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出版者:Manning Publications

作者:Bruce Snyder

出品人:

页数:375

译者:

出版时间:2011-3-28

价格:USD 44.99

装帧:Paperback

isbn号码:9781933988948

丛书系列:

图书标签:

• Java
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• MQ
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《深入理解操作系统：从硬件到软件的全面剖析》 图书简介 在当今信息技术的飞速发展浪潮中，操作系统（Operating System, OS）无疑是支撑一切计算活动的核心基石。它不仅是硬件资源的管理者，更是应用程序与底层硬件之间不可或缺的桥梁。然而，许多开发者和系统管理员在日常工作中，往往只停留在对操作系统的表层功能的使用上，对于其内部机制的精妙设计与复杂协作知之甚少。本书《深入理解操作系统：从硬件到软件的全面剖析》旨在填补这一知识空白，为读者提供一个全面、深入且结构化的操作系统学习路径。 本书并非对特定厂商或某一版本操作系统的操作手册，而是一部聚焦于操作系统核心原理、设计思想和实现细节的学术与工程并重的著作。我们的目标是使读者不仅知其然，更能知其所以然，从而在系统设计、性能调优、故障诊断和新型系统开发等方面拥有更深厚的洞察力。 全书内容分为六大部分，层层递进，系统性地构建起完整的操作系统知识体系。 --- 第一部分：基础架构与系统启动（The Bedrock） 本部分为后续所有高级主题奠定坚实的理论基础。我们首先探讨操作系统的基本定义、历史演进及其在现代计算模型中的角色定位。 1. 计算机系统概览与硬件基础： 详细解析冯·诺依曼架构、现代处理器（CPU）的流水线、缓存层次结构（L1/L2/L3 Cache）、内存管理单元（MMU）的基本功能。理解这些硬件特性是理解操作系统如何高效管理资源的先决条件。 2. 引导过程与内核初始化： 深入剖析从计算机上电到操作系统内核完全加载并开始调度第一个用户进程的完整流程。这包括 BIOS/UEFI 的作用、Bootloader 的加载机制（如 GRUB/UEFI 启动流程）、内核的自解压与初始化过程，以及如何建立第一个页表和设置中断描述符表（IDT）。 3. 内核模式与用户模式： 阐释保护环（Protection Rings）的概念，解释 CPU 如何通过特权级别来隔离内核代码和用户代码，以及系统调用的实现机制——这是用户程序与操作系统交互的唯一安全通道。 --- 第二部分：进程与线程管理（The Concurrency Engine） 并发性是现代操作系统的核心挑战之一。本部分将彻底解析操作系统如何创建、调度和同步程序执行流。 1. 进程的生命周期与结构： 详细描述进程的创建（fork/exec）、终止、阻塞与唤醒过程。深入探讨进程控制块（PCB）的内部结构，以及上下文切换（Context Switching）的开销与实现细节，包括寄存器保存与恢复。 2. 线程模型与用户级/内核级线程： 区分进程与线程的差异，分析多线程编程的优势。对比用户级线程库（如早期的 Linux NPTL）和内核级线程的支持，以及“一对一”、“多对一”、“多对多”等映射模型。 3. 进程调度算法的深度剖析： 不仅仅介绍先来先服务（FCFS）和时间片轮转（Round Robin），本书着重分析抢占式调度策略，如优先级调度、最短剩余时间优先（SRTF）以及复杂的多级反馈队列（MLFQ）的设计哲学，并探讨如何基于系统负载动态调整调度参数以优化响应时间和吞吐量。 4. 进程间通信（IPC）机制： 全面覆盖各种 IPC 方法，包括共享内存、消息队列、管道（Pipe）、命名管道（FIFO）以及更复杂的套接字（Socket）通信在内核中的抽象和实现。 --- 第三部分：内存管理艺术（The Illusion of Infinite Space） 内存管理是操作系统最关键且最复杂的职能之一，它负责提供一个连续、安全且充足的地址空间给所有运行中的程序。 1. 逻辑地址与物理地址转换： 详述分页（Paging）和分段（Segmentation）机制的原理，重点剖析现代系统普遍采用的分页机制，包括多级页表的构建、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响。 