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出版者:第1版 (2005年6月1日)

作者:武马群

出品人:

页数:220 页

译者:

出版时间:2005-7

价格:20.00

装帧:平装

isbn号码:9787563915156

丛书系列:

图书标签:

• QBASIC
• 编程入门
• 程序设计
• 计算机基础
• 经典教材
• DOS编程
• BASIC语言
• 算法
• 教学
• 入门教程

《深入理解现代操作系统：内核、网络与虚拟化实践》 内容概要： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且侧重实践的现代操作系统（主要以Linux为例）的剖析。不同于传统的理论堆砌，本书的重点在于揭示操作系统复杂组件背后的工作机制，并通过大量的代码示例和实际操作指南，帮助工程师和高级用户构建对底层运行原理的直观理解。全书内容环绕三大核心支柱展开：操作系统内核的架构与管理、网络协议栈的精细控制，以及前沿的虚拟化与容器技术。 第一部分：操作系统内核的精妙结构与资源管理 本部分将带领读者穿梭于操作系统的核心——内核之中，探索其如何高效地管理有限的硬件资源。 第一章：内核基础与启动流程剖析 本章首先确立了操作系统的基本概念模型，包括宏内核、微内核和混合内核的优缺点对比。重点详细阐述了系统从按下电源键到用户程序开始执行的完整启动序列。读者将学习到BIOS/UEFI的作用、Bootloader（如GRUB）的加载过程、内核的自解压与初始化，以及`init`进程（或`systemd`）如何接管控制权。我们将深入分析内核初始化阶段对内存、中断描述符表（IDT）和进程上下文的建立过程。 第二章：内存管理：地址转换与虚拟化 内存是操作系统最关键的资源。本章深入探讨了虚拟内存的原理，解释了为什么现代系统采用分页机制而非分段机制。我们将详细解析页表的层次结构（如四级页表）以及硬件如何通过转换后援缓冲器（TLB）加速地址查找。实践部分聚焦于用户空间与内核空间如何通过内存映射（mmap）共享数据，以及内核如何处理缺页异常（Page Fault），实现按需调页。此外，我们还将介绍内存的分配策略，包括伙伴系统（Buddy System）和slab分配器，分析它们在管理不同大小内存块时的性能权衡。 第三章：进程与线程调度机制详解 进程和线程是并发执行的基本单元。本章不仅定义了这些概念，更侧重于调度算法的实际应用。我们将对比经典的先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）以及时间片轮转（Round Robin）。随后，重点分析现代Linux内核使用的完全公平调度器（CFS）的工作原理，包括虚拟运行时（vruntime）的概念以及如何通过红黑树实现高效的调度队列管理。我们将展示如何使用`strace`和内核跟踪工具观察进程上下文切换的开销和时序。 第四章：同步原语与并发控制 并发编程的难点在于同步。本章详细介绍了保障数据一致性的关键工具：互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、读写锁以及原子操作。我们将深入探究内核如何实现这些同步机制，尤其是自旋锁（Spinlock）和休眠锁（Sleeping Lock）在不同场景下的适用性，并分析著名的死锁、活锁和饥饿问题，提供相应的检测和避免策略。 