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出版者:海洋出版社

作者:胡锦承

出品人:

页数:339

译者:

出版时间:2001-9

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787502752781

丛书系列:

图书标签:

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深入解析现代操作系统内核：从驱动到虚拟化 本书聚焦于当代主流操作系统的核心架构、底层机制以及高级系统编程技术，旨在为系统级工程师、高级程序员和希望深入理解计算机工作原理的技术爱好者提供一套全面、深入且极具实践价值的指南。 在当今计算环境中，无论是面向桌面、服务器还是嵌入式的应用，操作系统（OS）的稳定性和性能都直接决定了整个系统的上限。本书将视角从传统的配置管理和用户级优化，提升至操作系统内核的深层结构和关键功能模块，致力于揭示现代操作系统（如Windows NT/2000/XP/Vista及更高版本，以及类Unix内核如Linux）在内存管理、进程调度、文件系统I/O和设备驱动程序交互方面的精妙设计。 第一部分：操作系统核心架构与引导流程解析 本部分将彻底剖析操作系统的基本构成，并追踪系统从硬件上电到用户程序成功加载的完整生命周期。 第一章：引导序列的艺术 我们将详细审视现代固件（UEFI/BIOS）与操作系统引导加载程序（如Windows Boot Manager、GRUB）之间的协作关系。内容包括： UEFI 服务的深入探索： 讲解统一可扩展固件接口（UEFI）如何取代传统BIOS，其关键组件（如安全启动、驱动执行环境PEI/DXE）的职责划分。 内核加载与内存映射： 描述引导加载程序如何将操作系统核心映像（Kernel Image）从磁盘加载到物理内存中，以及如何建立初始的虚拟地址空间映射表。 内核初始化阶段（Hiberboot/Fast Startup的幕后）： 探讨内核初始化过程中的关键步骤，包括中断描述符表（IDT）、全局描述符表（GDT）的设置，以及与硬件抽象层（HAL）的首次握手。 第二章：内存管理单元（MMU）的统治 内存是操作系统的生命线。本章将深入讲解虚拟内存系统的实现细节，这对于理解性能瓶颈至关重要。 页表结构与转换机制： 详细解析多级页表（如四级或五级页表）的组织结构，TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响，以及上下文切换时TLB的维护策略。 内核态与用户态内存隔离： 解释如何通过权限位（P/D 位）实现地址空间的安全隔离，以及用户态代码如何请求内核分配和映射内存。 内存分配器剖析（Slab/Pool/Page Allocator）： 对比不同内核（如Linux的Slab/SLUB/SLOB与Windows的Pool Manager）的内存池管理策略，分析其在处理小对象和碎片化问题上的优劣。 第二部分：并发、调度与同步原语 理解操作系统如何管理数十乃至数千个并发执行流，是掌握现代多核编程的基础。 第三章：进程与线程的生命周期管理 本章超越了API层面，直击内核数据结构。 进程描述符（EPROCESS/task_struct）的构成： 详述内核中用于描述进程状态、资源分配和安全上下文的核心数据结构。 线程模型与上下文切换： 分析内核如何实现线程级别的调度，以及硬件上下文切换（保存/恢复寄存器状态）的汇编级实现细节。 内核栈与用户栈的切换： 详细讲解系统调用（Syscall/Int 2E/KiSystemCall）触发时，CPU权限级别和栈指针的原子性转换过程。 第四章：高级调度算法与多核扩展性 现代调度器必须在公平性、延迟和吞吐量之间找到平衡。 公平调度器（CFS）与完全公平调度： 深入解析Linux CFS的虚拟运行时（vruntime）概念，以及其如何通过红黑树实现 O(log N) 的调度决策效率。 时间片管理与优先级反转： 讨论实时（RT）优先级与普通优先级的处理机制，以及内核如何利用时间片轮转和抢占（Preemption）策略保证系统响应性。 NUMA 感知调度： 针对多路CPU服务器，阐述调度器如何尝试将进程与其所需数据所在的内存节点保持在同一物理域内，以优化缓存命中率。 第三部分：设备交互与I/O子系统 设备驱动是连接硬件与操作系统的桥梁。本部分将重点解析I/O请求的处理流程。 第五章：驱动程序框架与中断处理 WDM/WDF与Linux驱动模型对比： 分析不同平台上驱动程序接口的演变，重点讲解即插即用（PnP）资源分配和驱散过程。 硬件中断（IRQ）的生命周期： 解释从硬件设备触发中断信号到操作系统执行相应中断服务例程（ISR）的完整路径，包括 DPC/SoftIRQ 的延迟过程。 DMA（直接内存访问）的安全配置： 探讨驱动程序如何安全地设置 DMA 缓冲区，并避免跨越安全边界的数据泄露。 第六章：高效能文件系统（I/O堆栈） 文件系统是I/O性能的关键瓶颈。本章关注其缓存机制和请求调度。 I/O 路径的异步化： 讲解 I/O 请求包（IRP/bio）如何在内核的各个层级（如缓存管理器、文件系统驱动）中传递和转换。 缓存与预读策略： 分析系统级的页缓存（Page Cache）和目录缓存的填充、老化和一致性维护策略，以及不同调度算法（如Noop, Deadline, CFQ）对磁盘访问顺序的影响。 事务性与日志记录： 探讨 NTFS 和 Ext4 等现代文件系统如何利用日志机制保证数据完整性，以及在崩溃恢复过程中所需执行的操作。 第四部分：系统安全与虚拟化基础 现代操作系统越来越依赖隔离技术来增强安全性和支持云计算环境。 第七章：内核安全机制与沙箱技术 地址空间布局随机化（ASLR）的实现细节： 深入分析内核和用户空间ASLR的实现机制，以及边界情况下的绕过尝试与防御。 强制访问控制（MAC）与安全审计： 以 SELinux 或 Windows 对象的安全描述符（SDDL）为例，解析权限模型的细粒度控制。 内核对象句柄管理： 探讨句柄表的结构，以及如何通过句柄继承和引用计数来管理系统资源的生命周期。 第八章：从虚拟机到容器：隔离技术的底层逻辑 硬件辅助虚拟化（VT-x/AMD-V）： 解析 VMM（虚拟机监视器）如何利用 CPU 扩展指令集来拦截敏感指令，实现客户机操作系统（Guest OS）的透明运行。 EPT/NPT 的内存虚拟化： 描述扩展页表如何极大地减少了 VM-Exit 的频率，从而提高了虚拟机的性能。 容器化与命名空间（Namespaces）： 区别于传统虚拟机，深入剖析 Linux 容器如何通过 PID、Mount、Network 等命名空间实现轻量级的进程隔离，以及 cgroups 对资源限制的底层控制。 本书的编写风格侧重于原理的严谨阐述和对实际内核代码路径的推演，每一章节都力求从“为什么”到“如何做”提供详尽的解释，是技术深度探索者的必备参考。

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