计算机应用基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京大学出版社

作者:吴泽晖

出品人:

页数:203

译者:

出版时间:2002-1-1

价格:19.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787301050378

丛书系列:

图书标签:

• 计算机基础
• 应用
• 入门
• 办公软件
• 信息技术
• 计算机应用
• 基础知识
• 数字化
• 学习
• 技能

探寻数字世界的底层逻辑：精选编程与系统架构技术手册 图书名称： 深入理解操作系统与网络协议栈 内容简介： 本书并非一本面向初学者的“应用基础”指南，而是为那些渴望洞悉现代计算体系“心脏”与“神经系统”的进阶开发者、系统架构师及技术研究人员量身打造的深度解析手册。它彻底摒弃了对常用软件操作的浅尝辄止，转而聚焦于驱动这一切的底层机制——操作系统内核的精妙设计与网络通信的复杂协议栈的严谨实现。 第一部分：操作系统的核心：从硬件到抽象层 本部分旨在揭示操作系统如何将纷繁复杂的硬件资源转化为稳定、高效的应用程序运行环境。我们将以经典操作系统（如Linux内核的某些关键模块）为蓝本，进行深入的源码级分析和原理推导。 1. 内存管理：空间的艺术与搏斗 我们不会讨论如何使用内存分配函数，而是深入剖析虚拟内存的诞生。内容涵盖： 地址转换机制： 详尽阐述多级页表（Multi-Level Paging）的硬件支持（TLB缓存命中与失效的性能影响），以及内存分段与分页的演进历程。 物理内存的组织与回收： 分析伙伴系统（Buddy System）的分配与合并策略，以及 Slab/SLUB 分配器在内核对象生命周期管理中的作用。重点研究内存碎片化问题及其应对策略，如页合并、内存规整化（Compaction）。 内核空间与用户空间的隔离： 探讨上下文切换时，页表目录（PML4/CR3寄存器）的切换开销，以及如何通过硬件虚拟化技术（如Intel VT-x/AMD-V）实现更高效的隔离。 2. 进程与线程调度：资源的公平分配 本章将超越简单的进程/线程概念介绍，直击调度算法的实时性和公平性挑战。 调度器深度剖析： 以完全公平调度器（CFS）为例，解析其基于“虚拟运行时”（vruntime）的红黑树数据结构，如何实现O(log N)的查找效率和近似公平的调度。 中断与上下文切换： 细致分解硬件中断（IRQ）的完整处理流程，从中断向量表（IDT）的查找，到保存用户态寄存器组，再到内核态代码的执行，直至返回用户态的完整上下文切换周期，并量化其性能成本。 实时性保障： 讨论硬实时与软实时系统的区别，以及内核如何通过抢占点、锁粒度控制来最小化关键代码段的延迟。 3. 文件系统与I/O子系统：持久化的构建 本部分聚焦于数据如何从易失性内存迁移到持久化存储，并保证其一致性。 日志与事务性： 深入探究Journaling File Systems（如Ext4、XFS）中的日志机制，分析写入顺序、数据与元数据同步（Ordering）对系统崩溃恢复的影响。 块设备驱动模型： 介绍块I/O层的架构，从VFS（虚拟文件系统）到具体设备驱动的请求调度过程，包括电梯算法（Elevator Algorithms）的选择与优化。 异步I/O（AIO）： 比较传统阻塞/非阻塞I/O与现代基于事件通知的异步I/O模型（如Linux的io_uring），探讨AIO在高性能数据库和存储系统中的应用。 第二部分：网络协议栈的精密工程 本书的第二部分将带领读者穿透网络应用层“黑盒”，直达网络接口卡（NIC）和操作系统内核中的协议栈实现细节。 1. TCP/IP协议栈的内幕 我们不仅重述TCP三次握手和四次挥手，而是探究其在内核中的具体实现： 拥塞控制的迭代： 详尽分析TCP慢启动、拥塞避免、快速重传与快速恢复（Reno, NewReno, Cubic）。重点解析不同算法在现代高带宽、高延迟网络（如数据中心内部或广域网）下的性能表现与调优参数。 零拷贝技术（Zero-Copy）： 深入研究`sendfile()`等系统调用如何避免数据在用户空间和内核空间之间的不必要拷贝，及其在高性能Web服务器和代理中的关键作用。 Socket API的内核映射： 追踪一个`socket()`调用到内核数据结构（如`sock`结构体）的建立过程，以及发送缓冲区与接收缓冲区的管理机制。 2. 现代网络I/O模型与性能优化 本章专注于如何高效地处理大量并发连接，这是构建高并发服务的基础。 I/O复用技术演进： 对比`select`/`poll`的局限性，详细解析`epoll`（Linux）和`kqueue`（BSD/macOS）的工作原理，特别是`epoll`的事件驱动（ET）与水平触发（LT）模式的性能差异及适用场景。 用户态网络栈： 介绍DPDK（Data Plane Development Kit）等用户态网络框架，解释其如何绕过内核协议栈，直接通过轮询（Polling）模式访问NIC硬件，从而实现微秒级的延迟和极高的包处理速率。 3. 网络虚拟化与分布式通信 针对云原生和大规模部署，本部分讨论了网络抽象层。 内核旁路与eBPF： 介绍eBPF（扩展的伯克利数据包过滤器）在内核中安全地运行用户定义程序的能力，探讨如何利用它进行高性能的流量监控、负载均衡和防火墙规则动态加载，而无需重新编译内核。 RDMA（远程直接内存访问）： 探讨RDMA技术如何实现在不涉及CPU干预的情况下，将数据直接从一台机器的内存传输到另一台机器的内存，这是构建高性能计算（HPC）和存储集群的关键技术。 总结： 本书面向的目标读者是希望从“如何使用”跃升至“如何设计”的技术人员。它通过对操作系统核心组件和网络通信协议栈的结构化、深层次剖析，帮助读者建立起对现代计算环境的坚实、微观认知，是构建高性能、高可靠性系统的理论基石。阅读本书，意味着掌握了调试系统级瓶颈、设计复杂软件架构所必需的底层洞察力。

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