虚拟现实基础及实用算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:石教英

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:2002-4

价格:32.0

装帧:精装

isbn号码:9787030100351

丛书系列:

图书标签:

• 虚拟现实技术基础及算法
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好的，这是一本名为《深入理解现代操作系统原理与实践》的图书简介，内容详实，旨在为读者提供一个全面、深入的操作系统知识体系。 --- 《深入理解现代操作系统原理与实践》图书简介 定位： 本书旨在成为操作系统领域，特别是针对现代多核、分布式及虚拟化环境下的操作系统设计与实现者的权威参考指南。它超越了传统教科书对基础概念的罗列，聚焦于当代操作系统设计所面临的挑战、最新的解决方案以及背后的理论基础。 目标读者： 本书适合于计算机科学、软件工程专业的本科高年级学生、研究生，系统软件工程师、内核开发者、云计算基础设施工程师，以及所有希望深入理解操作系统底层机制以进行高性能系统优化和创新的专业人士。 内容概述： 本书结构清晰，从硬件基础到高级抽象层层递进，共分为六大部分，详细阐述了现代操作系统的核心组件、设计哲学和前沿技术。 第一部分：基础架构与硬件交互 (The Architectural Foundation) 本部分为后续深入学习奠定坚实的硬件和系统结构基础。我们首先剖析现代处理器的核心特征——乱序执行、超线程（SMT）以及分支预测机制如何影响操作系统的调度和同步设计。 内存层次结构与缓存一致性： 深入探讨L1/L2/L3缓存的工作原理、缓存行的概念，以及在多核环境下，如何通过MESI/MOESI协议保证数据一致性。我们详细分析了操作系统如何通过虚拟内存管理来优化缓存利用率，并讨论了伪共享（False Sharing）问题及其规避策略。 中断、异常与系统调用机制： 详述现代CPU的中断描述符表（IDT）的结构，中断处理流程，以及从用户态到内核态的上下文切换开销分析。重点解析系统调用（Syscall）在不同架构（如x86-64的`syscall`/`sysenter`）下的高效实现方法。 I/O子系统概述： 介绍传统的轮询、中断驱动I/O的局限性，并引入DMA（直接内存访问）机制，为后续的异步I/O模型打下基础。 第二部分：进程与线程管理 (Process and Thread Management) 这是操作系统的核心调度与并发控制部分。我们不仅讲解了PCB（进程控制块）的结构，更侧重于现代调度算法在复杂工作负载下的表现。 进程与线程模型： 区分用户级线程与内核级线程的优劣，深入探讨“轻量级进程”（LWP）的概念。对于现代多核系统，本书特别关注NUMA（非统一内存访问）架构对线程亲和性（Affinity）设定的影响。 现代调度策略： 详细分析CFS（完全公平调度器）的红黑树结构和虚拟运行时（vruntime）机制，探讨其在低延迟和高吞吐量场景下的调优参数。此外，也覆盖了实时系统中的时间片轮转（Timesharing）和固定优先级抢占调度。 上下文切换优化： 深入剖析上下文切换的性能瓶颈，包括寄存器保存、TLB失效和缓存污染。介绍如Fast Context Switching等先进技术如何最小化切换成本。 第三部分：内存虚拟化与管理 (Virtual Memory and Management) 本部分是理解操作系统隔离性和资源抽象的关键。我们全面覆盖了从硬件MMU到高级内存分配器的设计。 分页机制与地址转换： 详细解析多级页表（如四级页表）的结构、页表的内存占用分析，以及TLB（转换后援缓冲器）的工作原理和失效处理。 内存分配器设计： 不仅仅是描述`malloc`/`free`的简单接口，而是深入探讨Slab分配器、Buddy系统（伙伴系统）的设计思想，以及它们如何解决内部/外部碎片化问题。我们还将探讨用户空间的高效分配器（如jemalloc, tcmalloc）的设计模式。 内存映射与共享： 解释`mmap()`系统调用的底层实现，包括文件映射（File-backed mapping）和匿名映射。深入讨论写时复制（Copy-on-Write, COW）技术在`fork()`和共享库加载中的作用。 第四部分：并发控制与同步机制 (Concurrency Control and Synchronization) 在多核时代，锁和同步原语的设计直接决定了系统的可伸缩性。 原子操作与内存屏障： 详述硬件提供的原子指令（如CAS/LL/SC）如何作为构建更复杂同步结构的基础。重点解析内存屏障（Memory Barriers/Fences）的必要性，以及它们如何与CPU的内存模型（如C++ Memory Model）对应，确保跨核心的指令重排可见性。 锁的种类与性能权衡： 对比互斥锁（Mutex）、读写锁（RWLock）和自旋锁（Spinlock）的适用场景。特别关注无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）数据结构的实现原理及其复杂性。 死锁检测与预防： 讲解资源分配图、银行家算法，并讨论在现代高并发系统中，如何通过结构化的锁顺序或乐观并发控制来避免死锁。 第五部分：文件系统与持久化存储 (File Systems and Persistence) 本部分聚焦于数据在非易失性介质上的组织、可靠性和高效访问。 文件系统层次结构： 剖析VFS（虚拟文件系统）层如何实现对不同具体文件系统（如Ext4, XFS, NTFS）的统一接口。 日志与数据完整性： 深入解析Journaling（日志）机制如何保证文件系统的原子性恢复。讨论写时复制文件系统（如ZFS, Btrfs）的设计哲学及其在数据校验和快照方面的优势。 块设备I/O栈： 介绍请求队列的结构（如CFQ, Deadline, Kyber调度器），以及操作系统如何通过I/O合并和排序来优化对机械硬盘和固态硬盘（SSD）的访问。重点分析TRIM/Deallocate命令对SSD寿命管理的影响。 第六部分：虚拟化与容器化 (Virtualization and Containerization) 现代基础设施的基石，本书将这些技术视为操作系统抽象层的延伸。 全虚拟化与硬件辅助： 解释Type-1和Type-2 Hypervisor的区别。重点解析VT-x/AMD-V等硬件扩展如何通过EPT/NPT实现地址翻译的硬件加速，以及陷入（Trap-and-Emulate）机制的性能瓶颈。 操作系统级虚拟化（容器）： 详述Cgroups（控制组）用于资源隔离（CPU、内存、I/O）的机制，以及Namespaces（命名空间）如何提供进程视图、网络栈和文件系统的隔离。分析容器和传统虚拟机的性能开销对比。 安全增强： 讨论如何利用沙箱技术（如Seccomp）和内核模块签名来增强系统的安全边界。 本书的特色： 1. 实践导向： 章节中穿插大量基于实际内核代码（如Linux或FreeBSD）的剖析，辅以伪代码和C语言实现示例，帮助读者将理论与工程实践紧密结合。 2. 性能视角： 每一项设计选择都伴随着性能权衡的分析，强调如何理解系统延迟的来源并进行有效的优化。 3. 前沿覆盖： 引入了近年来新兴的领域，如非易失性内存（NVDIMM）的访问模型，以及面向异构计算（如GPU调度）的操作系统支持。 通过阅读本书，读者将不仅仅是学会如何使用操作系统，更能理解其“为什么”如此设计，从而有能力去构建、维护和创新下一代的计算平台。

