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出版者:机械工业

作者:邱桃荣

出品人:

页数:289

译者:

出版时间:2005-1

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787111148180

丛书系列:

图书标签:

• Java
• 编程
• 教程
• 入门
• 语言程序设计
• 计算机科学
• 软件开发
• 基础
• 教学
• 教材

《深入理解现代操作系统：架构、原理与实践》 本书致力于为读者提供一个全面、深入且高度实用的操作系统内核知识体系，侧重于分析当代主流操作系统（如Linux和类Unix系统）的设计哲学、核心数据结构以及实际运行机制。它不涉及任何特定编程语言（如Java）的教学或应用，而是专注于操作系统本身作为计算机系统基石的底层逻辑。 --- 第一部分：操作系统基础与硬件交互 第1章：计算机系统结构与操作系统的角色定位 本章从硬件层面上剖析了CPU、内存、I/O设备之间的交互模式，确立了操作系统的核心职能——资源抽象、管理与仲裁。我们将详细探讨冯·诺依曼架构、指令集架构（ISA）对操作系统设计的影响，并引入特权级（保护环）的概念，解释操作系统如何在用户空间和内核空间之间建立起不可逾越的边界。内容涵盖中断向量表（IVT）的设置、复位启动序列的分析，以及如何通过内存管理单元（MMU）进行地址翻译的初始步骤。 第2章：引导过程与内核初始化 深入剖析计算机启动的复杂流程，从BIOS/UEFI的初始化开始，到引导加载程序（如GRUB）的介入，最终交接控制权给内核。本章将详细解析内核“自举”（Bootstrapping）过程中的关键步骤：页表的建立、时钟和中断控制器的初始化、早期内存分配器的激活，以及第一个用户态进程（如`init`或`systemd`）的诞生机制。我们将通过汇编代码片段和内存布局图，清晰展示内核代码在物理内存中的加载和执行路径。 第3章：中断、异常与系统调用机制 本章是理解操作系统响应外部事件的基础。我们将详尽介绍硬件中断（如定时器中断、I/O完成中断）和软件异常（如缺页错误、除零错误）的处理流程。重点分析上下文切换（Context Switching）的底层实现细节，包括寄存器状态的保存与恢复。系统调用作为用户程序与内核交互的唯一合法途径，其在用户态（如glibc库函数）到内核态的陷阱（Trap）过程，以及系统调用表的查找和执行将被细致剖析，并对比不同架构下的系统调用接口差异。 --- 第二部分：进程与线程管理 第4章：进程的生命周期与描述符 本章聚焦于进程这一最基本的并发执行单元。我们将深入研究进程控制块（PCB）或任务结构（Task Struct）的内部结构，揭示其中包含的调度信息、资源引用计数、内存映射信息等关键数据。内容包括进程的创建（`fork()`/`execve()`的内核实现）、等待与终止机制，以及僵尸进程和孤儿进程的处理策略。着重探讨如何通过内核数据结构来追踪和管理系统内所有活动进程的生命周期。 第5章：调度算法的理论与内核实现 调度是操作系统的核心智能所在。本章将系统地梳理从早期批处理系统到现代抢占式多任务系统的演进。详细分析并比较主流的调度算法：固定优先级调度、时间片轮转（Round Robin）、最短剩余时间优先（SRTF）。重点解析Linux内核中复杂的调度器（如CFS, Completely Fair Scheduler）的设计哲学，包括虚拟运行时（vruntime）的概念、调度类的划分（实时、普通），以及如何通过红黑树来维护可运行进程队列的效率。 第6章：线程模型与同步原语 线程作为比进程更轻量级的执行单位，其管理机制是现代应用性能的关键。本章区分用户级线程和内核级线程的优劣，并深入探讨POSIX线程（pthreads）在内核中的映射关系。同步机制的实现是本章的重点：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、屏障（Barrier）和条件变量的原子操作底层实现。