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出版者:科学

作者:余虹 姜东光

出品人:

页数:409

译者:

出版时间:2001-2

价格:43.00元

装帧:

isbn号码:9787030041081

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编程实战：从零构建现代操作系统内核 作者： [此处可留空或填写一个假想的作者名，例如：张伟/李明] 出版社： [此处可留空或填写一个假想的出版社名，例如：蓝海科技出版社] 出版时间： [此处可留空或填写一个假想的时间，例如：2024年春季] --- 内容提要 《编程实战：从零构建现代操作系统内核》并非一本理论探讨或概念综述的著作，而是一本纯粹的、动手实践驱动的编程指南。本书旨在带领有志于深入理解计算机底层机制的读者，从最基础的汇编指令和内存管理概念开始，一步步亲手构建一个功能完备、结构清晰的最小化操作系统内核。 本书摒弃了对教科书式物理学定律、经典力学、电磁学或热力学等内容的冗余讲解。我们的焦点完全集中在软件工程的实践、系统级的编程挑战以及如何驾驭硬件的原始接口。读者将不会看到关于牛顿定律、麦克斯韦方程组、能量守恒或量子效应的任何论述。本书的舞台是内存地址空间、中断向量表和处理器寄存器。 本书的结构设计遵循“由浅入深，立即实践”的原则。我们假设读者已经具备扎实的C语言基础，并且对汇编语言（尤其是x86架构）有一定的接触。 第一部分：奠基与初始化 (Bootstrapping and Initialization) 本部分是构建内核的第一块基石。我们将深入研究计算机启动的最初几微秒。 1. 引导加载器（Bootloader）解析： 我们不会讨论电磁波的传播特性，而是直接分析BIOS/UEFI如何将控制权移交给我们的第一个代码段。我们将使用汇编语言编写一个极简的引导程序，负责从磁盘加载我们的内核映像到内存的特定位置。 2. 实模式到保护模式的飞跃： 现代操作系统运行在保护模式（或更现代的Long Mode）下。本书将详述如何配置全局描述符表（GDT），设置段寄存器，并最终触发从实模式切换到保护模式的复杂过程。这部分的代码将直接操作硬件的控制寄存器，确保CPU按照我们期望的方式运行。 3. 基本的内存布局： 内核代码和数据在内存中的布局至关重要。我们将定义内核的初始堆栈，并设置页目录，为后续的虚拟内存管理打下基础。 第二部分：中断、异常与并发 (Interrupts, Exceptions, and Concurrency) 操作系统最核心的功能之一是对硬件事件的响应和对并行任务的管理。 1. 中断描述符表（IDT）的建立： 我们将详细编写代码，初始化IDT，捕获硬件（如定时器、键盘）发出的中断信号。我们将实现第一个通用中断处理程序（ISR），用于处理关键的系统异常，如除零错误、缺页异常（Page Fault）和通用保护异常（General Protection Fault）。 2. 系统调用接口（Syscall）： 内核需要向用户空间提供受控的服务接口。本书将设计并实现一个最小化的系统调用机制，允许用户程序请求内核服务（如打印字符或退出程序）。 3. 定时器和时间片轮转： 为了实现多任务，我们需要一个可靠的时钟源。我们将编程配置可编程中断计时器（PIT），并编写第一个基于优先级的抢占式调度器（Scheduler），实现任务的上下文切换。这涉及到对CPU寄存器状态的精确保存和恢复。 