2. 虚拟内存与按需调页： 解释虚拟内存如何通过“内存/磁盘”的映射关系，使得程序所需的内存总量可以远超物理内存。深入研究缺页异常（Page Fault）的处理流程，以及内核如何选择合适的页面进行置换（如 LRU 的硬件/软件实现）。 3. 内存分配器的设计与实现： 剖析内核态内存分配器（如 Buddy System，Slab/SLUB 分配器）的设计目标和数据结构，以及用户态的堆内存管理（如 `malloc`/`free` 的内部实现，如 Glibc 的 Malloc 实现中的 bin 结构）。 4. 内存保护与地址空间布局随机化（ASLR）： 阐述如何通过页表权限位实现内存访问保护，以及 ASLR 如何通过随机化栈、堆和库的起始地址来增强系统的安全性。 --- 第四部分：并发控制与同步原语（Managing Shared State） 在多处理器和多核系统中，对共享资源的正确访问是保证数据一致性的核心。 1. 竞态条件与临界区问题： 明确定义并发环境下的主要问题，并回顾经典的同步工具（如 Peterson 算法）的局限性。 2. 锁机制的底层实现： 深入探究利用硬件原语（如 Test-and-Set, Compare-and-Swap (CAS)）构建高效、无忙等的锁（如自旋锁 Mutex）。分析互斥锁、读写锁（Read-Write Locks）的不同适用场景。 3. 信号量与管程： 详细解释 Dijkstra 的信号量概念，以及更高级的同步结构——管程（Monitor），并讨论它们在解决复杂同步问题中的应用。 4. 死锁的检测与预防： 阐述银行家算法（Banker's Algorithm）的原理，以及操作系统如何在运行时检测和解除死锁状态。 --- 第五部分：文件系统与I/O管理（Persistence and Interaction） 文件系统是数据持久化的关键，而 I/O 系统则是操作系统与外部设备交互的枢纽。 1. 文件系统层次结构与抽象： 解释 VFS（Virtual File System）层的作用，以及如何通过统一的接口支持不同类型的文件系统（如 Ext4, XFS）。 2. 磁盘管理与数据布局： 分析磁盘的物理结构（磁道、扇区），以及如何通过优化访问顺序（如 C-LOOK 调度算法）来减少旋转延迟。探讨文件和目录在磁盘上的物理存储结构（如 i-node 的作用）。 3. 缓冲与缓存策略： 深入研究页面缓存（Page Cache）在文件 I/O 中的作用，以及写回（Write-Back）和直写（Write-Through）策略的性能权衡。 4. 块设备驱动模型： 介绍中断驱动 I/O、轮询 I/O 以及现代系统采用的 DMA（Direct Memory Access）机制，解释它们如何解放 CPU 资源，提高 I/O 效率。 --- 第六部分：虚拟化、安全与分布式考量（Modern Challenges） 最后一部分将目光投向现代计算环境对操作系统的扩展要求。 1. 基础虚拟化原理： 解释全虚拟化（Full Virtualization）和半虚拟化（Paravirtualization）的基本概念，分析 Type-1（裸金属）和 Type-2（宿主）Hypervisor 的工作方式，以及 VMM（Virtual Machine Monitor）如何拦截和模拟敏感指令。 2. 系统安全基础： 探讨权限模型、访问控制列表（ACLs），以及操作系统如何配合硬件安全特性（如 TPM）来保障系统完整性。 3. 现代多核与 NUMA 架构： 讨论在非统一内存访问（NUMA）架构下，操作系统调度器如何进行“亲和性感知”（Affinity-Aware）调度，以最小化跨 NUMA 节点的内存访问延迟。 4. 嵌入式与实时系统对比： 简要对比通用操作系统与实时操作系统（RTOS）在调度确定性、中断延迟和内存管理上的关键设计差异。 --- 本书特色： 本书的每一章都穿插了大量的伪代码和实际系统调用流程图，帮助读者将抽象概念具象化。我们不仅会分析经典理论模型，更会结合 Linux 和类 Unix 系统中最新的内核实现细节作为案例进行深入讲解，确保内容的前沿性和实践指导意义。 《深入理解操作系统：从硬件到软件的全面剖析》适合计算机科学专业的学生、系统程序员、内核开发者，以及任何希望突破应用层限制，深入掌握计算系统底层奥秘的工程师和技术爱好者阅读。掌握本书内容，意味着您将具备诊断和优化复杂系统瓶颈的“上帝视角”。

