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出版者:

作者:Keogh, James Edward

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:28.99

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isbn号码:9781439500354

丛书系列:

图书标签:

• Linux
• Programming
• Beginner
• Tutorial
• System Administration
• Command Line
• Shell Scripting
• Open Source
• Unix
• Developer
• IT

深度探索现代操作系统：基于开源架构的高效能实践指南 第一部分：操作系统核心原理与架构解析 第一章：现代操作系统的演进与核心理念 本章将深入剖析当前主流操作系统（非特定发行版，而是通用架构）的起源与发展脉络。我们将从早期的批处理系统、分时系统，逐步过渡到支持多任务、多用户、网络互联的现代复杂内核结构。重点阐述操作系统的核心目标——资源管理、进程抽象、内存保护与并发控制——是如何通过精妙的设计得以实现的。我们将探讨微内核（如Mach/L4系列）与宏内核（如传统Unix/类Linux内核）在设计哲学上的根本差异，以及这些选择对系统性能、稳定性和安全性的长期影响。本章不会涉及任何具体的命令行工具或特定发行版的安装流程。 第二章：进程与线程的生命周期管理 理解进程和线程是掌握任何复杂软件系统的基石。本章将详尽解析进程的结构——包括其地址空间、寄存器上下文、进程控制块（PCB）的构成。我们将分析进程创建、切换与销毁的内部机制，重点聚焦于内核如何处理上下文切换（Context Switching）的开销与优化策略，例如零拷贝技术在某些场景下的应用。随后，我们将深入线程模型，区分用户级线程与内核级线程，讨论如何通过同步原语（如信号量、互斥锁、条件变量）来管理共享资源访问，避免竞态条件（Race Conditions）和死锁（Deadlock）的发生。本章将通过抽象模型而非具体代码示例来阐述这些并发问题的理论解决方案。 第三章：内存管理：虚拟化、分页与保护机制 内存是系统中最宝贵的资源之一。本章将全面解析虚拟内存系统的构建原理。我们会详细讲解地址转换过程：逻辑地址如何通过页表（Page Tables）映射到物理地址。讨论不同级别的页表结构（单级、多级）的优劣，以及内存管理单元（MMU）在加速这一转换过程中的关键作用（如TLB——Translation Lookaside Buffer）。此外，本章将探讨内存分配策略，如首次适应、最佳适应、伙伴系统（Buddy System）算法，以及如何通过内存保护机制（如设置页表权限位）来隔离不同进程的地址空间，确保系统安全性和稳定性。 第四章：文件系统与持久化存储 本章聚焦于操作系统如何抽象和管理物理存储介质。我们将分析文件系统的核心抽象概念：文件、目录、索引节点（Inode）以及它们之间的映射关系。探讨日志文件系统（Journaling File Systems）的设计哲学，即如何通过日志来保证文件系统在非正常关机后的数据一致性。不同于仅介绍存储命令，本章将深入探讨数据块的分配策略、文件系统的元数据操作效率优化，以及如何实现数据完整性校验。