Win32 System Programming pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Addison-Wesley Professional

作者:Johnson M. Hart

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2000-10-09

价格:USD 59.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780201703108

丛书系列:

图书标签:

• Win32
• Windows
• API
• 系统编程
• 底层开发
• C++
• Windows内核
• 编程技巧
• 软件开发
• 技术
• 开发

深入理解操作系统核心：现代系统编程的实践与理论 本书名称： 现代系统编程实战指南 (A Practical Guide to Modern System Programming) 目标读者： 具有一定 C/C++ 基础，希望深入了解操作系统底层机制、从事高性能计算、驱动开发、嵌入式系统或需要构建复杂、高可靠性软件的工程师和高级技术爱好者。 内容概述： 本书旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的现代操作系统（主要聚焦于类 Unix 环境，如 Linux）系统编程知识体系。我们摒弃了对特定旧版 API 的冗余介绍，而是将重点放在当前主流的、高性能的、跨平台的编程范式和技术栈上。全书内容结构严谨，从基础的抽象概念入手，逐步过渡到复杂的并发控制、内存管理和网络通信的实际应用。 第一部分：基础构建块与环境抽象 (The Foundations) 第 1 章：系统编程的新范式 本章首先界定“系统编程”在当今计算环境中的含义。我们将探讨从传统共享内存架构向分布式和异构计算（如 GPU 加速）迁移的过程中，系统编程者需要掌握的核心能力。内容涵盖了现代编译器的优化策略、链接器在动态加载和延迟绑定的角色，以及如何利用内核版本更新带来的性能改进。我们将引入 ELF 文件的结构解析，不仅仅是了解，而是教授读者如何使用工具（如 `objdump`）进行实际的二进制分析。 第 2 章：健壮的进程与线程管理 本章深入探讨进程生命周期管理、上下文切换的开销分析，以及现代线程模型的优劣。重点讲解轻量级进程（LWP）与用户级线程的区别，并详细剖析 POSIX 线程（pthreads）的高级特性，包括线程局部存储（TLS）的正确使用、线程同步的死锁预防机制，以及信号处理在多线程环境下的复杂交互。我们特别关注 `vfork` 与 `fork` 的性能权衡，以及在虚拟化环境中系统调用的开销模型。 第 3 章：内存管理的深度剖析 超越简单的 `malloc`/`free`，本章深入内核对虚拟内存的抽象。内容覆盖地址空间布局、页表结构（TLB 机制的重要性）、内存映射（mmap）的高级应用，如零拷贝（Zero-Copy）技术在文件I/O中的实现。读者将学习如何使用内存调试工具（如 Valgrind 的 Memcheck 深度剖析）来识别内存泄漏和越界访问。同时，我们将探讨堆分配器（如 jemalloc 或 tcmalloc）的设计原理，以及它们如何优化特定工作负载的内存访问模式。 第二部分：并发、同步与数据竞争的终结 (Concurrency and Synchronization) 第 4 章：现代并发原语 本章是关于构建高性能、无竞争代码的核心。我们详细介绍原子操作（Atomic Operations）的使用，包括基于硬件指令的无锁（Lock-Free）数据结构设计，例如无锁队列和栈。章节将详细对比互斥锁（Mutexes）、读写锁（RW Locks）以及屏障（Fences）在不同场景下的性能表现和适用性。我们将使用实际案例演示如何从粗粒度锁进化到细粒度锁，直至完全无锁设计。 第 5 章：异步 I/O 与事件驱动编程 在现代服务器编程中，同步阻塞 I/O 已无法满足性能需求。本章聚焦于异步模型。内容涵盖传统 I/O 多路复用技术（`select`, `poll`, `epoll`，以及 BSD 的 `kqueue`）的机制和效率比较。核心将放在现代内核提供的异步 I/O 接口（如 Linux 的 io_uring），分析其相比传统 AIO 的巨大性能提升，并提供使用 `io_uring` 构建高吞吐量网络服务器的实战范例。 第 6 章：进程间通信（IPC）的演进 本章系统梳理了所有主要的 IPC 机制，并根据通信的规模和实时性进行分类。详细讲解管道（Pipes）、消息队列、共享内存（包括 POSIX 共享内存和 mmap 映射）的编程细节。更重要的是，我们将介绍基于 Unix Domain Sockets (UDS) 的高性能本地通信方案，以及它们在微服务架构中替代 TCP/IP 循环连接的优势。 第三部分：网络、文件系统与低级接口 (The System Interfaces) 第 7 章：高性能网络编程 本章聚焦于 TCP/IP 协议栈的系统编程接口。我们将从 BSD Socket API 开始，深入理解 TCP 的拥塞控制算法（如 BBR 的引入），以及如何通过 `setsockopt` 调整内核参数以优化网络性能（如 TCP_NODELAY, SO_RCVBUF）。内容将覆盖 UDP 的应用场景，以及 QUIC 协议作为下一代传输层协议的系统级实现考量。 第 8 章：文件系统的操作与优化 本章超越标准的文件读写，探讨文件系统在系统编程中的优化空间。内容包括：文件的原子性操作（如 `O_APPEND` 和 `fallocate`）、目录遍历的性能瓶颈分析、以及如何正确利用文件系统的缓存机制。重点讲解如何使用文件系统通知 API（如 inotify 或 fanotify）来构建高效的文件监控服务，并讨论 SSD 带来的 I/O 队列深度优化需求。 第 9 章：系统调用的边界与安全 本章探讨用户态程序与内核态交互的边界。我们将详细分析系统调用的生命周期、上下文切换的成本，并介绍如何使用性能分析工具（如 `perf`）来准确测量系统调用的耗时。安全方面，本章将剖析容器技术（如 Cgroups 和 Namespaces）对系统资源的隔离原理，以及如何通过 Sandboxing 技术（如 seccomp 过滤）来限制应用程序的系统调用集合，从而增强安全性。 附录：工具链与调试进阶 附录部分提供了一系列高级调试和性能分析工具的使用指南，包括 GDB 高级脚本编写、Core Dump 分析、以及如何使用 BPF/eBPF 技术进行无侵入的内核事件跟踪和动态度量，为读者提供解决实际复杂问题的武器库。 本书特色： 面向实践： 每一核心概念都配有经过充分测试的、可编译运行的代码示例。 关注现代性： 重点介绍 POSIX 标准中更新的、性能更高的 API，摒弃过时的技术。 性能导向： 强调性能分析和优化，解释“为什么”某个 API 比另一个更快，而非仅仅“如何”使用。 深度挖掘： 不停留在 API 表面，深入探讨其背后的内核机制和硬件支持。

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