我们将分析这些同步机制如何利用硬件提供的原子指令（如Test-and-Set或Compare-and-Swap）来确保并发访问的正确性，避免竞态条件。 --- 第三部分：内存管理与虚拟化 第7章：物理内存管理与伙伴系统 本章探讨内核如何有效地管理有限的物理内存资源。我们将详细介绍内核内存分配器的设计，特别是伙伴系统（Buddy System）的工作原理，包括内存块的合并与拆分算法，以及如何处理内部碎片问题。此外，还将讨论高级内存分配策略，如 slab/slub/slob 分配器，它们如何服务于内核数据结构的高效分配与回收。 第8章：虚拟内存与地址翻译 虚拟内存是现代操作系统最重要的抽象之一。本章深入讲解页表（Page Table）的层次结构（如四级分页），以及MMU如何利用TLB（Translation Lookaside Buffer）加速虚拟地址到物理地址的转换。内容涵盖页大小的选择对性能的影响，以及内核如何处理TLB失效（TLB Shootdown）的同步机制。 第9章：内存映射、交换与缺页异常处理 本章聚焦于虚拟内存的高级应用。分析`mmap()`系统调用的内核实现，特别是如何将文件内容映射到进程地址空间。当进程访问未映射或被换出的页面时，缺页异常（Page Fault）如何触发内核介入，并执行页面置换算法（如LRU的近似实现）或从磁盘加载数据页面的完整流程。 --- 第四部分：文件系统与I/O子系统 第10章：文件系统的层次结构与VFS 本章从抽象层面理解文件系统。我们将详细分析虚拟文件系统（VFS）层的作用，它如何通过统一的接口抽象底层不同的具体文件系统（如Ext4, XFS）。重点剖析VFS中的核心数据结构：超级块（Superblock）、索引节点（Inode）和目录项（Dentry），以及它们在文件操作中的协作关系。 第11章：具体文件系统结构分析（以Ext4为例） 本章将深入一个具体的文件系统——Ext4（或现代日志文件系统）。分析其磁盘布局、块组结构、位图的使用、i-node表的组织。核心在于理解日志（Journaling）机制如何保障文件系统在非正常关机后的一致性，以及数据块的分配和回收策略。 第12章：块设备驱动与I/O调度 I/O子系统是性能瓶颈的常见来源。本章解析块设备的抽象层，包括请求队列（Request Queue）的维护。重点分析I/O调度器的作用，如电梯算法（Elevator/Noop）到更复杂的BFQ（Budget Fair Queueing）和Deadline调度器，它们如何通过重新排序和合并I/O请求来优化磁盘寻道时间。 --- 第五部分：安全、网络与内核扩展 第13章：内核模块化与设备驱动基础 本章探讨操作系统如何通过加载和卸载内核模块来扩展功能，避免每次修改都需要重新编译整个内核。我们将介绍设备驱动程序的基本结构、初始化/清理函数，以及如何通过中断处理程序与硬件通信。 第14章：操作系统安全模型与权限控制 本章专注于操作系统的安全基石。分析基于身份验证（UID/GID）的传统权限模型（DAC）。随后深入探讨更现代的安全增强机制，如强制访问控制（MAC）模型的原理，例如SELinux或AppArmor如何通过策略强制执行，限制内核组件的行为。 第15章：网络协议栈的内核实现 从BSD套接字接口开始，本章追溯数据包从用户程序到网络接口卡（NIC）的旅程。详细分析TCP/IP协议栈在内核中的组织结构，包括套接字缓冲区（Socket Buffer, sk_buff）的数据结构、协议处理层之间的传递，以及中断驱动的网络数据接收与发送流程。 --- 适用读者对象： 计算机科学专业的高年级本科生、研究生，系统程序员，高性能计算领域的研究人员，以及所有渴望从根本上理解计算机系统如何运作的资深软件工程师。 本书假设读者具备扎实的C语言基础和对计算机体系结构的基本了解。

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书写的一般，有些地方还有错误。学习了java的基础知识，图形界面部分的内容没看。 接下来就该学习thinking in java了

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