操作系统概论应试指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学

作者:丁红利 郝自勉

出品人:

页数:162

译者:

出版时间:2003-7

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787302067252

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 计算机科学
• 应试指南
• 教材
• 复习
• 考研
• 期末考试
• 计算机基础
• 数据结构
• 算法

深入计算机核心：从硬件到软件的构建之旅 一部全面解析现代计算系统基石的权威指南 本书旨在为读者提供一个全面、深入且易于理解的操作系统（OS）内核世界导览。我们聚焦于操作系统作为连接硬件资源与上层应用程序之间的关键桥梁所扮演的核心角色。不同于侧重考试技巧或特定版本命令的速成手册，本书致力于剖析操作系统设计背后的原理、权衡与工程实践，帮助读者真正掌握操作系统这门学科的精髓。 第一部分：基础架构与硬件协同 我们首先奠定坚实的理论基础，探讨操作系统赖以存在的硬件环境。 1. 计算机体系结构的回顾与深化： 我们将重温冯·诺依曼体系结构，但重点将转向现代处理器架构，如多级缓存层次（L1, L2, L3）、流水线、分支预测等如何影响操作系统的调度和内存管理决策。理解指令集架构（ISA）和特权级别（Ring 0/Ring 3）是理解操作系统如何实现隔离和保护的前提。 2. 中断、异常与系统调用机制： 详细解析硬件事件（如I/O完成、时钟滴答）如何通过中断控制器（PIC/APIC）转换为CPU可以处理的信号。深入探讨陷阱（Trap）和异常（Exception）的触发流程，以及它们如何安全地将控制权从用户态平滑地转移到内核态。系统调用作为用户程序请求内核服务的标准接口，其参数传递、上下文保存与恢复机制将被细致分析，揭示系统调用的性能开销与安全边界。 3. 引导过程（Boot Process）： 从按下电源按钮到第一个用户进程启动，操作系统如何苏醒？本书会跟踪BIOS/UEFI固件的初始化流程，引导加载程序（Bootloader，如GRUB）的角色，以及内核映像如何被解压、内存布局如何建立，最终实现对硬件的初步接管。 第二部分：核心任务——进程与线程管理 进程与线程是操作系统并发执行的基本模型。本部分将深入探讨如何高效、公平地管理这些执行实体。 4. 进程的抽象与生命周期： 剖析进程控制块（PCB）的数据结构，它如何精确地代表一个正在运行的程序实例。深入讨论进程的创建（fork/execv）与销毁的复杂性，特别是资源清理和父子关系的处理。 5. 线程模型与并发性： 区分用户级线程与内核级线程，分析M:N模型和1:1模型在性能、粒度上的优劣。重点解析内核如何维护线程的上下文（寄存器集、栈指针、程序计数器），实现快速切换。 6. CPU调度算法的精妙平衡： 本章是并发管理的核心。我们将不满足于简单的介绍，而是深入分析各种调度策略的数学模型与实际应用场景： 批处理系统： 先来先服务（FCFS）的简单性与等待时间问题。 分时系统： 轮转法（Round Robin）的时间片选择对响应时间和吞吐量的影响。 实时系统： 截止时间单调性（EDF）与固定优先级抢占（Rate Monotonic）的理论保证。 现代多核调度： 负载均衡、缓存亲和性（Cache Affinity）以及大内核锁（Big Kernel Lock）的演进与优化。 第三部分：内存的艺术——管理与保护 内存管理是操作系统最复杂、最关键的模块之一，它关乎程序的正确性、安全性和系统性能。 7. 逻辑地址到物理地址的转换： 详细阐述分页（Paging）机制，包括页表结构（单层、多层、反向页表）的内存占用与查询效率的权衡。深入研究TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理，以及TLB未命中时的具体处理流程。 8. 虚拟内存的实现与优化： 探讨缺页中断（Page Fault）的处理流程，包括将数据从二级存储（磁盘）加载到内存中的同步等待。分析各种页面置换算法（FIFO, LRU, OPT, Clock Algorithm）的理论性能与实际的近似实现。 9. 内存分配的挑战： 区分内核空间和用户空间的内存管理。深入研究伙伴系统（Buddy System）如何高效处理外碎片问题，以及slab/slub分配器如何优化小对象的分配和回收，减少内部碎片。 第四部分：I/O子系统与设备驱动 操作系统必须高效地与外部设备通信，本书将揭示这一过程的底层细节。 10. I/O 硬件接口： 介绍I/O操作的三种基本方式：程序控制I/O、中断驱动I/O和DMA（直接内存访问）。重点解析DMA控制器如何接管数据传输，从而解放CPU进行其他计算。 11. 缓冲、缓存与假脱机技术： 分析操作系统如何使用缓冲区来匹配不同设备的速度差异。深入探讨假脱机（Spooling）技术在打印等慢速设备管理中的应用。 12. 设备驱动模型的抽象： 探讨字符设备和块设备的区别。理解通用块层（如Linux的I/O调度器）如何处理来自不同设备的请求，并对其进行排序和合并，以优化磁盘寻道时间。 第五部分：持久化存储与文件系统 文件系统是操作系统对非易失性存储介质的抽象封装，它决定了数据的组织、可靠性和访问效率。 13. 文件系统的结构要素： 剖析文件系统的核心组件：文件抽象、目录结构（索引节点/Inode）、数据组织方式。分析连续分配、链式分配和基于索引的分配（如块映射表）的优缺点。 14. 磁盘调度与可靠性： 深入分析磁盘I/O的物理特性，评估FCFS、SSTF、SCAN（Elevator）等磁盘调度算法对平均寻道时间的影响。探讨日志（Journaling）机制在现代文件系统（如Ext4, NTFS）中如何确保数据一致性和快速恢复能力。 15. 虚拟文件系统（VFS）： 解释VFS层如何在内核中提供一个统一的接口，使得应用程序无需关心底层是Ext4、XFS还是NFS，从而实现文件系统的可插拔性。 本书通过严谨的理论推导和贴近实际操作系统的设计案例，旨在培养读者构建、分析和优化复杂计算系统的核心能力。