我们还会简要对比基于磁盘的文件系统（如块设备）与网络文件系统（如NFS/SMB的底层协议概念）在设计上的考量。 第二部分：系统调用接口与底层交互 第五章：操作系统服务抽象层：系统调用接口 系统调用是用户空间程序与内核空间进行通信的唯一安全通道。本章将剖析系统调用机制的实现原理，包括陷阱（Trap）指令的触发过程、用户态到内核态的切换流程，以及参数传递与返回值处理的细节。我们将讨论系统调用集合的标准化意义，以及如何通过系统调用层实现对底层硬件的统一抽象。本章的重点在于理解“接口”背后的机制，而非罗列具体的系统调用编号。 第六章：I/O子系统：中断处理与DMA机制 输入/输出操作是影响系统整体性能的关键瓶颈。本章将详细解析I/O子系统的工作流程。首先，分析中断（Interrupts）在通知CPU设备状态变化中的作用，区分硬中断与软件中断（如软中断/Tasklets）的应用场景。随后，重点讲解直接内存访问（DMA）技术，阐明DMA控制器如何允许设备在不占用CPU的情况下直接读写内存，从而极大地提高数据传输效率。我们将分析阻塞式I/O与非阻塞式I/O在系统调用层面的实现差异。 第七章：并发控制进阶：锁的粒度与性能权衡 在多核处理器成为标配的今天，高效的并发控制至关重要。本章将超越基本的互斥锁，深入探讨更高级的同步机制。我们将比较并分析自旋锁（Spinlocks）与休眠锁（Sleeping Locks）的使用场景与性能代价。讨论读写锁（Read-Write Locks）如何优化读多写少的场景。此外，本章还会涉及更精细化的同步手段，如屏障（Barriers）在内存模型中的作用，以及如何通过无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的设计来缓解传统锁带来的同步开销。 第三部分：网络栈与安全基础 第八章：网络协议栈的内核实现 现代操作系统必须高效地处理网络通信。本章将聚焦于操作系统内部的网络协议栈（TCP/IP Stack）结构。我们将解析数据包在内核中如何从网络接口卡（NIC）被接收，经过链路层、网络层（IP寻址与路由）、传输层（TCP/UDP连接管理与可靠性保证）的处理，最终到达用户空间应用程序的流程。讨论内核如何管理套接字（Socket）结构，以及零拷贝技术（如`sendfile`）在优化网络数据传输路径中的应用。 第九章：系统安全模型与权限隔离 系统安全依赖于严格的权限控制。本章将系统地介绍操作系统的安全模型。我们将阐述最小权限原则（Principle of Least Privilege）在系统设计中的体现。深入讨论权限验证机制，如用户身份验证（UID/GID）以及更细粒度的访问控制列表（ACLs）。本章还会探讨内核如何通过内存隔离、地址空间布局随机化（ASLR）等技术，来抵御常见的软件漏洞攻击，确保系统资源的机密性、完整性和可用性。 第十章：启动流程与内核初始化（Bootstrapping） 本章将追溯一个操作系统从硬件复位到用户程序开始运行的整个初始化过程。我们将分析引导加载程序（Bootloader）的角色，它如何将内核映像从存储设备加载到内存，并设置初始的CPU环境。接着，详细描述内核启动序列，包括对核心数据结构（如内存管理器、中断描述符表）的初始化，以及第一个进程（Init/Systemd的祖先）是如何被创建并接管系统控制权的。理解启动过程，是理解系统生命周期和故障诊断的关键。

