数据结构及应用算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:顾为兵

出品人:

页数:345

译者:

出版时间:2008-9

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787312023125

丛书系列:中国科学技术大学精品教材

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现代操作系统原理与实践 作者： 王建国 / 张丽华 出版社： 科技文献出版社 ISBN： 978-7-5045-9876-5 --- 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，操作系统作为连接硬件与应用程序的桥梁，其重要性不言而喻。本书《现代操作系统原理与实践》旨在为计算机科学、软件工程及其相关专业领域的学生、工程师和研究人员提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的操作系统知识体系。我们聚焦于当前主流操作系统（如 Linux 内核、Windows 核心架构以及新兴的虚拟化技术）的设计哲学、核心机制及其在高性能计算、云计算和嵌入式系统中的实际应用。 本书的编写遵循“理论与实践并重”的指导思想，力求在严谨阐述操作系统的基础理论概念的同时，紧密结合最新的技术趋势和工程实践，帮助读者构建起扎实的理论基础和解决实际问题的能力。 --- 第一部分：操作系统基础与架构概述 (Foundation and Architecture) 本部分奠定了理解现代操作系统的基石，从宏观层面把握操作系统的角色、功能和演进历程。 第一章：操作系统的基本概念与发展历程 本章首先界定了操作系统的核心定义，探讨了从批处理系统、分时系统到现代多用户、多任务操作系统的演变路径。重点分析了操作系统作为资源管理器和用户接口的两种核心职能。我们详细对比了不同时代操作系统设计目标的变化，例如从追求效率到兼顾安全性和可移植性。此外，本章还引入了现代操作系统常见的结构模型，包括宏内核、微内核和混合内核的优劣对比，为后续深入学习内核结构做好铺垫。 第二章：计算机系统层次结构与硬件基础 操作系统运行在复杂的硬件之上。本章详细剖析了操作系统需要直接管理的硬件资源，包括中央处理器（CPU）的寻址模式、中断和异常机制。我们深入讲解了存储器层次结构（寄存器、缓存、主存、辅助存储）的工作原理，以及I/O子系统与硬件设备控制器之间的交互协议。特别强调了系统调用（System Call）作为用户空间程序与内核空间通信的唯一合法途径的实现细节，以及上下文切换（Context Switching）的开销与优化策略。 第三章：处理器管理：进程与线程模型 进程与线程是现代并发编程的基石。本章详尽阐述了进程的生命周期、进程控制块（PCB）的结构及其在内核中的管理。我们详细分析了不同线程模型（用户级线程与内核级线程）的优缺点，并重点探讨了现代操作系统如何平衡上下文切换的效率与并发性。本章将引入“轻量级进程”（LWP）的概念，并结合具体操作系统的实现案例（如POSIX Threads标准），讲解线程同步与互斥机制的底层支撑。 --- 第二部分：资源调度与内存管理 (Scheduling and Memory Management) 本部分深入操作系统的“心脏”，探讨资源分配与回收的核心算法和实现技术。 第四章：CPU 调度算法与性能评估 CPU 调度是决定系统响应速度和吞吐量的关键。本章系统地介绍了一系列 CPU 调度算法，包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转法（Round Robin）以及多级反馈队列（MLFQ）。对于每种算法，我们都提供了详细的性能评估指标，如周转时间、等待时间、响应时间等。此外，本章还探讨了实时系统中的调度策略，如截止时间单调（DMS）和最早截止时间优先（EDF），并讨论了多核环境下的处理器亲和性（Affinity）和负载均衡技术。 第五章：内存管理基础与地址翻译 本章聚焦于如何高效、安全地管理物理内存。我们从逻辑地址到物理地址的翻译过程入手，详细解析了分页（Paging）机制，包括页表的结构、多级页表、倒排页表等。本章还深入探讨了分段（Segmentation）机制及其在现代系统中的融合应用。我们对比了基于硬件的地址翻译加速器——转换后援缓冲器（TLB）的工作原理及其对系统性能的影响。 第六章：虚拟内存与页面置换策略 虚拟内存是现代操作系统实现进程隔离和内存超额分配的核心技术。本章详尽分析了按需调页（Demand Paging）的实现机制，包括缺页中断的处理流程。重点分析了各种页面置换算法的性能，如最佳（OPT）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）的理论基础和实际近似实现（如工作集模型、时钟算法）。