，会讨论网络文件系统（NFS, SMB）在延迟和一致性之间如何进行权衡。 --- 第二部分：系统编程与高效能计算 第五章：I/O子系统的革命：中断、轮询与异步I/O模型 本章聚焦于操作系统如何处理外部设备的数据传输，这是决定系统吞吐量的关键瓶颈。我们将细致分析中断处理的流程、延迟和性能损耗。随后，本书将对比轮询（Polling）、混合模式以及现代的异步I/O（AIO）模型，如Linux的io_uring和Windows的IOCP（I/O完成端口）。重点在于零拷贝（Zero-Copy）技术在数据管道中的实现，以及它如何极大地减少了内核态与用户态之间的数据搬运次数，从而提升了网络服务器和存储系统的效率。 第六章：进程间通信（IPC）与同步原语的精细控制 高效的并发依赖于进程间的有效协作。本章系统地回顾了传统的IPC机制（管道、消息队列、共享内存），并着重分析了在高性能计算场景中，信号量、互斥锁（Mutex）、读写锁（RWLock）和屏障（Barrier）等同步原语的正确使用方式与潜在的死锁风险分析。我们将引入无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计理念，利用内存屏障（Memory Barriers/Fences）和原子操作（Atomic Operations）来构建高性能、高并发的并发容器，并探讨这些底层操作在不同CPU架构（如x86与ARM）上的内存一致性模型差异。 第七章：系统调用接口与内核模块的交互 本章是系统编程的实践核心。我们将深入研究系统调用（Syscall）的trap机制，分析从用户态切换到内核态的整个过程及其开销。对于系统级开发者而言，理解内核模块（Kernel Modules）的加载、初始化与卸载生命周期至关重要。本书将以具体代码示例展示如何安全地编写内核驱动或扩展，强调在内核态编程时必须严格遵守的同步和内存访问规则，以及如何避免引入内核崩溃的“魔鬼错误”。 --- 第三部分：虚拟化、容器化与未来展望 第八章：全虚拟化与半虚拟化：Hypervisor的设计哲学 本章将操作系统置于虚拟化层的视角下进行审视。我们将详述Type-1（裸金属）和Type-2（宿主型）Hypervisor的结构差异，并重点解析硬件辅助虚拟化技术（如Intel VT-x/AMD-V）如何通过VMM（虚拟机监视器）透明地捕获敏感指令。对于操作系统层面，我们将探讨半虚拟化（Para-virtualization）中，访客操作系统如何通过特殊的“前端驱动”与Hypervisor进行高效通信，以减少陷入（Trap）的次数，提升I/O性能。 第九章：容器化技术的核心：命名空间与控制组 容器技术是现代应用部署的基石，其核心是操作系统提供的隔离机制。本章详尽解析了Linux命名空间（Namespaces）如何隔离进程ID、网络接口、挂载点等资源，实现轻量级的进程隔离。随后，我们将深入研究控制组（cgroups）的作用，它如何实现对CPU时间、内存使用、I/O带宽的精细化资源限制和度量。理解这些机制是构建可靠、可扩展的容器编排系统的先决条件。 第十章：面向未来的分布式操作系统与一致性保证 在多核与多节点的时代，系统设计必须面向分布式。本章探讨了分布式系统中的核心难题：CAP定理的权衡取舍。我们将研究一致性模型，从强一致性到最终一致性的光谱，并对比Paxos和Raft等共识算法在实际系统（如etcd、ZooKeeper）中的应用与挑战。最后，本书将展望边缘计算和雾计算环境中，操作系统如何在资源受限和网络延迟波动的环境下，维持数据的高效同步与服务的高可用性。 --- 本书不涵盖任何关于微软特定产品如Windows Vista的图形界面操作、桌面应用安装、或特定用户级配置的教学内容。它专注于操作系统作为底层软件工程范畴的通用原理、内核实现和系统级性能优化。

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我接触电脑不算晚，但对Vista这个版本的感情非常复杂，总觉得它像一个被过度包装但内核不稳定的“华而不实”的产物。拿到这本书后，我抱着一种“重新认识它”的心态去阅读的。令我惊喜的是，作者非常客观地指出了Vista在资源占用上的历史遗留问题，但同时也用大量的篇幅展示了如何通过系统内置的优化手段来缓解这些问题。比如，它详细讲解了如何管理启动项、如何调整视觉效果的优先级，以及如何更有效地利用系统的“ReadyBoost”功能来弥补内存的不足。这些都是我在网上搜集零散信息时，从未能系统化串联起来的知识点。这本书仿佛是为那些被Vista的“高配置要求”劝退的用户准备的“自救手册”。它不仅仅是操作指南，更像是一份深入的“系统哲学”解读，让人理解了微软当时设计理念的初衷，以及如何在这种设计框架下，最大限度地榨取出硬件的潜力。读完后，我对Vista的看法彻底改观了，感觉自己终于掌握了这个系统的钥匙，而不是被系统所驾驭。

