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出版者:O'Reilly Media

作者:David P. Hyland-Wood

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780596001599

丛书系列:

图书标签:

• Internet协议
• 电子邮件
• SMTP
• POP3
• IMAP
• 网络通信
• TCP/IP
• RFC
• 邮件服务器
• 网络安全

《代码的艺术：从零构建一个现代操作系统》 这是一本关于操作系统底层原理与实践的深度探索之作。它将带您从最基础的概念出发，一步步揭开现代操作系统的神秘面纱，理解它们是如何运作、如何管理资源、如何提供服务，以及如何保障系统稳定与安全的。本书旨在为读者提供一套完整的操作系统构建蓝图，而非仅仅停留在理论的层面，更强调动手实践和理解核心思想。 为何选择构建操作系统？ 在当今软件开发日益复杂的时代，我们习惯于调用各种成熟的API和框架，却往往对底层发生的一切知之甚少。理解操作系统，就像是理解一名建筑师如何设计并建造一座宏伟的摩天大楼，它让我们能够更深刻地洞察软件的性能瓶颈、安全漏洞，并能从根本上进行优化。通过亲手构建一个简化的操作系统，我们可以真正掌握CPU调度、内存管理、进程间通信、文件系统等核心概念，这些知识对于任何致力于深入理解计算机科学的开发者都至关重要。 本书内容概览： 本书将以一种由浅入深、循序渐进的方式，带领您完成从零开始构建操作系统的全过程。我们将重点关注以下几个关键领域： 1. 引导与启动 (Bootstrapping): BIOS/UEFI 基础: 了解计算机硬件启动的初始过程，CPU 如何开始执行指令，以及引导加载程序（Bootloader）的作用。 第一个进程的诞生: 学习如何编写一个简单的引导加载程序，加载内核映像到内存，并跳转到内核入口点。我们将深入理解汇编语言在启动阶段的关键作用。 2. 核心架构与内存管理 (Core Architecture & Memory Management): CPU 模式与特权级别: 学习用户模式（User Mode）与内核模式（Kernel Mode）的区别，以及 CPU 如何在这两者之间切换以保护内核。 分页与分段 (Paging & Segmentation): 详细讲解现代处理器如何通过分页机制实现虚拟内存，包括页表、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理。我们将实现一个基本的物理内存分配器和虚拟地址到物理地址的映射。 内存保护: 理解如何利用分页机制实现进程间的内存隔离，防止一个进程非法访问另一个进程的内存空间。 3. 进程与线程管理 (Process & Thread Management): 进程模型: 深入理解进程的概念，包括进程控制块（PCB）的结构，以及如何创建、销毁进程。 上下文切换: 学习CPU上下文切换的细节，包括寄存器保存与恢复，以及内核如何管理多个进程的执行。 进程调度算法: 探索不同的进程调度策略，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）和时间片轮转（Round Robin）等，并实现一个基础的调度器。 线程模型 (Optional): 简要介绍用户级线程和内核级线程的概念，以及它们之间的区别。 4. 中断与异常处理 (Interrupts & Exception Handling): 中断向量表 (Interrupt Vector Table - IVT) / 全局描述符表 (Global Descriptor Table - GDT) & 中断描述符表 (Interrupt Descriptor Table - IDT): 学习中断和异常是如何被CPU识别和处理的，以及操作系统如何注册中断服务例程（ISR）。 系统调用 (System Calls): 理解用户程序如何通过系统调用请求内核服务，以及系统调用是如何通过中断机制实现的。我们将设计并实现一套基础的系统调用接口。 5. 进程间通信 (Inter-Process Communication - IPC): 共享内存 (Shared Memory): 学习如何通过映射同一块物理内存到不同进程的地址空间来实现高效的数据共享。 管道 (Pipes): 实现一个简单的管道机制，允许进程之间进行单向或双向的数据流传递。 信号量 (Semaphores) 与互斥锁 (Mutexes): 讲解用于同步和互斥的经典机制，以及如何在内核中实现它们，以避免竞态条件。 6. 文件系统基础 (File System Fundamentals): 文件系统概念: 介绍文件的概念、目录结构、文件分配表（FAT）或inode等基本组织方式。 磁盘 I/O: 学习如何通过硬件接口（如IDE/AHCI）与磁盘进行交互，读取和写入数据块。 简单的文件系统实现: 构建一个极简的文件系统，能够实现文件的创建、读取、写入和删除操作。 7. 设备驱动模型 (Device Driver Model): I/O 端口与内存映射 I/O: 学习操作系统如何通过特定方式与硬件设备进行通信。 简单的设备驱动: 为常见的硬件（如键盘、串口）编写简单的驱动程序，使它们能够被操作系统使用。 技术栈与实现细节： 本书将主要使用 C语言 作为开发语言，并辅以 汇编语言 来处理与硬件紧密相关的底层操作。读者将学习如何使用交叉编译工具链，在模拟器（如QEMU）或实际硬件上运行我们自己构建的操作系统。我们将从一个非常小的内核开始，逐步添加功能，确保每一步的理解和验证。 谁适合阅读本书？ 对计算机系统底层原理充满好奇的学生和开发者。 希望深入理解操作系统核心机制，并提升编程技能的软件工程师。 对操作系统开发、嵌入式系统、实时系统有兴趣的研究人员。 任何渴望掌握计算机“心脏”跳动方式的计算机科学爱好者。 学习本书能获得什么？ 通过阅读和实践本书的内容，您将： 获得扎实的操作系统理论基础: 从概念到实现，彻底理解操作系统的核心组件。 掌握底层编程技能: 熟练运用 C 和汇编进行系统级编程。 提升问题诊断与解决能力: 能够分析和定位软件在低层次出现的性能或稳定性问题。 为更高级的系统开发打下坚实基础: 为学习分布式系统、网络编程、编译器等领域做好准备。 获得成就感: 亲手构建一个操作系统，是对技术深度和广度的一次极致挑战与体验。 《代码的艺术：从零构建一个现代操作系统》不仅仅是一本书，它是一次激动人心的旅程，一次对计算机系统最深层理解的追求。准备好迎接挑战，开启您的操作系统构建之旅吧！

