Operating Systems with Linux (Cornerstones of Computing) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Palgrave Macmillan

作者:John O'Gorman

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2001-02-14

价格:USD 51.27

装帧:Paperback

isbn号码:9780333947456

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• Linux
• 计算机科学
• Cornerstones of Computing
• 内核
• 系统编程
• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统
• 虚拟化

深入理解现代计算的基石：操作系统原理与Linux实践 在信息技术飞速发展的今天，操作系统扮演着至关重要的角色，它不仅是连接硬件与软件的桥梁，更是支撑起我们日常数字生活的底层架构。从个人电脑到服务器集群，从智能手机到嵌入式设备，无处不闪耀着操作系统的智慧光芒。而Linux，作为开源操作系统的代表，以其强大的稳定性、灵活性和广泛的应用领域，赢得了全球无数开发者和企业的青睐。 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的操作系统知识体系，同时结合Linux这一最具代表性的开源平台，将理论与实践有机地融为一体。我们不满足于浅尝辄止的表面介绍，而是深入探究操作系统的核心原理、设计思想以及在实际运行中的各种机制。通过本书的学习，读者将能够深刻理解操作系统的运作机制，并掌握在Linux环境下进行系统管理、开发与优化的必备技能。 第一部分：操作系统核心原理剖析 本书的开篇，我们将带领读者走进操作系统的核心世界，揭示其运作的奥秘。 操作系统概览与发展历程： 我们将首先介绍操作系统的基本概念、功能以及其在整个计算机系统中的地位。通过回顾操作系统的发展历程，从早期的批处理系统、分时系统到现代的多用户、多任务、分布式操作系统，让读者了解操作系统的演进趋势和技术突破。我们将探讨不同类型操作系统的特点与适用场景，为后续深入学习奠定基础。 进程管理： 进程是操作系统中最基本的概念之一。我们将详细讲解进程的状态（创建、就绪、运行、阻塞、终止）、进程的表示（PCB - 进程控制块）、进程的创建与终止过程。重点将放在进程的调度算法上，我们将深入分析先来先服务 (FCFS)、最短作业优先 (SJF)、优先级调度、时间片轮转 (Round Robin) 等经典算法的原理、优缺点以及在实际应用中的考量。此外，进程间通信 (IPC) 也是进程管理的重要组成部分，我们将详述管道、共享内存、消息队列、信号量等多种IPC机制，并分析它们在解决进程同步与互斥问题中的作用。 线程管理： 随着多任务处理需求的不断增长，线程作为比进程更轻量级的执行单位应运而生。本书将区分用户级线程与内核级线程，讲解它们各自的优缺点与实现方式。我们将深入探讨线程模型、线程同步机制（如互斥锁、条件变量、信号量）以及死锁的产生条件、检测与避免策略。理解线程的概念对于编写高效并发程序至关重要。 内存管理： 内存是计算机系统中宝贵的资源，高效的内存管理是操作系统性能的关键。我们将从最基础的连续内存分配（固定分区、可变分区）入手，逐步讲解非连续内存分配技术，包括分页（固定页、可变页）、分段以及段页式管理。我们将重点阐述虚拟内存的概念，以及页面置换算法（如FIFO、LRU、LFU、OPT）的原理与性能评估。此外，我们将讨论内存映射、写时复制 (Copy-on-Write) 等高级内存管理技术，并介绍Linux系统中内存管理的具体实现细节。 文件系统： 文件是用户数据存储的基本单位，文件系统的设计直接影响着数据的存取效率与安全性。我们将深入讲解文件系统的基本概念，包括文件、目录、文件系统结构（如索引节点 inode、目录项 dentry）。我们将探讨不同的文件组织方式（如连续组织、链式组织、索引组织）以及它们对文件操作性能的影响。同时，我们将详细介绍文件系统的存取控制机制、文件系统的挂载与卸载、以及磁盘空间的分配与回收策略。本书还将介绍Linux中主流文件系统的特点，如ext4、XFS等。 I/O系统与设备管理： 输入/输出 (I/O) 设备是计算机与外界交互的通道，高效的I/O系统是保证整体系统性能的重要环节。我们将讲解I/O设备的基本类型、I/O控制方式（程序查询、中断、DMA）以及I/O软件层次结构。