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说实话，我对操作系统底层的东西一向抱有敬畏之心，总觉得那不是普通用户能触碰的领域。这本Vista指南最让我感到惊喜的地方，在于它将“系统维护与优化”这一块讲得非常接地气，丝毫没有那种高高在上的技术腔调。它没有一上来就鼓吹清理注册表或者手动修改系统文件，而是从最基础的磁盘碎片整理、系统还原点的科学设置开始讲起。书中详细对比了不同维护工具的优劣，并给出了一个非常实用的“时间表”——比如，建议每周进行一次快速扫描和碎片整理，每月进行一次系统全面体检。这种结构化的维护流程，极大地减轻了我的焦虑感，让我知道该在什么时候做什么事情。特别是关于内存管理和虚拟内存的设置部分，作者用一个生动的“水池”模型来解释了系统如何分配和回收资源，即便是对硬件原理一窍不通的我，也能立刻领悟其精髓，并据此调整了我的系统性能参数，电脑运行速度确实有了肉眼可见的提升，非常令人满意。

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这本书的封面设计得非常简洁大气，黑白灰的主色调，给人一种专业而沉稳的感觉，光是看着就让人觉得里面的内容一定非常扎实可靠。我是在想彻底告别过去那些笨拙的操作习惯，追求更高效率的时候，经朋友推荐拿起了它。老实说，Vista 系统推出之初，我就对它那些炫酷的Aero特效心存好奇，但一直没找到一本能真正深入浅出讲解其核心功能的指南。这本书的目录结构划分得极其清晰，从基础的用户界面导览，到高级的系统优化技巧，每一步都安排得井井有条，读起来完全没有那种面对庞大系统的压迫感。我尤其欣赏作者在讲解新功能时，总是会附带一些实用的生活化场景，而不是枯燥地罗列技术参数。比如，它介绍搜索功能时，不仅仅是教你如何输入关键词，还细致地讲解了如何利用标签和元数据来建立个人化的文件索引系统，这对于我这种需要管理大量电子文档的设计师来说，简直是雪中送炭。读完前三章，我已经能熟练运用“超级管理员”权限来处理一些以前总是卡壳的软件安装问题了，那种掌控全局的感觉，非常畅快。整体而言，这是一本非常注重实践操作和系统深层逻辑构建的佳作。

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当我拿到这本书时，最先吸引我的是它对“侧边栏”和“小工具”的深度挖掘。要知道，Vista刚出来的时候，很多人都觉得侧边栏只是一个花哨的装饰品，没什么实际用途。但我对那些实时天气、股票走势和待办事项的小组件非常感兴趣。市面上大部分指南对此都只是蜻蜓点水，草草带过。这本书却用了整整一个单元，详细解析了这些小工具的安装、卸载，甚至是如何进行简单的个性化修改，比如更改API接口数据源，虽然我最后没有深入到编程层面，但光是理解其工作机制，就已经让我对系统的可扩展性有了全新的认识。更棒的是，书中还穿插了一些关于系统美学和用户体验（UX）的讨论，作者不仅仅是教你“怎么做”，更在引导你思考“为什么这样设计更好”。这使得阅读过程变成了一种审美的提升，而不仅仅是技术学习。这种兼顾功能性和艺术性的讲解方式，非常符合现代计算环境的趋势，让人觉得手中的系统不再是一个冰冷的工具，而是一个可以被精心打理和美化的数字空间。

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我买过不少所谓的“系统大全”类的书籍，但大多都像一本冷冰冰的字典，堆砌着晦涩的技术术语，读上两页就让人昏昏欲睡，更别提去实践了。然而，这本关于Vista的书籍，给我的感觉完全不同，它更像是一位经验丰富的导师，带着你一步一步揭开系统的神秘面纱。作者的文笔带着一种特有的幽默感和耐心，即便是讲解那些对新手来说相当复杂的驱动程序管理和网络共享设置，也能用非常生活化的比喻来解释其工作原理。我特别喜欢其中关于用户账户控制（UAC）的章节，以前我对这个总是跳出来的提示框感到非常烦躁，总觉得是系统在故意刁难我。这本书却用图文并茂的方式，清晰地阐述了UAC背后的安全逻辑，让我明白了它并非是障碍，而是一个重要的安全屏障。通过书中的指引，我甚至学会了如何定制自己的权限策略，让系统在安全和便捷之间找到了一个完美的平衡点。对于那些长期被Windows操作系统的某些“顽固”特性所困扰的老用户来说，这本书提供的解决方案，简直是醍醐灌顶，让人豁然开朗，它真正做到了“化繁为简”。

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