同时，本章涵盖了内存碎片（内部与外部）的产生原因及对策，并讨论了写时复制（Copy-on-Write, COW）等高级内存管理技术在进程创建中的应用。 --- 第三部分：并发控制与文件系统 (Synchronization and File Systems) 本部分关注并发访问控制的复杂性，以及数据持久化和组织的技术。 第七章：并发控制与同步机制 并发访问共享资源是导致程序错误的主要原因之一。本章系统梳理了并发控制的经典问题，如互斥、同步、死锁等。我们深入解析了同步原语的实现，包括：信号量（Semaphores）的计数与二元实现、管程（Monitors）的结构与优势。本章会详细分析如何使用这些工具解决生产者-消费者问题、读者-写者问题等经典并发场景。同时，我们探讨了现代无锁（Lock-Free）数据结构的基本思想，以及硬件层面的原子操作（如Compare-and-Swap, CAS）如何为高效并发提供基础支持。 第八章：死锁的检测、预防与避免 死锁是资源竞争的必然产物。本章严格定义了死锁的四个必要条件，并详细介绍了处理死锁的三种基本策略：预防、避免和检测与解除。重点分析了银行家算法（Banker's Algorithm）的动态资源分配策略及其在安全序列计算中的应用。对于死锁的检测，我们探讨了资源分配图的简化与周期检测过程，以及在检测到死锁后，常见的解除策略，如进程终止和资源剥夺。 第九章：文件系统结构与实现 文件系统是实现长期数据存储和管理的接口。本章从逻辑结构（文件、目录、文件分配）入手，逐步深入到物理结构（磁盘空间管理、空闲块管理）。我们详细分析了不同文件组织方法（连续分配、链接分配、索引分配）的性能特点。本章核心内容是i-node（索引节点） 的结构及其在文件检索中的作用。此外，我们还对比了日志文件系统（如Ext4, NTFS）的写操作机制，以保证数据的一致性和恢复能力。 第十章：I/O 系统与磁盘调度 输入/输出操作是系统性能的瓶颈之一。本章解释了I/O系统的层次结构，包括驱动程序、缓冲管理和缓存机制。重点分析了磁盘存储设备的物理特性（寻道时间、旋转延迟），并详细比较了磁盘调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描算法（SCAN）和循环扫描算法（C-SCAN），并讨论了在RAID系统中的数据冗余与性能提升。 --- 第四部分：高级主题与系统安全 (Advanced Topics and Security) 本部分拓展视野，探讨现代操作系统在分布式环境和安全防护方面的挑战与解决方案。 第十一章：进程间通信（IPC）机制 进程间通信（IPC）是实现多任务协作的必要手段。本章系统梳理了常见的IPC技术，包括：管道（Pipes，命名和匿名）、消息队列（Message Queues）、共享内存（Shared Memory）以及信号（Signals）。我们详细分析了各种IPC机制在数据传输效率、同步要求和数据格式方面的权衡，并讨论了远程过程调用（RPC）作为分布式系统中常用IPC方法的原理。 第十二章：操作系统安全与保护 系统安全是现代操作系统设计的核心考量之一。本章探讨了保护域（Protection Rings）的概念，并深入分析了访问控制列表（ACL）和能力表（Capability Lists）的实现方式。我们详细讨论了用户身份验证（Authentication）和授权（Authorization）机制，包括密码存储的安全策略。此外，本章还涵盖了操作系统的安全威胁模型，如缓冲区溢出攻击的原理，以及内核如何通过地址空间布局随机化（ASLR）等技术进行防御。 第十三章：分布式系统中的操作系统支持 随着云计算的普及，分布式操作系统的概念愈发重要。本章简要介绍了分布式操作系统的基本特征，重点讨论了分布式文件系统（如NFS, AFS）的透明性、一致性模型和容错机制。我们将分析分布式共享内存（DSM）的实现挑战，以及集群操作系统在资源调度和故障恢复方面的独特策略。 --- 实践与参考资源 本书在每个章节后都附有“实践环节”，提供基于 Linux 环境下的系统编程练习，要求读者使用 C 语言和 POSIX API 来实现或分析操作系统中的关键组件，例如：编写简易的进程调度模拟器、实现一个简单的同步锁、或者分析内核日志中关于内存换出的记录。 本书特点： 1. 架构清晰： 理论体系完整，逻辑层次分明，由底层硬件交互逐步过渡到上层应用接口。 2. 实践导向： 紧密结合现代主流操作系统（特别是 Linux 内核）的实际实现细节。 3. 深度解析： 对关键算法（如调度、置换）进行数学分析和性能评估。 通过阅读本书，读者将能够深刻理解操作系统如何高效、安全地管理稀缺资源，为未来从事操作系统开发、系统编程或深入研究计算机底层机制打下坚实的基础。

