操作系统原理与实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:434

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出版时间:2008-9

价格:35.00元

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isbn号码:9787040245615

丛书系列:

图书标签:

• 操作系统
• 原理
• 实践
• 计算机科学
• 系统编程
• 内核
• 内存管理
• 进程管理
• 文件系统
• 并发
• 同步

《数字世界的基石：从底层硬件到上层应用的桥梁》 内容概述： 本书旨在深入剖析现代计算机系统运行的底层逻辑，揭示支撑起我们日常所用软件和服务的那一套精妙而复杂的设计。我们将从最基础的硬件概念出发，逐步构建起一个完整的计算机系统图景，并详细阐述在这幅图景中，各个组件是如何协同工作，最终将冰冷的电子信号转化为我们能够理解并交互的信息。全书以“系统思维”为导向，强调不同层次之间的相互联系与影响，力求让读者不仅知其然，更知其所以然，从而能够更深刻地理解数字世界的运作规律。 第一部分：构建数字世界的基石——硬件架构的奥秘 我们的一切数字体验都离不开物理载体。本部分将带领读者走进计算机的“身体”，理解其最核心的组成部分。 第一章：二进制的语言与逻辑门： 首先，我们将从最基本的二进制数制入手，解释计算机为何只理解0和1。在此基础上，我们会介绍最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等），理解它们如何通过电信号的组合实现简单的逻辑运算。我们将看到，哪怕是最复杂的计算，都源于这些最简单的开关组合。 第二章：中央处理器（CPU）的结构与指令集： CPU是计算机的“大脑”，负责执行指令。我们将深入剖析CPU的内部结构，包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、控制单元和缓存。重点在于理解指令的执行流程：取指令、译码、执行、写回。我们将介绍不同类型的指令集（CISC与RISC），以及它们的设计哲学。 第三章：内存与存储：信息的来龙去脉： 信息的存储与访问是计算机高效运行的关键。本章将详细讲解不同类型的内存（RAM, ROM, Flash）及其工作原理，包括内存的地址映射、读写操作。同时，我们也会涉足存储设备（HDD, SSD），分析其工作机制和性能特点，并讨论内存层次结构（缓存、主存、外存）对系统性能的影响。 第四章：输入/输出（I/O）设备与总线：连接外部世界的桥梁： 计算机需要与外界进行信息交换。我们将探索各种I/O设备（键盘、鼠标、显示器、网络接口等）的接口原理，以及它们如何通过总线（如PCIe）与CPU和内存进行通信。我们将理解中断机制如何让CPU高效地处理I/O事件。 第五章：硬件的协同工作：一次完整的计算旅程： 在本章，我们将整合前几章的内容，模拟一次完整的计算过程。例如，当您在浏览器中输入一个网址时，从键盘输入到网络发送，再到服务器响应，最终显示在屏幕上，这个过程中CPU、内存、I/O设备是如何一步步协同工作的。 第二部分：驾驭数字洪流——系统软件的核心组成 在冰冷的硬件之上，是能够指挥硬件、管理资源、并为上层应用提供服务的一系列软件——系统软件。本部分将重点关注这些“看不见”但至关重要的组成部分。 第六章：引导与启动：计算机的“唤醒”过程： 当按下电源按钮，计算机是如何一步步“活”过来的？本章将详细介绍BIOS/UEFI的作用，引导加载程序（Bootloader）的角色，以及操作系统如何从存储设备加载到内存并开始执行。 第七章：进程管理：并发执行的艺术： 现代计算机可以同时运行多个程序，这背后是精密的进程管理机制。我们将深入探讨进程的概念、状态（新建、就绪、运行、阻塞、终止）、进程控制块（PCB）的作用。重点将放在进程创建、终止、通信（IPC）和同步技术（如信号量、互斥锁）上，理解如何避免数据竞争和死锁。 