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从内容更新和前沿性的角度来看，这本书也展现了相当的诚意。虽然核心概念是稳定的，但操作系统的发展日新月异，这本书在最后几章对现代操作系统的发展趋势进行了相当有价值的探讨。它没有回避云计算、虚拟化技术（如KVM和VMware的基础原理）对传统操作系统的影响，并且简要介绍了容器化技术（如Docker背后的命名空间和控制组cgroups）在资源隔离方面的创新思路。这部分内容虽然不一定是应试的主体，但对于拓宽视野、理解未来技术走向至关重要。它告诉我，学习操作系统不应只关注过去的主流模型，更要关注当前正在发生的技术变革。这种与时俱进的编排，让这本书的价值不仅仅停留在一张考试成绩单上，更像是一份对未来技术学习的路线图。整体上，它提供的知识体系是全面、深入且富有前瞻性的。

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这本书的语言风格非常接地气，没有那种高高在上的学术腔调，读起来丝毫没有压力。很多复杂的概念，比如并发控制中的信号量机制，作者没有直接抛出抽象的数学定义，而是采用了生活化的比喻——比如著名的“筷子问题”或“读者-写者问题”的变体——来引导读者进入情境。这种叙事方式极大地增强了阅读的趣味性和代入感。我发现，当我通过一个生动的例子理解了互斥和同步的基本原理后，再去对照书本上的正式定义，那些原本晦涩的符号和公式一下子就变得清晰可懂了。尤其是在讲解I/O控制方式时，它用到了“被动等待”和“主动通知”的比喻来区分中断驱动和轮询，这种形象化的表达，让我在复习后续的设备管理时也能举一反三。总而言之，它成功地将硬核的计算机科学知识“翻译”成了一种更容易被大脑吸收和记忆的语言。

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作为一名正在备考专业技术考试的考生，我最看重的是资料的实战价值和时效性。这本书在这方面做得非常出色。它不像有些参考书那样，只是简单地罗列历年真题，而是对历年高频考点进行了主题式的归纳和提炼。例如，在讨论死锁的预防、避免与检测策略时，它不仅详细讲解了银行家算法，还用一个虚拟的资源分配场景进行了模拟推演，让我们能够亲手“操作”一遍算法流程，这比死记硬背原理有效得多。此外，书中的“模拟实战演练”部分，设计得非常贴合真实的考试环境，包括时间限制和题型分布都做了合理的模拟。更关键的是，对于一些容易混淆的术语和概念，作者会用粗体字高亮并辅以简短的解释，这种细致的关注点处理，让人在快速浏览复习时也不会遗漏关键信息。可以说，这本书就像一位经验丰富的导师，知道考试的重点在哪里，并引导我们高效地攻克它们。

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这本书的内容深度和广度都超出了我的预期，远不止于一本简单的“应试手册”。它真正做到了“概论”的精髓，从操作系统的起源和发展历史讲起，层层递进地剖析了操作系统的核心组件。我特别喜欢它对内存管理那一章的阐述，特别是虚拟内存和分页、分段机制的对比分析，简直是教科书级别的清晰。作者非常巧妙地结合了实际的CPU工作流程来解释地址转换的过程，让抽象的硬件操作具象化了。另外，文件系统的部分，它深入探讨了不同文件组织结构（如索引节点法、多级目录）的优劣，并结合了现代主流操作系统的实现案例进行说明，这对于理解“为什么”比“是什么”更为重要。读完这部分内容，我对操作系统是如何在硬件和应用程序之间架起一座高效桥梁的有了更深刻的认识。它提供的知识深度，足以支撑你在面试中深入探讨底层细节，而不是仅仅停留在概念层面。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，封面那种深邃的藏青色调，配上烫金的标题字体，立马就给人一种专业、严谨的感觉。初次翻阅时，我立刻被它清晰的排版和合理的章节划分所吸引。它不像市面上某些教材那样，把枯燥的理论堆砌在一起，而是采用了模块化的结构，把复杂的概念拆解得非常细致。比如，在讲解进程调度算法时，作者不仅用文字详细描述了FCFS、SJF、优先级调度等各种算法的原理，还配上了大量的图示和对比表格，直观地展示了它们在不同负载情况下的性能差异。这种设计极大地降低了学习门槛，对于初学者来说，确实是福音。更让我赞赏的是，它在每一章的末尾都设置了“易错点辨析”和“高频考点总结”，这显然是针对应试需求精心设计的，能帮助我们快速定位知识盲区，避免在考试中因为细微的理解偏差而失分。整体来看，这本书在知识的呈现方式上做到了理论与实践的良好平衡，阅读体验非常流畅和高效。

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