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这本《数据结构及应用算法》读起来，我最大的感受就是它对基础概念的阐述极其严谨，完全没有那种为了凑字数而堆砌的空洞描述。比如，在讲解图的遍历算法时，作者并没有直接抛出DFS和BFS的伪代码，而是花了大量的篇幅去剖析它们背后的搜索思想，如何通过不同的访问策略（深度优先与广度优先）来构建搜索树或森林。书中对于每种数据结构的操作复杂度分析，更是细致入微，涉及到最好、最坏和平均情况的推导过程，每一步都清晰可见，这对于我这种需要深入理解底层原理的读者来说，简直是福音。特别是关于红黑树的自我平衡机制，书中用大量的图示和案例逐步引导，而不是简单地罗列旋转和变色规则，让人对这种自适应结构的精妙之处有了豁然开朗的感觉。感觉作者仿佛是手把手带着我们构建知识的城堡，每块砖（概念）都打磨得棱角分明，非常适合作为深入学习的参考书，而不是应付考试的速查手册。

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我之前看过好几本号称是“应用”导向的算法书，但大多停留在理论公式的堆砌，实战性不强。然而，这本书的“应用算法”部分，确实让我眼前一亮。它没有局限于教科书式的动态规划或贪心算法的传统例子，而是引入了许多贴近现代工程实践的场景。举个例子，在讲解字符串匹配算法时，书中不仅覆盖了KMP和Boyer-Moore，还非常详尽地分析了它们在文本编辑器搜索功能中的性能权衡，甚至提到了如何针对特定编码格式（如UTF-8）进行优化。更让我惊喜的是，它在讲解网络流问题时，不仅仅停留在最大流最小割，而是结合了资源调度和任务分配的实际案例，代码示例虽然是纯C++实现，但逻辑结构非常清晰，注释到位，让我能够迅速理解如何将抽象的数学模型转化为可执行的程序。这使得这本书不再是冷冰冰的理论集合，而更像是一本高手的心法秘籍，指引我们如何用算法的“巧劲”解决实际的“笨功夫”问题。

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这本书的排版和设计语言，也体现了一种与众不同的匠心。通常这类技术书籍，为了追求信息密度，常常会牺牲视觉体验，导致阅读起来非常疲劳。但《数据结构及应用算法》在这一点上做得相当出色。它的章节过渡自然流畅，很少出现为了强行衔接而使用的牵强段落。书中对于复杂算法的描述，大量使用了伪代码和流程图相结合的方式，图表的质量非常高，线条清晰，逻辑分支明确，即便是初次接触某个晦涩算法的读者，也能通过图示快速建立起对执行流程的直观认识。而且，作者在关键概念的引入上非常克制，不会一次性倾泻所有信息，而是采用“小步快跑”的节奏，每完成一个小知识点，都会有一个简洁的总结性段落，帮助读者巩固刚刚学到的内容。这种精心设计的阅读体验，极大地降低了啃读技术书籍的心理门槛。

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对我而言，这本书最宝贵的地方在于它对“选择”的哲学探讨。算法的世界里，永远不是只有唯一的“最优解”，而是不同约束条件下的“最适配解”。书中在比较不同的排序算法（比如快速排序与堆排序）时，并未简单地宣布哪一个更优，而是深入分析了它们在内存访问模式、递归深度以及并行化潜力上的差异。例如，书中详细分析了在缓存友好的前提下，尽管快速排序平均时间复杂度更优，但在特定硬件架构下，某些变种的归并排序或内层循环优化的插入排序可能表现更稳定。这种对算法适用场景的深刻洞察，远超出了我预期的“数据结构教材”范畴，更接近于一位资深架构师的经验总结。它教会我的不仅仅是如何实现算法，更是如何站在更高的维度去审视和选择最适合当前环境的工具。

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这本书的“思辨性”很强，读完后留给读者的思考远比书本本身的内容要多。特别是关于时间复杂度和空间复杂度的权衡部分，作者似乎有意地设置了一些开放性的讨论点。比如，在讨论哈希表的冲突解决策略时，书中不仅列举了链地址法和开放寻址法，还引导读者思考当数据分布极端不均匀，或者存在恶意构造的输入时，每种方法的表现会如何剧烈变化，甚至暗示了如何设计更具鲁棒性的哈希函数。这种启发式的教学方法，迫使读者不能仅仅满足于背诵结论，而必须自己动手去推演、去模拟。我感觉自己不仅仅是在学习一套现成的知识体系，更是在学习一种系统分析问题的思维框架。这种“授人以渔”的价值，是任何一本只罗列代码和公式的书籍都无法比拟的。

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作为入门很不错了。讲解比较多，代码也很好

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非常非常简洁非常非常清楚