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出版者:Sams

作者:Michael Waite

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1983-08

价格:USD 22.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780672220289

丛书系列:

图书标签:

• UNIX
• 操作系统
• 编程
• 技术
• 计算机科学
• 学习
• 教程
• 入门
• Linux
• 开发

《操作系统原理与实践：从理论到应用》 一、本书概览与定位 本书旨在为读者提供一套全面、深入且具有实践指导意义的操作系统知识体系。我们深知，操作系统作为现代计算的基石，其复杂性常常令初学者望而却步。因此，本书的编写遵循“理论先行，实践支撑”的原则，力求在严谨的学术基础上，融入大量工程实践中的真实例子和设计权衡，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“为什么”和“怎么做”。 本书的受众面向计算机科学与技术、软件工程、网络工程等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及希望系统性梳理和提升自身操作系统知识水平的软件工程师、系统架构师。我们假设读者具备一定的C语言基础和计算机组成原理的初步知识。 二、核心内容深度剖析 本书内容结构严谨，逻辑清晰，共分为六大部分，涵盖了操作系统设计与实现的各个关键领域。 第一部分：操作系统的基础与结构（Foundation and Architecture） 本部分首先确立了操作系统的核心地位和目标，探讨了操作系统的演变历程，从早期的批处理系统到现代的多用户、多任务、分布式环境。 系统调用接口设计： 深入剖析了用户态与内核态的转换机制，重点讲解了系统调用的实现方式（如中断、陷阱、软件模拟），以及如何设计高效、安全且富有弹性的系统调用接口。我们将通过分析Linux和类Unix系统中的关键系统调用，展示接口设计中的权衡艺术。 内核组织结构： 详细对比了宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）、混合内核（Hybrid Kernel）的设计哲学、优缺点及适用场景。本书将以实际代码片段或伪代码形式，阐释不同结构下模块间通信、资源管理的差异。 引导过程（Boot Process）： 涵盖了从BIOS/UEFI启动到操作系统内核加载完成的完整流程，包括引导加载程序（Bootloader）的工作原理，如GRUB或LILO的机制，以及内核如何初始化自身数据结构。 第二部分：进程与线程管理（Process and Thread Management） 这是操作系统的核心职能之一。本部分将进程和线程的概念从抽象层面深入到具体的实现细节。 进程描述与控制： 深入探讨进程控制块（PCB）的结构、状态转换图的实现细节。重点讲解上下文切换（Context Switching）的开销、陷阱机制及其在内核中的具体处理流程。 线程模型与API： 区分用户级线程（User-Level Threads）和内核级线程（Kernel-Level Threads），并分析N:M 线程映射模型。我们将详细介绍POSIX Threads (Pthreads) 的API，并探讨线程的创建、同步与销毁在内核中的映射关系。 进程调度算法的精妙： 不仅限于理论介绍，我们将侧重于实时调度（如Rate Monotonic, Earliest Deadline First）和现代分时调度（如Completely Fair Scheduler, CFS）的内部工作机制。通过模拟不同负载下的性能分析，揭示调度器设计如何影响系统的响应时间和吞吐量。 第三部分：内存管理（Memory Management） 内存管理是决定系统性能的关键环节。本部分旨在揭示虚拟内存如何将抽象概念转化为可控的资源。 