具体描述
《深入理解现代操作系统原理与实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的操作系统知识体系，涵盖从经典理论到前沿实践的广阔领域。本书的编写立足于对现代计算环境深刻的理解，力求在理论的严谨性与工程实践的可操作性之间找到最佳的平衡点。全书结构清晰，逻辑严密，旨在帮助读者构建坚实的操作系统基础，并掌握在实际工作中解决复杂问题的能力。 第一部分：操作系统的核心基础与结构 本部分首先构建了操作系统的宏观认知框架。我们从操作系统的定义、历史演进和基本功能入手，阐述了操作系统在复杂计算系统中的核心作用。随后，深入探讨了操作系统的组织结构，包括宏内核、微内核、混合内核的优缺点及适用场景。 处理器管理与进程控制： 这是操作系统的核心职能之一。本书详细剖析了进程的概念、进程控制块（PCB）的结构及其在上下文切换中的关键作用。特别地，我们用了大量的篇幅来阐述现代CPU中的并发机制，如多线程、用户级线程与内核级线程的映射关系。在调度算法方面，本书不仅回顾了先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度等经典算法，更重点分析了分时系统中的轮转法（Round Robin）、多级反馈队列（MLFQ）等面向交互式系统的优化策略。对于实时系统的调度，如最早截止时间优先（EDF）和速率单调调度（RMS），也进行了详尽的数学推导和案例分析。 内存管理机制： 内存是系统资源中最宝贵的资源之一。本书从物理内存的分配与回收开始，详细介绍了连续内存分配和非连续内存分配方案。对于非连续分配，分页机制被细致地剖析，包括页表的结构、多级页表的设计如何有效减少地址翻译的开销，以及TLB（快表）在加速地址转换中的关键作用。 虚拟内存是现代操作系统的标志性特征。我们深入探讨了请求调页（Demand Paging）的工作原理，并对几种主流的页面置换算法进行了量化比较，包括最佳置换算法（OPT，作为理论基准）、先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）及其硬件实现上的近似算法。此外，还涵盖了工作集模型、抖动（Thrashing）现象的分析与预防。对于更高级的内存管理，本书还讲解了内存保护机制、内存映射文件（mmap）以及操作系统的内存碎片整理技术。 第二部分：并发、同步与互斥 并发是现代计算的必然趋势，如何有效地管理并发带来的资源竞争和一致性问题是操作系统的核心挑战。 同步与互斥机制： 本书系统地介绍了保证并发控制的工具。从最基础的忙等锁、测试并置位指令（TestAndSet）开始，过渡到更高级、更易用的同步原语。互斥锁（Mutex）和信号量（Semaphore）的原理和应用场景被清晰界定。特别关注了经典的同步问题，如生产者-消费者问题、读者-写者问题以及哲学家进餐问题，并提供了使用信号量和管程（Monitor）的完整解决方案。 死锁的预防、检测与恢复： 死锁的处理是系统稳定性的试金石。本书详细阐述了导致死锁的四个必要条件（互斥、占有并等待、不可抢占、循环等待）。随后，我们对比分析了三种主要的死锁处理策略：预防（通过限制必要条件）、避免（如银行家算法的严格要求和适用性分析），以及检测与恢复。针对检测，介绍了资源分配图的简化算法和周期检测方法。 第三部分：文件系统与I/O管理 文件系统是用户与持久化数据交互的桥梁。 文件系统结构与实现： 本书涵盖了文件系统的逻辑结构（文件、目录、路径名）和物理组织。在物理层面，深入剖析了不同文件组织方式的性能特点，包括连续分配、链接分配和索引分配。对于索引节点（Inode）结构、超级块（Superblock）的维护，以及目录项的查找机制，进行了详尽的描述。 主流文件系统的设计哲学也被纳入讨论，如Unix/Linux的ext系列文件系统、NTFS的结构特点以及现代日志文件系统（Journaling File System）如何通过记录日志来提高数据一致性和系统恢复速度。 磁盘调度与I/O子系统： 输入/输出（I/O）是操作系统的慢速路径。本书着重于如何优化对块设备的访问。我们分析了磁头移动的物理特性，并详细比较了先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描（SCAN/Elevator）算法的性能差异。此外，还探讨了缓冲管理、缓存一致性以及现代固态硬盘（SSD）的磨损均衡和垃圾回收机制对操作系统I/O栈提出的新挑战。 第四部分：分布式与现代系统扩展 随着计算环境的演变，单机操作系统面临向分布式和云原生环境扩展的需求。 网络基础与分布式系统概念： 本书简要回顾了TCP/IP协议栈在操作系统中的实现层次，重点关注了套接字（Socket）接口的编程模型如何映射到底层的网络I/O和中断处理。对于分布式系统，本书介绍了远程过程调用（RPC）的基本原理，以及在分布式环境下实现文件系统共享（如NFS或SMB）所面临的一致性挑战。 安全与保护： 安全是操作系统的生命线。本部分讲解了保护域、访问矩阵模型，并详细分析了能力列表和访问控制列表（ACL）的实现机制。在操作系统内核层面，介绍了中断和陷阱机制如何确保用户程序无法非法干预内核态操作，以及地址空间隔离（ASLR、DEP/NX位）在缓解缓冲区溢出攻击中的作用。 本书内容组织旨在提供一个深度适中的学习路径，不仅要求读者理解“是什么”，更要求掌握“为什么”以及“如何实现”。每章后都附有深入思考题和可供实践的代码案例（基于类Unix环境），确保理论知识能迅速转化为实际的工程能力。
作者简介
目录信息
第1章 三层次Client/Server介绍
第2章 编程
第3章 CICS实验环境的安装和配置
第4章 高级编程
第5章 性能调整
第6章 嵌入式SQL（E-SQL）简介
附录1 在各种数据库和硬件平台上的范例程序
附录2 CD内容
附录3 常见问题解答
附录4 公共数据区规范
附录5 EasyMQ介绍
· · · · · · (收起)
第2章 编程
第3章 CICS实验环境的安装和配置
第4章 高级编程
第5章 性能调整
第6章 嵌入式SQL（E-SQL）简介
附录1 在各种数据库和硬件平台上的范例程序
附录2 CD内容
附录3 常见问题解答
附录4 公共数据区规范
附录5 EasyMQ介绍
· · · · · · (收起)
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