计算机等级考试教程:操作系统(三

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出版者:机械工业出版社
作者:
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1998-03
价格:25.00
装帧:平装
isbn号码:9787111049883
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机等级考试
  • 操作系统
  • 三级
  • 教材
  • 教程
  • 考研
  • 计算机基础
  • Windows
  • Linux
  • 知识点
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具体描述

《深入理解计算机系统:从硬件到软件的全面剖析》 书籍简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入且实用的计算机系统知识框架。它不仅仅是关于操作系统的某个特定考试或某个特定版本的教程,而是聚焦于计算机系统设计和实现的底层原理、核心组件以及它们之间复杂的交互机制。我们的目标是让读者不仅知道“如何做”,更深刻理解“为什么是这样”,从而具备应对未来技术变革的坚实基础。 第一部分:信息表示与程序设计基础 本部分将系统地探讨计算机处理信息的基本方式。我们从最底层的数字表示开始,详细阐述整数和浮点数的二进制编码(包括补码、IEEE 754标准),这对于理解计算的精度和局限性至关重要。随后,内容将转向程序如何转化为机器可以执行的指令。我们将深入讲解汇编语言的结构,包括指令集架构(ISA)的概念,例如x86-64的通用寄存器、数据传输指令、算术逻辑单元(ALU)操作,以及控制流指令(如跳转和循环)。 接着,本书会详尽分析编译过程的各个阶段:预处理、编译、汇编和链接。特别地,我们将花费大量篇幅解析链接器的作用,区分静态链接和动态链接,并解释共享对象(Shared Objects)和地址重定位是如何在运行时构造出可执行程序的内存映像。这为理解操作系统如何加载和执行程序奠定了基础。 第二部分:处理器体系结构与性能优化 本章聚焦于现代中央处理器(CPU)的内部工作原理,这是理解程序执行效率的关键。我们将从经典的冯·诺依曼和哈佛架构出发,过渡到现代高性能处理器的设计。重点内容包括: 指令级并行(ILP):深入探讨指令流水线(Pipeline)的工作原理,分析数据冒险、控制冒险以及结构冒险,以及它们如何通过转发(Forwarding)和分支预测机制来缓解。 层次化存储结构:详细介绍寄存器、高速缓存(Cache)的多个级别(L1, L2, L3)的设计哲学。我们将剖析缓存的组织方式(直接映射、组相联、全相联),替换策略(如LRU),以及写回/写穿透策略。理解缓存的局部性原理(时间局部性和空间局部性)是编写高效代码的基石。 虚拟内存的硬件支持:探讨内存管理单元(MMU)的角色,特别是页表(Page Table)的结构、多级页表的优势,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)在加速地址翻译中的关键作用。 第三部分:操作系统核心服务与抽象 本部分开始从硬件层面跃升到软件层面,探讨操作系统提供的核心抽象机制。我们不会局限于特定操作系统的API,而是探究支撑这些API的通用概念。 进程与线程管理:清晰区分进程(Process)与线程(Thread)的概念,阐述进程的上下文切换(Context Switching)开销和机制。我们会深入分析内核如何维护进程控制块(PCB)以及各种调度算法(如优先级调度、轮转法、多级反馈队列)的设计目标和适用场景。 并发与同步:这是理解多任务和多核编程难点的核心。本书将全面覆盖并发编程中遇到的挑战,如竞态条件(Race Conditions)和死锁(Deadlock)。我们将系统地介绍同步机制的实现细节,包括互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)、条件变量(Condition Variables)以及屏障(Barriers)。对于复杂的同步问题,我们将探讨如何使用原子操作(Atomic Operations)来实现无锁数据结构。 内存管理:虚拟地址空间:详述操作系统如何为每个进程创建和维护独立的、私有的虚拟地址空间。我们将分析内存分配的哲学,如堆(Heap)的动态分配(`malloc`/`free`的底层实现,如分离适配器或伙伴系统),以及栈(Stack)的自动管理。重点讨论缺页中断(Page Fault)的处理流程,以及内核如何利用置换算法(如最优、FIFO、LRU的近似实现)来管理物理内存。 第四部分:持久性存储与I/O系统 本部分关注数据如何在断电后依然存在,以及系统如何与外部世界进行交互。 文件系统:我们将探讨文件系统的组织结构,包括i节点(inode)的使用、目录结构的实现、以及数据块的分配策略。我们会比较不同文件系统的设计思想(如日志文件系统JFS/Ext4的日志机制如何保证数据一致性)。 I/O硬件与驱动:解析I/O设备的通用接口标准。重点介绍I/O传输的三种主要方式:程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问(DMA)。理解DMA如何解放CPU,使得数据可以在设备和内存之间直接传输,是掌握高性能I/O的关键。 网络编程基础:虽然不是纯粹的操作系统主题,但网络通信是现代系统不可或缺的一部分。本书将简要介绍TCP/IP协议栈的层次结构,重点放在Socket接口之上,解释内核如何管理套接字缓冲区以及I/O多路复用技术(如`select`, `poll`, `epoll`)的原理和性能优势,它们是构建高并发网络服务的基础。 本书的编写风格侧重于原理的深度挖掘和实践的联系,通过大量的系统调用层面的剖析和关键算法的伪代码展示,帮助读者建立起一套扎实、贯穿硬件、操作系统内核到应用层编程的系统级视野。掌握这些知识,将使读者能够高效地调试复杂的系统级错误、优化程序性能,并对任何新兴的系统架构变化做出快速而准确的判断。