第二部分：网络协议栈的深度解析与定制 现代操作系统是网络世界的基石。本部分将系统性地解构TCP/IP协议栈在内核中的实现。 第五章：内核中的网络数据结构与数据包处理 本章从硬件层面切入，描述了网络接口卡（NIC）如何通过DMA将数据包送入内核。核心内容聚焦于套接字（Socket）抽象层如何映射到内核中的具体数据结构，如`sk_buff`（Socket Buffer）。我们将详细跟踪一个入站数据包从网卡驱动到应用程序用户空间读取的完整路径，分析中断处理、软中断与硬中断的协同工作机制。 第六章：TCP/IP协议栈的内核实现 本章深入TCP协议的拥塞控制与可靠性机制。重点剖析内核如何管理TCP连接状态机、滑动窗口协议、快速重传与快速恢复算法。我们还将探讨现代Linux内核如何实现BBR等新型拥塞控制算法，以及如何通过`sysctl`接口调整TCP缓冲区大小、延迟确认（Delayed ACK）等关键参数以优化网络性能。 第七章：网络虚拟化与eBPF的应用 本章关注网络性能的优化前沿。我们将介绍零拷贝（Zero-Copy）技术如何减少数据在内核和用户空间之间的不必要拷贝。随后，重点介绍eBPF（扩展的Berkeley数据包过滤器）技术。读者将学习如何利用eBPF编写安全、高性能的内核程序，用于实时网络监控、流量控制和负载均衡，实现不修改内核代码即可定制网络行为的能力。 第三部分：虚拟化、容器与持久化存储 操作系统对硬件的抽象能力，是现代云计算基础设施的核心。 第八章：系统级虚拟化的底层技术 本章探讨了现代Hypervisor（如KVM）是如何工作的。我们将详细介绍硬件辅助虚拟化（如Intel VT-x/AMD-V）的原理，重点分析影子页表与EPT/NPT技术如何使得客户机操作系统能直接访问硬件资源，而无需频繁陷入（Trap）到Hypervisor。我们将展示如何在Linux宿主机上使用QEMU配置一个KVM虚拟机。 第九章：容器技术的核心：命名空间与控制组 容器（如Docker）是操作系统资源隔离的典范。本章将深入剖析容器实现的关键技术：Linux命名空间（Namespaces）如何隔离进程ID、网络栈、文件系统等视图，以及控制组（cgroups）如何对CPU、内存、I/O等资源进行限制和度量。读者将动手实践如何使用`unshare`和`cgcreate`等原生工具，模拟构建一个精简的容器环境。 第十章：现代文件系统与持久化 本章聚焦于现代日志文件系统（如Ext4/XFS）的内部结构。我们将分析写入操作如何通过日志（Journaling）机制保证数据一致性，以及写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在Btrfs或ZFS中的应用，如何实现高效的数据快照和数据校验。同时，也会简要介绍块设备驱动层对SSD和NVMe存储器的优化适配。 目标读者： 系统程序员、网络工程师、云计算架构师、高级系统管理员，以及所有希望从应用层面深入到操作系统内核层面理解软件运行机理的技术专业人士。 本书特色： 实践导向： 大量基于Linux内核源代码（特定版本）的分析，结合用户态工具的实战演练。 深度剖析： 不停留在“是什么”的层面，深入探讨“为什么”和“如何做”。 前沿覆盖： 整合了现代云计算基础设施所需的核心技术栈，如eBPF和Cgroups。