我们将重点关注缓冲技术、设备驱动程序的编写与管理，以及I/O调度算法。此外，我们将探讨Linux系统中I/O子系统的具体实现，包括块设备和字符设备的概念。 死锁： 死锁是多任务环境中可能出现的严重问题，它会导致进程无限期等待，系统性能急剧下降。我们将详细分析死锁产生的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可剥夺、循环等待），并介绍死锁的检测、预防和规避策略。理解死锁对于设计健壮的并发系统至关重要。 第二部分：Linux操作系统深度实践 在掌握了操作系统核心原理之后，我们将目光聚焦于Linux这一强大的开源平台，将理论知识转化为实践技能。 Linux系统架构与核心组件： 我们将从宏观角度审视Linux系统的整体架构，包括内核、系统库、Shell以及各种用户空间应用程序。我们将深入剖析Linux内核的设计理念，包括其模块化、微内核与宏内核的对比。重点将放在Linux内核的关键组件上，如进程调度器、内存管理器、文件系统驱动、网络协议栈等，讲解它们是如何协同工作的。 Shell编程与命令行工具： Shell作为用户与Linux内核交互的界面，是Linux系统管理和开发的基础。我们将系统地介绍Bash Shell的常用命令、变量、表达式、流程控制语句（if、for、while）、函数等，并教授如何编写高效的Shell脚本来自动化日常任务。同时，我们将详细介绍一系列强大的Linux命令行工具，如grep、sed、awk、find、ps、top、htop、ssh、scp等，以及它们在系统监控、文件处理、远程管理等方面的应用。 Linux进程与线程管理实操： 我们将结合Linux命令和系统调用，演示如何创建、查看、管理进程和线程。读者将学习如何使用 `ps`、`top`、`htop` 等命令监控进程状态，使用 `kill`、`pkill`、`killall` 等命令终止进程。同时，我们将探讨Linux中的线程模型（如NPTL），以及如何使用POSIX Threads (pthreads) API编写多线程程序。 Linux内存管理实践： 我们将通过命令行工具和系统文件，直观地展示Linux系统的内存使用情况。读者将学习如何使用 `free`、`vmstat`、`memstat` 等命令查看物理内存和虚拟内存的使用量，理解Swap空间的作用。我们将深入分析`/proc`文件系统中与内存管理相关的各种信息，并探讨内存泄漏的检测与调优方法。 Linux文件系统详解与管理： 本部分将带领读者深入理解Linux的文件系统层次结构标准 (FHS)。我们将详细介绍ext4、XFS等主流Linux文件系统的特性，并演示如何进行文件系统的创建、格式化、挂载与卸载。读者将学习文件权限的管理（用户、组、其他权限），以及如何使用`chmod`、`chown`、`chgrp`等命令进行权限设置。我们还将探讨文件系统的备份与恢复策略，以及磁盘配额的管理。 Linux I/O系统与网络编程基础： 我们将介绍Linux系统中I/O设备的管理方式，以及如何使用 `/dev` 目录下的设备文件。我们将讲解Linux中的网络模型，以及如何使用socket API进行基本的网络编程。读者将学习TCP/IP协议栈在Linux中的实现，并了解Socket编程的基本概念，如socket创建、绑定、监听、连接、数据传输和关闭。 系统性能监控与调优： 了解系统的性能瓶颈是进行优化的前提。我们将介绍一系列用于系统性能监控的工具，如`vmstat`、`iostat`、`sar`、`strace`、`lsof`等，帮助读者分析CPU、内存、磁盘I/O和网络流量的使用情况。在此基础上，我们将讲解常见的系统性能调优策略，包括内核参数的调整、服务配置的优化、以及应用程序级别的性能改进。 学习本书的收获： 通过本书的学习，您将： 建立坚实的操作系统理论基础： 深刻理解进程、线程、内存、文件系统、I/O等核心概念及其运作机制。 掌握Linux系统核心技能： 能够熟练使用Linux命令行工具，编写Shell脚本，进行系统管理和日常维护。 理解系统设计与实现： 洞悉操作系统底层设计思想，理解Linux系统的强大之处。 具备问题排查与性能调优能力： 能够分析系统性能瓶颈，并采取有效措施进行优化。 为进一步深入学习打下基础： 为学习更高级的操作系统主题、嵌入式开发、高性能计算等领域奠定坚实基础。 本书内容充实，结构清晰，理论与实践并重，旨在帮助您成为一名更加出色的系统开发者和管理者。无论您是计算机科学专业的学生，还是希望深入了解操作系统原理和Linux技术的IT从业者，本书都将是您不可多得的参考指南。

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