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我不得不说，这本书的叙事节奏把握得近乎完美，它不像那些堆砌术语的技术手册，反而更像是一位经验丰富的前辈，在午后阳光下，用一种非常亲切、近乎闲聊的方式，向你娓娓道来那些深奥的原理。作者在引入新概念时，总是先从一个非常宏大的、人人都能理解的场景切入，比如“想象一下你在一个拥挤的集市上，如何确保你的口信能准确无误地传达到远方的朋友手中”，这种比喻的运用，极大地降低了初学者的心理门槛。随着深入，他对那些抽象的通信模型进行解构时，采用了大量的流程图和类比，这些图示并非简单的机械复制，而是充满了作者个人的思考和优化，线条简洁有力，关键信息一目了然。我尤其欣赏作者在处理那些“边缘情况”时的态度——他并没有一笔带过，而是会用一个小小的“思考题”引导读者去探究，这使得阅读过程充满了主动探索的乐趣，而不是被动接受。这种亦师亦友的写作风格，让我在面对晦涩难懂的部分时，也从未感到挫败，反而有一种“原来如此”的豁然开朗。

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本书在理论深度与实践应用之间的平衡拿捏得相当精妙，达到了一个技术类书籍的理想状态。它并没有止步于概念的阐述，而是深入到对不同实现方案的优劣势进行尖锐的对比分析。比如，在讨论数据传输的可靠性机制时，作者不仅详细梳理了标准协议的设计思路，还花了大量篇幅去探讨在实际网络拥塞环境下，不同容错策略如何影响终端用户的体验，甚至引用了几个著名的工业界案例进行剖析。这些案例的选择非常具有代表性，它们不是凭空捏造的理想模型，而是真实世界中出现过的、造成过重大影响的事件。对于那些希望将理论知识转化为实际生产力的工程师来说，这本书简直就是一本实战指南。它教会你的不只是“是什么”，更重要的是“为什么是这样”，以及“如果换一种方式会怎样”。这种批判性的思维训练，是比死记硬背协议字段更有价值的东西，它培养了读者的系统性思考能力，让人在面对未来新的技术迭代时，也能保持清醒的判断力。

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如果从一个非技术背景的读者的角度来看这本书，它最引人入胜的地方在于其极强的历史纵深感和对技术哲学层面的探讨。作者没有将讨论局限在冷冰冰的0和1之中，而是将我们所使用的现代通信技术置于一个宏大的历史背景下进行审视。他会追溯到早期电报系统的局限性，进而阐述为什么现代的分布式系统会选择当前的路径来解决“信任”和“一致性”问题。这种对技术演进脉络的梳理，使得即便是对底层技术细节不太敏感的读者，也能理解这些协议设计背后所蕴含的社会和商业驱动力。书中穿插的对“去中心化”与“控制权”的哲学思辨，尤其发人深省，让人在学习技术规范的同时，也被引导去思考技术对人类社会形态的潜在影响。这本书的价值，已经超越了一本单纯的技术指南，它更像是一部关于信息时代“连接”哲学的入门读物，视角独特，发人深思，绝对值得那些对技术背后的“为什么”感兴趣的读者深入阅读。

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这本书的索引和术语表设计简直是为“查阅”这一需求量身定做的，体现了出版团队对技术工具书的深刻理解。我经常在阅读过程中需要快速定位到某个特定的定义或图表编号，传统的书籍往往需要费力地翻找，但这本书的页边空白处做了精细的标记，结合页码清晰的层次结构，使得导航效率极高。更让我惊喜的是，书末的术语表不仅给出了精确的定义，还标注了首次出现该术语的主章节编号，这简直是为回顾和复习量身定制的便捷功能。这表明作者和编辑团队在编辑阶段就充分考虑到了这本书作为长期参考工具的价值。与那些仅仅关注“一次性读完”的教材不同，这本书的设计理念更像是打造一个可以常驻书架、随时可以快速取用的“技术字典”。这种对工具属性的重视，对于我们这些需要反复查阅细节的专业人士来说，是极大地提升工作效率的福音。

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这本书的排版和装帧设计实在让人眼前一亮，拿到手的时候就感觉它不仅仅是一本技术书籍，更像是一件可以收藏的艺术品。封面采用了哑光处理，配合着精妙的金色烫印字体，透露出一种低调的奢华感。内页的纸张选择也非常考究，厚实而富有质感，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是，作者在章节之间的过渡处理得非常自然流畅，每一个知识点的布局都像是精心编排的乐章，张弛有度。比如，在讲解某个复杂的算法时，作者巧妙地插入了一些历史背景的小故事，瞬间就把原本枯燥的理论知识变得生动起来，让读者仿佛置身于那个技术萌芽的年代。不过，我也注意到一个很小的瑕疵，装订处的胶水似乎稍微有些多，打开书页时能感觉到一点点粘滞感，但这完全不影响整体的阅读体验。这本书的物理呈现，无疑为阅读过程增添了一种仪式感和愉悦感，足以让任何一个注重阅读体验的书虫感到满足。它在细节上的打磨，体现了出版方对读者的尊重和对知识载体的珍视，这一点在如今充斥着廉价印刷品的市场中，实属难得。

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