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读后感

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这套教材的排版和设计真是让人眼前一亮,拿到手的时候就感觉很舒服。封面设计简洁大气,用色也非常专业,给人一种严谨又不失活力的感觉。内页的字体选择很合理,大小适中,阅读起来丝毫没有压力。更值得称赞的是,书中大量的图示和流程图,对理解复杂的操作系统概念起到了至关重要的作用。比如,在讲解进程调度算法时,作者通过生动的图形化展示,将原本抽象的理论变得直观易懂,即便是初次接触操作系统的读者也能迅速抓住核心要点。章节之间的逻辑衔接也非常流畅,每学完一个知识点,总能看到相关的练习题或者案例分析来巩固,这种学练结合的方式极大地提高了学习效率。此外,书中的内容组织结构清晰,知识点讲解层层递进,不会让人在学习过程中感到突兀或者迷失方向。细节之处也处理得很好,比如关键术语的加粗和注释,都体现了编著者对读者的体贴。整体来看,这本书在视觉体验和阅读体验上都做得非常出色,让人愿意沉下心来仔细研读。

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从学习的迭代和更新角度来看,这本书也展现出了极强的时效性和前瞻性。虽然它是一本针对特定考试等级的教程,但它并没有固步自封于过时的知识点。在涉及到并发控制和同步机制的部分,作者巧妙地融入了现代多核处理器环境下需要考虑的原子操作和内存屏障等概念的初步介绍,虽然篇幅不长,但足以让读者意识到操作系统技术正在不断发展。这对于我们这些希望知识体系能跟上时代步伐的学习者来说,非常重要。它没有强行灌输太多前沿但考试不考的内容,而是以一种非常克制和恰当的方式,提供了通往更深层次学习的“窗口”。这使得这本书不仅能在短期内帮助我们通过考试,更能为我们未来深入学习分布式系统或嵌入式系统打下坚实、与时俱进的基础。它真正做到了“面向考试,立足未来”的定位。

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说实话,我对市面上很多考试用书都持保留态度,总觉得它们要么过于理论化,要么就是应试技巧的堆砌,缺乏真正的深度和广度。但这本书给我的感觉完全不同。它的内容不仅紧密围绕考试大纲,更重要的是,它深入浅出地剖析了操作系统背后的核心原理。作者在讲解内存管理时,并没有停留在简单的分页和分段概念上,而是详细探讨了虚拟内存的工作机制、缺页中断的处理过程,甚至还涉及了一些现代操作系统中关于TLB和Cache的优化策略。这种深度分析,对于想要真正掌握操作系统,而不仅仅是通过考试的人来说,简直是福音。书中对系统调用和内核态/用户态切换的描述也相当到位,结合一些实际的程序执行流程图,使得读者能够清晰地理解操作系统是如何为用户程序提供服务的。这种兼顾广度和深度的内容设置,让这本书的价值远远超出了一个简单的“考试教程”的范畴,更像是一本高质量的入门级专业参考书。

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这本书的语言风格非常平实、严谨,没有那种故作高深的学术腔调,也没有过于随意的网络用语,找到了一种非常恰当的平衡点。作者在阐述技术细节时,用词精准,逻辑链条清晰,即便是面对像死锁预防和检测这样比较棘手的问题,也能用非常清晰的步骤和准确的术语来引导读者逐步理解。特别是对于那些计算机专业基础相对薄弱的读者来说,这种清晰、不绕弯子的叙述方式简直是救星。我个人感觉,阅读这本书的过程,就像是跟随一位经验丰富的导师在进行一对一的辅导。他知道哪里容易出错,会在哪里提前做铺垫和提醒。比如在介绍中断处理流程时,他特意加入了对“中断向量表”作用的强调,并解释了它如何保证系统响应的确定性。这种前瞻性的指导,让我在学习过程中始终保持着清晰的脉络感,极大地减少了重复阅读和自我修正的成本。

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我特别欣赏这本书在案例分析和习题设计上的独到匠心。很多教程的习题都是陈词滥调,换汤不换药,做完一套就觉得没什么意思了。但这里的习题明显经过了精心设计,很多题目都模拟了真实的工作场景,需要读者综合运用多个知识点才能解答。比如,在文件系统那一章,有一个综合题要求我们分析在多用户并发访问共享文件时,可能出现的数据不一致问题,并要求设计一个简单的同步机制来解决。这种考察综合分析和解决实际问题的能力的题目,远比那种死记硬背概念的题目要有价值得多。而且,书后附带的参考答案和详细解析也非常详尽,不仅仅告诉我们正确答案是什么,更重要的是解释了为什么其他选项是错误的,这种“刨根问底”的讲解方式,极大地帮助我们纠正了思维误区。这种注重实践应用的学习方式,让我感觉自己不仅仅是在“备考”,更是在“构建”自己的专业知识体系。

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