第三部分：内存管理 (Memory Management Deep Dive) 本书不会涉及流体力学或光学中的能量传递问题，而是专注于系统中最宝贵的资源——内存——的精确管理。 1. 物理内存管理器（PMM）： 我们将实现一个位图（Bitmap）或伙伴系统（Buddy System）来追踪系统中哪些物理页框是空闲的，哪些被内核或进程占用。 2. 虚拟内存管理器（VMM）： 这是现代操作系统的核心。我们将深入研究分页机制，构建并操作页表（Page Tables，包括PML4, PDPT, PD, PT结构），实现地址空间的隔离。读者将亲手实现按需调页（On-Demand Paging）的逻辑。 3. 堆管理器（Kernel Heap）： 实现一个内核内部的动态内存分配器（如Kmalloc/Kfree的定制版本），管理内核自身的内存需求。 第四部分：进程与用户空间 (Processes and User Space) 操作系统存在的意义在于管理和运行应用程序。 1. 进程控制块（PCB）的设计： 定义描述一个运行实体所需的所有状态信息结构体。 2. 执行环境的创建： 学习如何为新的用户进程准备干净的执行环境，包括设置用户栈、指令指针（EIP/RIP），以及配置其私有的页表映射。 3. 上下文切换的艺术： 完善调度器，使其能够安全地在内核态和用户态之间、以及在不同进程之间进行切换，确保进程间的状态隔离。 4. 加载ELF文件： 编写一个简单的模块来解析标准的ELF（Executable and Linkable Format）二进制文件，将其代码和数据段正确地加载到进程的虚拟地址空间中。 第五部分：设备交互与文件系统雏形 (Device Interaction and Filesystem Skeleton) 本部分涉及如何与外部世界通信，尽管我们将保持其极简。 1. 键盘驱动： 编写一个简单的中断处理程序，读取PS/2键盘控制器的端口数据，解析按键码。 2. 串行端口I/O： 实现一个简单的UART驱动，用于内核的调试输出，这是比图形界面更基础、更可靠的输出手段。 3. 虚拟块设备接口： 虽然本书不实现一个完整的FAT或Ext文件系统，但我们会定义操作块设备的抽象接口，并模拟一个简单的内存映射文件系统（RAM Disk），允许用户程序访问“文件”的概念。 --- 目标读者 本书专为以下读者设计： 计算机科学、软件工程或电子工程专业的学生，希望超越传统课程中对操作系统的抽象描述，亲手触摸硬件接口。 系统程序员和嵌入式开发人员，寻求对底层机制的深刻理解，以便进行性能优化或调试复杂问题。 热衷于黑客文化和低级编程的爱好者，渴望构建一个完整的、可运行的系统。 技术栈与前置要求 本书的实现主要基于 C语言 和 x86-64 汇编语言。所有示例代码均针对标准的PC硬件架构进行设计。 前置知识要求： 精通C语言，理解指针、结构体和内存布局。 熟悉至少一种汇编语言（推荐x86/x86-64）。 了解基本的计算机体系结构知识（如寄存器、堆栈、内存层次结构）。 构建环境： 读者需要一个Linux/macOS开发环境，以及必要的交叉编译工具链（GCC/Clang）、汇编器（NASM/GAS）和QEMU模拟器用于测试内核。 --- 为什么选择本书？ 在充斥着理论和高层框架的时代，《编程实战：从零构建现代操作系统内核》提供了一条截然不同的学习路径。我们不讨论如何使用现有的框架，而是展示这些框架是如何被一步步“发明”出来的。本书的价值在于其完整性、实用性和挑战性。通过跟随本书的指导，读者将不再仅仅是操作系统的“用户”，而是其“建筑师”。每一个成功的编译和启动，都代表着对底层计算模型的一次深刻掌握。本书提供的是代码的蓝图，而非抽象的概念图。

