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出版者:人民邮电出版社

作者:(美)Microsoft Corporation

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-9

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787115087546

丛书系列:

图书标签:

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深度解析现代操作系统内核与系统级编程实践 本书聚焦于操作系统最核心、最底层的运行机制，旨在为资深开发者、系统架构师以及对操作系统原理有深入探究需求的专业人士，提供一套详尽、前沿且极具实践指导性的技术手册。 本书并非针对特定商业操作系统的用户培训或基础应用指导，而是深入挖掘通用操作系统的设计哲学、内核结构、内存管理、进程间通信（IPC）以及设备驱动模型的本质。它侧重于跨平台、跨代际的系统级知识体系构建，而非特定版本的功能介绍。 第一部分：操作系统核心原理与体系结构 本部分将彻底解构现代操作系统的宏内核、微内核及混合内核架构的演进历程与优缺点分析。我们将详细剖析操作系统的启动流程，从固件（Firmware）初始化到内核完全加载并接管硬件控制的完整链条。 1.1 内核态与用户态的隔离机制： 深入探讨硬件支持的保护环（Protection Rings）机制，包括特权指令的限制、系统调用（System Call）的陷阱/中断处理流程，以及上下文切换（Context Switching）的低延迟优化策略。 1.2 内存管理单元（MMU）的精妙运作： 彻底阐述虚拟内存的抽象概念。内容涵盖页表（Page Table）的多级结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制、页错误（Page Fault）的处理流程、以及操作系统的内存分配算法（如伙伴系统、Slab分配器）的设计与性能考量。我们将重点分析内存碎片化问题及其缓解技术。 1.3 进程与线程的并发控制： 区别于简单的进程创建与销毁，本章深入研究调度算法的理论基础。包括固定优先级、轮转（Round-Robin）、多级反馈队列（MLFQ）以及实时调度（如EDF、RMS）在不同负载下的性能表现。并发控制部分，我们将详细对比和实现锁（Lock）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、读写锁（RWLock）以及无锁（Lock-Free）数据结构的底层实现细节，并分析死锁的预防、检测与恢复策略。 第二部分：高级系统编程与内核接口交互 本部分专注于如何利用系统提供的底层接口，编写高效、可靠的系统级应用程序和子系统模块。 2.1 进程间通信（IPC）的深度优化： 除了标准管道和信号，本书将重点分析高性能IPC机制。包括共享内存（Shared Memory）的同步机制、消息队列（Message Queues）的内核实现、以及基于Socket（包括Unix Domain Sockets）的高效数据传输协议栈的定制与优化。 2.2 异步I/O模型与高性能网络编程： 探讨传统的阻塞I/O模型的局限性，并全面介绍现代操作系统的I/O复用技术，如`epoll`（Linux）、`kqueue`（BSD/macOS）的工作原理。我们将设计和实现基于事件驱动模型的网络服务器框架，重点关注I/O多路复用与协程（Coroutines）的结合应用。 2.3 文件系统（FS）的结构与持久性： 剖析通用文件系统的元数据结构（如i-node、目录项、超级块）。深入探讨写时复制（CoW）技术在现代文件系统中的应用，以及事务性日志记录（Journaling）如何保证数据的一致性和快速恢复能力。磁盘I/O调度的优化策略也将被详细讨论。 第三部分：系统扩展与硬件抽象层 本部分针对系统扩展和定制化需求，提供驱动开发与内核模块交互的实战指南。 3.1 设备驱动模型概览： 介绍操作系统如何抽象硬件差异，通过总线架构（如PCIe）与驱动程序交互。我们将分析字符设备（Char Devices）和块设备（Block Devices）驱动的基本框架，以及驱动程序如何安全地在内核空间中执行代码。 3.2 内核模块的加载与符号解析： 讲解如何安全地编译、加载和卸载内核模块，以及模块间通信和符号导出的机制。同时，重点强调模块编程中的内存泄漏、竞态条件和系统稳定性风险控制。 3.3 虚拟化环境下的系统行为分析： 探讨在Hypervisor（如KVM, Xen）管理下，操作系统内核如何感知和处理虚拟化带来的性能开销（如时钟源管理、I/O虚拟化V-Ring机制）。分析客户机操作系统（Guest OS）与宿主机（Host OS）之间资源协调的技术细节。 本书的价值在于其对系统底层机制的“穿透式”分析，旨在培养读者从“使用操作系统”到“理解并掌控操作系统”的能力。所涵盖的技术点面向于操作系统理论研究的尖端，以及现代高性能计算环境下的实际挑战。

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