地址翻译机制： 详述分段（Segmentation）和分页（Paging）的原理，重点分析多级页表（Multi-Level Paging）的结构如何平衡地址空间的大小与页表自身的内存占用。我们将深入讲解TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用、命中与失效的处理流程，以及由此带来的性能影响。 内存分配与回收： 探讨内核内存分配器（如Slab/SLUB分配器）的设计理念，如何解决内部碎片和外部碎片问题，并保证高效的分配和回收速度。 虚拟内存与置换策略： 详细介绍缺页中断（Page Fault）的处理流程，包括内核如何定位物理页并从磁盘加载数据。对比FIFO, LRU, Clock等页面置换算法的实际应用场景和实现复杂度。 第四部分：文件系统与I/O（File Systems and I/O Subsystems） 本部分关注数据持久化和外部设备交互。 文件系统结构： 剖析文件系统的逻辑结构（目录结构、i节点）和物理存储布局。重点分析日志文件系统（如Ext4, NTFS）如何通过日志机制保证事务的原子性和一致性，以及写时复制（Copy-on-Write, CoW）技术在现代文件系统中的应用。 块设备管理： 阐述I/O子系统的整体架构，包括设备驱动程序、中断处理、DMA（直接内存访问）机制。重点讲解I/O调度器（如Deadline, CFQ, Noop）如何优化磁盘访问顺序，以最小化机械磁盘的寻道时间。 缓冲区缓存（Buffer Cache）： 讲解操作系统如何利用内存缓存来加速对慢速存储设备的访问，以及缓存一致性维护的挑战。 第五部分：并发控制与同步（Concurrency Control and Synchronization） 并发是现代操作系统的核心挑战。本部分侧重于构建无死锁、无竞态条件（Race Condition）的并发程序。 同步原语的实现： 深入解析互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、管程（Monitor）在底层是如何利用硬件支持（如Test-and-Set指令）实现的。我们将分析这些原语在避免禁用中断或使用硬件原子操作时的性能差异。 经典同步问题： 详细分析生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题的经典解决方案，并探讨这些方案在多核环境下的局限性。 现代并发工具： 介绍无锁（Lock-Free）和基于内存屏障（Memory Barriers）的高级同步技术，为读者向高性能计算领域过渡打下基础。 第六部分：系统性能、安全与分布式基础（Performance, Security, and Distributed Basics） 本部分将视野扩展到更广阔的领域，探讨操作系统的健壮性和未来方向。 性能剖析与工具： 介绍如何使用系统工具（如`perf`, `vmstat`, `iostat`）来监控和分析操作系统的瓶颈。重点讲解性能分析中的陷阱，如过度依赖缓存指标带来的误判。 系统安全基础： 探讨访问控制模型（如DAC, MAC），权限管理（如Capabilities），以及如何通过沙箱（Sandboxing）技术隔离应用。 分布式系统的引入： 简要介绍分布式操作系统的挑战，如时钟同步、一致性模型（CAP定理的体现），为读者理解分布式计算环境中的资源管理提供初步视角。 三、本书特色与教学方法 1. 理论与代码的紧密结合： 本书大量引用了Linux内核的经典代码片段（C语言），而非简单的伪代码，帮助读者直观理解抽象概念在真实代码中的体现。 2. 实践驱动的案例分析： 每个章节后都附有“实践挑战”部分，引导读者使用标准工具或编写小型模拟器（如调度模拟器、内存分配器原型）来验证和深入理解所学概念。 3. 权衡与取舍的讨论： 我们坚持认为，没有“完美”的操作系统设计，只有“最适合当前需求的”设计。本书贯穿了对不同设计选择的成本、收益和适用性的深入讨论。 通过阅读《操作系统原理与实践：从理论到应用》，读者将构建起一个扎实、深刻且具有实战价值的操作系统知识框架，为未来深入研究系统底层技术或进行复杂的软件架构设计做好充分准备。