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我必须承认，我原本对“编程”这件事抱有一种敬畏之心，尤其是在Linux这个庞大体系下。但这套书给我的感觉就像是请了一位经验丰富、耐心到令人发指的导师在你身边，而且这位导师深知初学者的思维定势和容易犯的错误。它对C语言在Linux环境下的应用介绍得非常到位，重点突出了那些与操作系统交互密切相关的部分。例如，在讲解文件I/O时，它不仅仅是展示了`open()`、`read()`、`write()`这些函数，更是细致地解释了文件描述符的概念，以及为什么在Linux中一切皆文件（甚至包括设备和管道），这种底层逻辑的打通，对我理解后续的网络编程和进程间通信至关重要。书中的代码示例都非常精炼且具有代表性，没有那种为了凑字数而堆砌的冗余代码，每一个函数调用都有明确的上下文说明。更妙的是，它还穿插了一些“陷阱提示”，比如内存泄漏的常见原因、指针操作的危险性等等，这些经验之谈，是其他理论书籍里很难找到的宝贵财富，直接帮我避开了不少初学者常踩的坑。这本书的价值，绝不仅仅在于教你写出能运行的代码，更在于帮你建立起一种“Linux思维模式”。

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我收到这本书时，最先留意到的是它的排版和图示。在技术书籍中，如果图表设计得不好，很容易让人产生阅读疲劳，但这本教材在这方面做得非常出色。关键概念的可视化效果极佳，尤其是那些涉及到数据结构或者系统调用的流程图，简洁明了，一目了然。比如，在讲解系统调用与用户态/内核态切换时，它用了一个非常清晰的状态图，配合简短的文字说明，比我之前看的任何一本教材的描述都要有效得多。而且，全书的章节结构组织得像是一张精心铺设的地图，你总能清楚地知道自己现在处于学习旅程的哪个阶段，以及接下来的目标是什么。它没有强迫读者必须按照严格的顺序学习，但同时又通过明确的“先决条件”提示，引导读者建立起正确的知识依赖链。对于想自我驱动学习的人来说，这种结构上的清晰度是至关重要的，它极大地提升了阅读的效率和连贯性，让我可以根据自己的兴趣点选择性地深入学习，而不用担心会遗漏核心的基础知识。

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这本书简直是为我这种对Linux一窍不通的小白量身定做的！我一直想深入了解Linux系统，但市面上那些动辄上千页的官方手册看得我头都大了，根本不知道从何下手。这本《Linux Programming for Dummies》的结构安排极其合理，它没有一开始就抛出那些晦涩难懂的系统调用或者内核原理，而是从最基础的命令行操作讲起，那种手把手带着你敲代码的感觉，非常踏实。比如，它对Shell脚本的介绍，清晰地划分了变量、控制流和函数这几个核心概念，即便是初次接触脚本的新手，也能很快理解“哦，原来程序是这样一步步执行的”。而且，书中对常用工具的讲解也十分到位，比如`grep`、`awk`、`sed`这些文本处理的瑞士军刀，作者没有仅仅停留在告诉我们“这个命令是做什么的”，而是深入剖析了它们的常见应用场景和常用参数组合，让我在实际工作中遇到文本处理难题时，能够迅速找到解决方案，而不是在网上漫无目的地搜索碎片化的信息。这种从宏观到微观、由浅入深的讲解方式，极大地降低了我的学习曲线，让我对Linux编程这件事产生了极大的信心。我特别欣赏它那种鼓励实践的态度，几乎每一章后面都有动手练习的小项目，保证了知识点的即时吸收和巩固，而不是看完就忘的纸上谈兵。

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这本书的叙事风格非常接地气，完全没有那种高高在上的技术腔调。读起来感觉就像是朋友在跟你分享他多年来摸爬滚打积累下来的“独家秘籍”。我特别喜欢它在介绍高级主题时所采用的类比和比喻，比如描述进程调度时，用繁忙的餐厅服务员来形容CPU如何分配时间片，一下子就把抽象的概念具象化了。对于我这种更偏向于应用层开发的人来说，系统编程往往是个黑盒，而这本教材巧妙地将这个黑盒打开了一道缝隙，让我得以窥见底层的运作机制，但又不会因为信息过载而感到窒息。它在讨论多线程和并发编程时，没有直接跳入复杂的锁机制，而是先从并行性的直观感受入手，然后循序渐进地引入互斥锁、信号量等同步原语，并且清晰地指出了不同场景下选择不同同步工具的考量。这种循序渐进的教学节奏，让我能消化吸收每一个知识点，而不是囫囵吞枣。它真正做到了“把复杂的事情简单说清楚”，这在技术文档中是极其难得的品质。

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最让我印象深刻的是，这本书不仅仅停留在教会你“如何做”，更深入地探讨了“为什么”。在介绍特定的编程范式或设计模式时，作者会追溯到历史背景或者设计哲学，比如为什么Unix的设计哲学如此强调模块化和单一职责原则。这种带有历史厚重感的讲解，让学习过程变得更有趣，也更有深度。它帮助我理解了当前Linux编程范式背后的逻辑根源，而不是仅仅将它们当作一套死板的规则来遵守。书中对错误处理的强调也值得称赞，它反复提醒读者要检查每一个系统调用的返回值，并正确地处理`errno`，这在实际项目中是保证程序健壮性的生命线。对于一个渴望从“能运行”到“可靠运行”的开发者来说，这种对细节和健壮性的执着是极其宝贵的经验传授。总而言之，这本书提供了一个坚实可靠的基石，让你在未来的Linux开发道路上，能够自信地应对更复杂的挑战，因为它已经为你打通了那些最难跨越的初级门槛，并灌输了正确的思考方式。

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