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这本书的编排结构展现出极强的系统性和前瞻性。它没有将知识点堆砌在一起，而是构建了一个清晰的知识地图，引导读者进行递进式的学习。从基础概念的奠定，到核心算法的深入探讨，再到特定应用场景的优化策略，每一步的衔接都显得水到渠成，符合人类认知规律。我特别欣赏作者在章节末尾设置的“深入思考”环节，这些问题往往直击要害，能有效检验读者是否真正掌握了该部分的内容，并引导读者去思考未来的发展方向。这种“承前启后”的布局，使得这本书的适用人群非常广泛——既能满足初学者的入门需求，也能为资深从业者提供深入研讨的素材。它不是一本读完就束之高阁的参考书，更像是一部需要反复研习、常读常新的技术宝典。

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实操层面的丰富性是这本书最大的亮点之一。理论固然重要，但在快速迭代的技术领域，如何将纸面知识转化为实际生产力才是王道。这本书在这方面做得极为出色，它提供了大量的代码示例和实际工程案例的分析。更重要的是，这些案例并非孤立存在，而是紧密围绕着章节的理论核心展开，形成了一个完整的学习闭环。我尝试着跟着书中的指导，复现了几个关键的算法实现，发现代码结构清晰，注释详尽，充分考虑了模块化和可扩展性。对于每一个算法的性能考量和资源消耗分析，也写得非常到位，这对于实际部署和优化至关重要。它不仅仅教你“怎么做”，更教你“为什么这样做的效率更高”，这种前瞻性的指导，在当前的技术书籍中是相当少见的。

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坦白说，我最初对技术书籍的阅读体验往往是枯燥乏味的，充满了板着脸孔的说教。但这本书在行文风格上做出了令人惊喜的转变。作者的叙事口吻非常平易近人，仿佛是一位经验丰富的导师在身旁耐心讲解，而不是一位高高在上的权威在训诫。语言上，它巧妙地穿插了一些恰到好处的幽默感和生活化的类比，使得原本严肃的技术内容变得生动有趣。比如，在解释某个迭代过程的收敛性时，作者用到的比喻非常形象，一下子就抓住了重点，让人在会心一笑中记住了知识点。这种“润物细无声”的教学方式，极大地降低了读者的心理门槛，让我在面对复杂算法时，不再感到畏惧，而是产生了探索的兴趣。它成功地将冰冷的代码和理论，注入了人文的温度。

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这本书在理论深度上的挖掘，简直可以用“庖丁解牛”来形容。作者显然对该领域有着极其深刻的洞察力，绝非停留在表面概念的罗列。它系统地梳理了从基础的数学原理到高级的优化技巧，逻辑链条编织得密不透风。我尤其赞赏它对核心算法思想的拆解方式，很多初看觉得晦涩难懂的推导过程，经过作者的层层剖析后，变得豁然开朗。它不像一些教材那样，只是简单地罗列公式，而是深入探究了“为什么是这样”，以及“在不同约束条件下，这种方法有何优势与局限”。对于我这种有一定基础，但渴望突破瓶颈的读者来说，这种深层次的剖析简直是及时雨。它强迫我跳出“会用”的层面，上升到“理解本质”的高度。读完其中几章后，我对整个技术栈的理解深度有了质的飞跃，很多过去似是而非的概念，现在都清晰地固化了。

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这本书的装帧设计实在是一流，封面那种磨砂质感摸上去手感极佳，硬壳精装的质地也让人感觉内容分量十足。光是拿到手里，就能感受到出版方在细节上下的功夫。内页的纸张选择也相当考究，不是那种泛黄的廉价纸，而是挺括、略带米白的纸张，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。排版上，字体的选择和行距的把控都体现了专业性，阅读起来非常流畅。章节标题和正文的对比度拿捏得恰到好处，即便是那些复杂的公式和图表，在清晰的印刷下也一目了然。我尤其喜欢它在插图和示例图上的用心，色彩饱满，线条清晰，这对于理解抽象概念至关重要。总的来说，这本书的物理呈现，完全配得上它所承载的知识密度，称得上是案头必备的典藏级读物。每次翻阅，都能被这种匠心独运的工艺所吸引，绝对不是那种随便印印就推向市场的快销品。

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