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这本书真的太棒了！作为一个刚接触 UNIX 系统的新手，我之前对命令行操作感到非常畏惧，总觉得那是技术大神们的专属领域。但《UNIX Primer Plus》完全颠覆了我的看法。它以一种极其友好的方式，从最基础的概念讲起，循序渐进地引导我认识 UNIX 的核心思想和基本命令。我尤其喜欢它讲解文件系统时用的比喻，一下子就让我明白了目录结构是怎么回事。还有关于权限管理的章节，以前觉得很抽象，这本书通过生动的例子，比如“只有房主才能进自己的家”，让我立刻理解了读、写、执行权限的含义。而且，它没有上来就灌输大量的术语，而是将概念拆解成小块，用清晰易懂的语言解释，每解释完一个概念，都会配上几个实操练习，让我能够立刻动手验证，加深理解。最让我感动的是，它并没有假设读者已经有任何编程基础，而是从最最基本的操作开始，比如如何启动终端，如何输入命令，如何查看文件内容。这些看似琐碎的细节，对于初学者来说却至关重要，能够帮助我们快速建立信心，克服最初的障碍。我真的觉得，这本书为我打开了通往 UNIX 世界的大门，让我不再害怕那个黑乎乎的终端窗口，反而充满了探索的兴趣。

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作为一名长期从事服务器维护工作的技术人员，我经常需要在各种 Linux 发行版上进行操作。虽然经验丰富，但总觉得在某些底层原理上不够扎实。《UNIX Primer Plus》这本书，以其严谨的逻辑和深入浅出的讲解，为我提供了一个绝佳的温故知新的机会。它对于进程调度、内存管理、文件 I/O 的底层机制的阐述，虽然没有达到操作系统原理书籍的深度，但足以让系统管理员对这些概念有一个清晰的认识，从而在处理性能问题或故障排查时，能够更准确地定位问题根源。书中关于信号量的讨论，以及对各种系统调用的细致解读，都非常有价值。此外，它在介绍 shell 编程时，并没有止步于简单的脚本编写，而是探讨了如何编写更高效、更健壮的 shell 脚本，这对于提高日常工作效率大有裨益。我个人尤其推崇书中关于错误处理和调试技巧的讲解，这在复杂的服务器环境中尤为重要。这本书，绝对是每一位 UNIX/Linux 系统管理员书架上不可或缺的工具书。

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我是一名资深的网络工程师，在工作中接触 UNIX 系统多年，但一直都是在“用”，而不是“懂”。很多时候，遇到一些疑难杂症，只能靠经验或者搜索引擎来解决，总感觉缺乏系统性的理解。《UNIX Primer Plus》恰好弥补了我的这一短板。它没有停留在表面命令的介绍，而是深入讲解了 UNIX 的哲学，比如“一切皆文件”的理念，以及进程管理、I/O 重定向等核心概念。这本书的深度和广度都令我印象深刻，它不仅解释了“是什么”，更重要的是解释了“为什么”和“怎么做”。我特别欣赏它在讲解 shell 脚本部分时，是如何从简单的命令组合逐步过渡到复杂的逻辑判断和循环结构的。这对于我这种需要编写自动化脚本的工程师来说，简直是福音。而且，书中提到的很多设计思想，比如“小而专”的工具组合，以及管道符的强大威力，都让我受益匪浅。它帮助我重新审视了自己过去的工作方式，思考如何更有效地利用 UNIX 的强大功能来解决实际问题。这本书的理论与实践结合得非常好，读起来一点也不枯燥，反而有一种豁然开朗的感觉。

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这本书真的是我学习 UNIX 的“启蒙之书”！我以前对命令行操作一直感到非常头疼，总觉得它又枯燥又复杂。但《UNIX Primer Plus》用一种非常生动有趣的方式，把我带进了 UNIX 的世界。它不是那种枯燥的教程，而是像一位经验丰富的老师，耐心地引导你一步步去探索。我最喜欢的是它讲到通配符和正则表达式的时候，刚开始觉得好难，但书中用了很多非常形象的比喻，比如“*”就像“任何东西”，让我一下子就明白了它的用法。而且，它不仅仅是教你命令，更重要的是让你理解背后的逻辑。比如，为什么要有管道符？管道符是怎么工作的？读完之后，我感觉自己对 UNIX 的理解上了一个台阶。书中还穿插了很多小贴士和常见错误分析，这对于我这种容易犯错的新手来说，简直太友好了。现在，我敢于尝试各种命令，不再害怕出错，甚至觉得在命令行下工作是一种享受。这本书真的让我对 UNIX 系统的学习充满了热情！

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我之前一直使用 Windows 系统，对 Linux 只是略有耳闻，感觉它非常神秘，而且操作起来肯定很难。《UNIX Primer Plus》彻底改变了我的想法。这本书简直是为完全没有接触过 UNIX 的小白量身定做的！它从零开始，用最通俗易懂的语言，一步一步地教你如何在命令行下进行各种操作。我记得有一章讲的是如何创建和管理文件，它没有直接给出命令，而是先让你理解了“文件”和“目录”的概念，然后再告诉你如何用 `mkdir` 创建文件夹，用 `touch` 创建文件。而且，这本书的例子非常贴近生活，比如用“书架”来比喻目录结构，用“抽屉”来比喻文件，一下子就让我这个门外汉明白了。它还非常注重细节，比如在讲解删除文件时，会提醒你删除是不可逆的，让你更加小心谨慎。我觉得这本书最棒的地方在于，它让你在学习的过程中，不仅掌握了命令，更重要的是培养了对 UNIX 系统的整体理解和信心。现在，我不再害怕打开终端，甚至开始享受在命令行下工作的乐趣了！

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