第八章：线程模型：更细粒度的并发： 线程是比进程更轻量级的执行单元。本章将区分进程与线程，介绍用户级线程和内核级线程的概念。我们将分析多线程带来的优势（如提高响应速度、充分利用多核处理器）和挑战（如同步与通信）。 第九章：内存管理：资源的有效分配与保护： 内存是宝贵的资源，高效的内存管理是系统性能的关键。本章将深入讲解内存分配策略（连续分配、非连续分配）、分页、分段以及虚拟内存技术。我们将理解页表、TLB在地址翻译中的作用，以及缺页中断如何处理。 第十章：文件系统：组织与管理海量数据： 文件是用户存储信息的基本单位。本章将详细介绍文件系统的概念，包括文件、目录结构、文件元数据。我们将分析不同文件系统的实现原理（如FAT, NTFS, ext4），以及文件访问的机制，如索引节点（inode）、目录项。 第十一章：设备管理与驱动程序：软硬之间的翻译者： 硬件设备种类繁多，而操作系统需要以统一的方式来访问它们。本章将重点介绍设备管理器的作用，以及设备驱动程序（Device Driver）的重要性。我们将理解I/O控制方式（轮询、中断、DMA），以及缓冲与缓存技术如何提高I/O效率。 第十二章：安全与保护：构建数字世界的防火墙： 系统的安全至关重要。本章将探讨系统的安全模型，包括用户认证、权限管理、访问控制列表（ACL）等。我们将分析内存保护、进程隔离等机制如何防止恶意软件的干扰。 第三部分：应用层面的探索——系统软件与上层应用的交互 系统软件为上层应用提供了服务接口，使得开发者能够更专注于业务逻辑的实现，而不是底层细节。 第十三章：系统调用：应用与内核的沟通渠道： 应用程序如何向操作系统请求服务？本章将深入讲解系统调用（System Call）的概念，分析常见的系统调用类型（如文件操作、进程控制、网络通信），以及它们如何在用户态和内核态之间切换。 第十四章：网络协议栈：连接全球的数字脉络： 现代应用离不开网络。本章将从分层模型（如TCP/IP模型）的角度，详细介绍网络协议栈的各个层级，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。我们将深入理解TCP和UDP的差异，以及HTTP, DNS等常见应用层协议的工作原理。 第十五章：虚拟化技术：资源的二次打包与隔离： 虚拟化技术极大地提升了资源利用率和灵活性。本章将介绍虚拟化机的概念，包括全虚拟化、半虚拟化和操作系统级虚拟化。我们将理解Hypervisor的作用，以及虚拟机镜像、快照等技术。 第十六章：容器技术：轻量级的应用隔离与部署： 容器技术（如Docker）以更轻量的方式实现了应用隔离。本章将介绍容器的核心原理，如命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups）。我们将分析容器与虚拟机的区别，以及容器在现代软件开发与部署中的优势。 第十七章：高性能计算与分布式系统：应对海量数据的挑战： 随着数据量的爆炸式增长，高性能计算和分布式系统变得愈发重要。本章将介绍并行计算、分布式文件系统（如HDFS）、分布式数据库以及消息队列等关键技术，探讨如何构建能够处理海量数据和高并发请求的系统。 学习目标： 通过阅读本书，您将能够： 深刻理解计算机硬件的工作原理，从最基本的逻辑门到复杂的CPU架构。 掌握操作系统管理和调度核心资源（CPU、内存、I/O）的机制。 理解进程与线程的概念，以及如何实现并发与并行。 熟悉文件系统和内存管理的重要技术，并了解其对系统性能的影响。 掌握系统调用和网络协议栈的工作原理，理解应用与系统之间的交互。 了解虚拟化和容器等现代技术在资源管理与应用部署中的作用。 培养系统性的思维方式，能够从整体上把握复杂计算机系统的运作。 本书适合计算机科学与技术、软件工程等相关专业的学生，以及希望深入了解计算机底层技术，提升技术能力的开发者、系统管理员和技术爱好者阅读。我们相信，对数字世界基石的深入理解，将为您在广阔的数字领域中探索和创新奠定坚实的基础。