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拿到这本书后，我的第一反应是，这简直就是一本时间胶囊。内页的纸张略带泛黄的质感，让我忍不住想起了图书馆里那些泛黄的旧书。我原本以为内容会是那种枯燥乏味的语法罗列，但深入阅读后发现，作者在理论讲解之外，加入了大量的“小练习”和“趣味项目”。比如，书中有一个章节是教如何用QBASIC制作一个简单的迷宫生成器，这个过程完全依赖于循环和条件判断，没有依赖任何图形库，完全是字符层面的运算。我试着敲了一遍，虽然界面简陋，但当那个‘@’符号真的能按照我设定的逻辑在屏幕上移动时，那种乐趣是现在很多封装好的游戏引擎给不了的。这本书的结构安排非常巧妙，它不是简单地罗列知识点，而是围绕着“解决问题”来构建内容的。每一个章节的结尾，都会有一个“进阶挑战”，这些挑战往往需要读者自己去思考如何组合前面学到的指令，这极大地锻炼了读者的逻辑推理能力。对于我这种已经接触过其他语言的“老手”来说，回顾这些基础知识，反而能更清晰地看到很多高级语言背后隐藏的运行机制。它像是一个基石，让你重新审视计算机是如何一步步执行人类意图的，非常扎实。

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这本书的阅读体验，给我带来了一种回归本源的平静感。在如今这个充斥着各种框架、各种依赖的时代，很多编程工作似乎更像是在“组装乐高积木”，而这本《QBASIC语言程序设计》则强迫你重新去“烧制砖块”。我尤其喜欢其中关于子程序和函数调用的那一章。作者非常清晰地阐述了栈的概念，尽管QBASIC在这方面的操作是隐式的，但通过分析调用堆栈的深度变化，读者可以很直观地理解程序执行的路径。书中还穿插了一些历史背景的小故事，比如某个著名的软件是如何用早期BASIC语言编写出来的，这为略显枯燥的语法学习增添了人文色彩。读完这本书，我感觉自己的编程基础得到了极大的夯实，以前在高级语言中那些理所当然的功能，现在我能说出它们在底层是如何被模拟或实现的了。它就像是一把钥匙，不仅打开了QBASIC的世界，更重要的是，它帮我重新校准了对编程这门手艺的敬畏之心，让人明白，无论技术如何迭代，清晰的逻辑永远是程序的核心。

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不得不说，这本书的装帧设计与内容本身形成了鲜明的对比——外表朴实无华，内里乾坤浩瀚。我原本以为，涉及QBASIC这种“上古语言”的教材，内容会非常单薄，可能只够讲几个小时的内容。然而，这本书的厚度却出乎我的意料，它足足有近六百页，并且每一页都写得满满当当。这种信息密度，使得它不仅仅是一本入门教程，更像是一本工具手册。例如，书中有一大章专门详细剖析了如何利用ASCII码进行字符艺术创作，这在图形界面普及的今天，几乎是闻所未闻的“冷门”知识点。作者对此的讲解细致入微，甚至列出了各种常用字符的十进制和十六进制代码对照表，这表明作者力求将这门语言的方方面面都涵盖进去，体现出一种近乎偏执的全面性。对于那些对计算机历史和底层实现有强烈好奇心的读者而言，这本书无疑是一个宝库。它没有回避QBASIC的局限性，反而将这些局限性转化为探索编程本质的契机。

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这本厚厚的书摆在桌上，名字是《QBASIC语言程序设计》，光是拿在手里就能感受到那种沉甸甸的分量，封面的设计带着一股浓浓的怀旧气息，让人仿佛一下子回到了那个拨号上网还算新潮的年代。我最开始接触编程，就是从那个绿底黑字的DOS界面开始的，所以看到这个标题，心里不免涌起一股暖流。随便翻开几页，就能看到那些熟悉的关键字，比如`INPUT`、`PRINT`、`GOTO`，虽然现在的编程语言动辄面向对象、异步处理，但回想当年，能用这些简单的指令让屏幕上的字符动起来，那种成就感是无可替代的。这本书的排版非常工整，对于初学者来说，每一个代码块的缩进和注释都显得清晰明了，作者显然对如何引导新手入门有着深刻的理解。它不像某些现代教材那样，上来就抛出复杂的概念，而是循序渐进，从最基础的变量定义讲起，慢慢过渡到流程控制和子程序。我特别欣赏书中对数据结构的讲解部分，虽然QBASIC在数据类型上远不如C++或Python丰富，但作者却能巧妙地利用数组和字符串，模拟出一些相对复杂的数据组织方式，这对于理解底层逻辑非常有帮助。这本书的价值，也许不在于教授最新的技术，而在于它保存了一种纯粹的编程思维的种子，让每一个翻开它的人，都能真切地感受到“代码即指令”的原始魅力。

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这本书的叙事风格，说实话，有点像一位经验丰富的老教师在耐心地给你讲课，语气平和，逻辑严密，但又时不时地流露出对这门古老语言的热爱。我注意到，作者在解释一些容易混淆的概念时，比如`FOR...NEXT`循环和`WHILE...WEND`循环的区别和适用场景，会用非常形象的比喻，而不是干巴巴的定义。我记得有一处，他将`FOR`循环比作是“按部就班的士兵”，而`WHILE`循环则像是一个“灵活的哨兵”，会根据外部环境随时改变行动。这种生动的比喻，让那些抽象的控制流程变得直观可感。此外，书中对程序的调试技巧也给予了足够的重视，这在很多现代教材中是被弱化的。作者详细讲解了如何利用`STOP`语句和观察变量值的变化来追踪程序的错误，这对于培养严谨的调试习惯至关重要。我曾经花了好几个小时调试一个复杂的嵌套循环，就是因为回忆起了书中提到的那个“观察变量轨迹”的方法，才茅塞顿开。这本书的价值在于，它不仅教你“写代码”，更重要的是教你“像一个程序员一样思考和纠错”。

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