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我对这本书的实战案例部分给予最高的评价，这才是衡量一本“Action”系列书籍价值的核心标准。书中提供的那些案例，绝非是教科书上那种简陋的“Hello World”级别演示，而是直击工业界真实痛点的复杂场景。例如，关于高并发下的消息顺序性保证，作者不仅给出了理论模型，还详细拆解了如何结合特定的持久化策略和事务管理器来实现零丢失的原子性投递。我尝试着跟着书中的步骤，在自己的本地环境复现了其中一个关于“死信队列（DLQ）”的场景搭建，过程出乎意料地顺利，每一步的配置参数和背后的业务考量都解释得清清楚楚，让我完全理解了为什么需要那样配置，而不是仅仅停留在“照着做”的层面。而且，这些案例的耦合度设计得非常巧妙，可以互相借鉴，我甚至可以把前一个案例的基础设施直接迁移到下一个案例中进行更深层次的压力测试和性能调优，这极大地提升了学习效率和知识的内化程度。

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这本书的深度与广度达到了一个令人惊叹的平衡点。在深度上，它毫不回避那些底层实现机制的复杂性，比如线程池管理、内存映射I/O的使用，乃至网络协议栈的优化细节，作者都进行了深入的挖掘和阐述，让你能清楚地看到数据包是如何在网络中穿梭、如何在内核态和用户态之间传递的。然而，这种深度并没有以牺牲实用性为代价。在广度上，作者非常具有前瞻性地将目光投向了更广阔的生态系统集成，无论是与主流的Spring框架的深度整合方式，还是如何与云原生架构中的服务网格进行互操作，都有详尽的讨论和代码示例。这使得这本书的生命周期得以延长，我确信即使未来几年技术栈发生迁移，书中的基础原理和设计哲学依然具有强大的指导意义。它不仅仅是关于某个特定软件版本的指南，更是关于构建健壮消息系统的思想宝库。

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这本书的排版和印刷质量，简直是对得起它在技术社区中的声誉。墨水渗透度均匀，色彩对比度极佳，特别是那些用粗体或斜体强调的技术术语，在深色背景下显得格外清晰有力，阅读体验非常舒适。更让我感到惊喜的是，书本的装订工艺非常扎实，我把它完全摊平在桌面上，书页纹丝不动，这在查阅对照或进行代码输入时极为方便，避免了传统书籍那种需要用手按住才能看清内页文字的烦恼。而且，即使是那些复杂的代码块，其缩进和语法高亮也处理得非常到位，即便是没有电子版参考，也能快速准确地识别代码结构，这对于需要频繁比对文字描述和代码实现的学习者来说，是巨大的福音。这种对物理媒介细节的尊重，让每一次拿起这本书都成为一种愉悦的体验，让人愿意花费更多时间沉浸其中。

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阅读这本书的过程，与其说是学习技术，不如说是一场精心策划的知识漫游。作者的叙事逻辑极其流畅，他没有直接把我扔进那些晦涩难懂的协议细节里，而是先从一个宏大的背景故事讲起，娓娓道来消息中间件在现代分布式系统中的历史地位和演变，这种“先宏观再微观”的引导方式，极大地降低了我的心理门槛。我尤其欣赏他在引入新概念时所采用的类比手法，那些日常生活中常见的场景被巧妙地融入到复杂的分布式事务处理流程中，使得原本高高在上的技术名词一下子变得亲切、易懂。每一次技术难点的突破，都伴随着作者如同资深导师般的耐心剖析，他仿佛能预判到读者会在哪个环节产生困惑，并提前给出细致的解释和多种解决方案的优劣对比。这种写作风格，与其说是教科书式的讲解，不如说是一次深入的、个性化的“私教课”，让我感觉每翻过一章，自己的技术视野都在不知不觉中拓宽了一圈。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种深邃的蓝色调配上硬朗的字体，一下子就抓住了我的眼球。我拿到手的时候，那种厚重感和纸张的质感都让我觉得这不仅仅是一本技术书籍，更像是一件值得收藏的工艺品。装帧的工艺处理得非常精良，即便是经常翻阅，书脊依然保持得很好，没有出现松动的迹象，这对于我这种喜欢把技术书放在手边随时查阅的人来说，简直是太贴心了。书页的排版也十分讲究，字号大小适中，行间距留白合理，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到特别疲劳。作者在内容呈现上似乎也花了不少心思，很多关键概念旁都有精美的插图或示意图辅助说明，这些视觉元素的设计风格统一而专业，与整本书的严肃基调相得益彰。我甚至注意到，在某些复杂的架构图示中，甚至能分辨出细微的颜色渐变和线条粗细变化，这绝对不是随便用默认模板生成的，背后一定有专业设计师的打磨。拿在手里翻阅时，那种油墨的清新味道，让我有种回到图书馆翻阅经典著作的怀旧感，这种对实体书细节的极致追求，实在令人赞叹。

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一本ActiveMQ的入门之作，感觉深入性不够，还需要更加深入的读物进行阅读，只是泛泛的讲了ActiveMQ的一些使用，特性而已。

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这本书用来了解Active MQ的用法很不错。提纲挈领。

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这本书用来了解Active MQ的用法很不错。提纲挈领。

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看了其中几章，略实用，英语太差是硬伤。

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这本书用来了解Active MQ的用法很不错。提纲挈领。