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说实话，这本书的排版和索引设计非常人性化，这对于一本厚重的技术参考书来说非常重要。我经常需要在查阅特定概念时，能够快速定位。这本书的术语表做得非常详尽，几乎每一个在书中首次出现的专业名词，旁边都会有简短的解释，这大大减少了频繁翻阅其他字典的时间。更让我惊喜的是，作者对安全性和权限管理部分的论述。他从DAC（自主访问控制）到更复杂的MAC（强制访问控制）的演变进行了深入分析，并结合了现代操作系统的安全加固措施，比如Address Space Layout Randomization (ASLR) 的基本原理。这些内容往往是入门书籍会省略的，但它们对于理解现代计算环境的健壮性至关重要。这本书的深度和广度，让我感觉它不仅是一本学习资料，更像是一份系统架构师的思考结晶。

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这本书的封面设计简洁有力，黑色的背景上用醒目的白色字体印着书名，给人一种专业、严肃的感觉。我原本以为这会是一本枯燥的技术手册，没想到翻开第一页，就被作者深入浅出的讲解方式吸引住了。比如在讲进程调度时，作者没有仅仅停留在理论层面，而是引入了多个真实的操作系统案例进行剖析，让我对“公平性”和“效率”之间的权衡有了更直观的理解。尤其是在讨论实时系统与分时系统设计上的差异时，作者的逻辑梳理得极其清晰，仿佛在脑海中为我搭建了一个多维度的模型。特别是关于上下文切换的开销分析部分，作者用图表和伪代码相结合的方式，将原本抽象的CPU寄存器状态保存与恢复过程可视化了，这对我理解操作系统的底层运作机制大有裨益。我记得书里还详细对比了不同内核架构的优缺点，这对于未来从事系统级软件开发的人来说，无疑是极好的参考资料。

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我是一名刚入门的嵌入式系统爱好者，这本书对我的帮助简直是雪中送炭。我一直在寻找一本既能覆盖基础理论，又能兼顾实践操作的资料，这本书恰好满足了我的需求。它的配套资源——尤其是那些代码示例，写得非常精炼且易于移植。例如，在讲解文件系统时，作者不仅解释了inode和超级块的结构，还提供了一个简化的FAT文件系统的实现框架，让我动手搭建了一个能在模拟环境中运行的简单文件操作接口。书中对于并发控制的讲解也极具特色，互斥锁、信号量以及更高级的屏障（Barrier）机制，作者都配有清晰的C语言代码片段，并辅以并发测试场景来暴露潜在的死锁风险。这种“理论+代码验证”的模式，极大地增强了我的学习信心，让我不再害怕那些晦涩难懂的同步原语。

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这本书的行文风格非常活泼，尽管主题是硬核技术，但作者似乎总能找到一种巧妙的方式来避免阅读疲劳。举个例子，在讨论内核态与用户态切换时，作者用了“穿越防火墙”的比喻，生动地描绘了系统调用发生时，CPU权限是如何被提升和约束的。此外，书中对分布式操作系统的某些概念也有所涉猎，比如一致性模型和故障恢复策略的初步介绍，这使得这本书的适用范围更广，不仅仅局限于单机系统。我特别欣赏作者对“为什么”的深入探究，比如为什么我们需要虚拟页表而不是一个巨大的页表？为什么快表会存在TLB未命中问题？这种追根溯源的讲解方式，培养了读者批判性思维，让我学会了不满足于表面的API调用，而是去深究其背后的设计哲学。

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这本书的价值远超出了教科书的范畴，它更像是一位经验丰富的工程师在毫无保留地分享他的“踩坑”记录。最让我印象深刻的是关于虚拟内存管理那章。书中没有回避内存碎片化这个棘手的问题，而是详细介绍了多种页面置换算法的实际应用效果，并且还讨论了TLB（快表）对性能的影响，这在很多同类书籍中是被一带而过的。作者对于I/O子系统中断处理机制的阐述也极为透彻，他用类Unix系统的中断向量表为例，循序渐进地解释了硬件请求如何高效地转化为操作系统可处理的事件，这部分内容对于理解高性能网络服务器的设计至关重要。另外，书中还穿插了一些历史性的回顾，比如早期操作系统如何应对资源稀缺的挑战，这种纵向的视角让人能够更好地把握技术演进的脉络，而非仅仅停留在当前的技术栈上。

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