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作为一本厚重的教材，最考验作者功力的是对细节的处理和对易错点的规避。《大学物理学》在这方面表现得极为出色。我记得在处理相对论的动量和能量变换时，书本特意用了一个独立的章节来详细辨析“静止质量”和“相对论质量”这两个概念的现代用法差异，并且清晰地指出了在不同历史语境下容易产生的误解，这种严谨的态度，对于避免未来在专业学习中产生概念混乱至关重要。另外，它的习题解析部分（我使用的是配套的教师用书，但能看出其编写思路）结构清晰，步骤完整，并且常常会在关键步骤后标注“物理意义提醒”，将纯粹的数学运算与背后的物理含义紧密联系起来。这本书的参考文献列表也十分丰富，提供了许多深入研究的入口，显示出作者团队在学术上的广度和责任心。它无疑是一部耗费心血的著作，值得所有严肃对待物理学习的读者投入时间去研读。

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这本《大学物理学》简直是物理学入门的宝典，我拿到手的时候就被它厚实的体量和严谨的排版所吸引。这本书的讲解深入浅出，即便是像我这样基础比较薄弱的学生，也能很快跟上作者的思路。特别是对经典力学部分的阐述，作者没有停留在简单的公式推导上，而是花了很多篇幅去解释背后的物理图像和思想，比如伽利略和牛顿是如何一步步构建起我们现在所熟悉的力学体系的。阅读过程中，我感觉自己不是在被动接受知识，而是在和一位经验丰富、充满热情的导师进行一场跨越时空的对话。书中大量的插图和图示都极大地降低了理解复杂概念的难度，比如对电磁场中矢量场的描绘，通过巧妙的几何透视图，那些抽象的场线瞬间变得立体而鲜活起来。更值得称赞的是，每章末尾的习题设计得非常精妙，它们不仅仅是简单的计算题，很多都融入了实际生活中的物理现象或工程应用背景，迫使读者必须真正理解原理才能找到解题的突破口。这本书的覆盖面很广，从基础的运动学到稍微深入的波动光学，都处理得游刃有余，为后续学习更专业的物理分支打下了极其坚实的基础，完全称得上是大学阶段物理学习的必备工具书，我强烈推荐给所有物理系新生。

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我必须承认，初次翻开这本《大学物理学》时，内心是有些抵触的，毕竟“大学物理”这四个字听起来就带着一股枯燥和高深的意味。然而，这本书出乎意料地展现出了一种罕见的、近乎诗意的叙述风格。作者似乎拥有将最冷峻的物理定律转化为优美文字的魔力。例如，在介绍热力学第二定律时，它没有像我之前看过的教材那样堆砌熵的数学定义，而是用了一种探讨宇宙演化方向的哲学视角来引入，描述了“不可逆性”在时间箭头上的意义，读起来引人入胜，让人不禁思考物理学与存在本身的关联。它的行文节奏感把握得非常好，在需要细致推导的地方毫不含糊，但在理论框架的宏观构建上，又保持着极大的舒展度，避免了陷入“只见树木不见森林”的困境。这本书的排版也极具匠心，字体选择和行间距的搭配，使得长时间阅读也不会产生强烈的视觉疲劳，这对于需要长时间面对物理公式的读者来说，是一个巨大的加分项。总的来说，它成功地将一门被许多人视为畏途的学科，变成了一场值得探索的智力冒险。

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说实话，对于一本旨在覆盖整个大学基础物理课程的教材而言，深度和广度往往难以兼得，但《大学物理学》在这方面做到了一个令人赞叹的平衡。我特别欣赏它在处理电磁学部分时所采取的“由场到力”的逻辑递进方式，而非简单地从库仑定律开始机械地累加。作者非常注重物理概念的内在逻辑自洽性，例如，在讲解法拉第电磁感应定律时，它没有孤立地抛出公式，而是将其置于变化的磁通量与保守力场之间的深刻矛盾中进行讨论，这使得学生能够从更本质的层面理解电磁相互作用的非保守性起源。此外，这本书在工具性和应用性上的结合处理得非常高明。对于那些对数学工具感到恐惧的读者，它巧妙地穿插了如“矢量分析简述”或“傅里叶级数在波现象中的应用”这样的附录或小节，这些内容既不打断主线，又为读者提供了必要的数学支撑，展现了作者对不同层次读者的充分体谅。我用它来准备期末考试，感觉覆盖率非常高，几乎所有考点都能在这本书里找到最清晰、最透彻的解释。

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我主要是在自学量子力学基础部分时接触到这本《大学物理学》的后续章节的，原本没抱太大期望，觉得无非是简单提及一下薛定谔方程的皮毛。结果大出所料，它对量子概念的引入处理得极其谨慎和到位，没有急于展示复杂的算符代数，而是花了大量的笔墨去铺垫经典物理的局限性，特别是黑体辐射和光电效应的历史背景，让读者充分体会到“不得不”引入量子假设的时代需求。这种历史与逻辑并重的叙述方法，极大地增强了学习的内在驱动力。书中的“物理图像”构建能力尤其突出，比如描述波函数归一化的过程，它不仅仅是展示积分公式，而是将其解释为“粒子在空间中出现的概率密度总和必须是100%”这一朴素的概率论要求，使得抽象的波函数有了一个直观的物理意义。这本书对于培养科学思维的重要性，远超其作为一本“知识传递载体”的功能，它教导的是一种面对未知现象时该有的探索精神和逻辑严谨性，非常值得细细品味。

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