The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System

The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Addison-Wesley Professional
作者:Marshall Kirk McKusick
出品人:
页数:720
译者:
出版时间:2004-8-12
价格:USD 79.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9780201702453
丛书系列:
图书标签:
  • FreeBSD
  • OS
  • 操作系统
  • Unix
  • 计算机
  • 计算机科学
  • BSD
  • 软件开发
  • FreeBSD
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  • 设计
  • 实现
  • 计算机科学
  • 系统编程
  • 开源软件
  • 操作系统设计
  • 内核开发
  • 分布式系统
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具体描述

As in earlier Addison-Wesley books on the UNIX-based BSD operating system, Kirk McKusick and George Neville-Neil deliver here the most comprehensive, up-to-date, and authoritative technical information on the internal structure of open source FreeBSD. Readers involved in technical and sales support can learn the capabilities and limitations of the system; applications developers can learn effectively and efficiently how to interface to the system; system administrators can learn how to maintain, tune, and configure the system; and systems programmers can learn how to extend, enhance, and interface to the system. The authors provide a concise overview of FreeBSD's design and implementation. Then, while explaining key design decisions, they detail the concepts, data structures, and algorithms used in implementing the systems facilities. As a result, readers can use this book as both a practical reference and an in-depth study of a contemporary, portable, open source operating system. This book: * Details the many performance improvements in the virtual memory system * Describes the new symmetric multiprocessor support * Includes new sections on threads and their scheduling * Introduces the new jail facility to ease the hosting of multiple domains * Updates information on networking and interprocess communication Already widely used for Internet services and firewalls, high-availability servers, and general timesharing systems, the lean quality of FreeBSD also suits the growing area of embedded systems. Unlike Linux, FreeBSD does not require users to publicize any changes they make to the source code.

《操作系统设计与实现:系统内核的深度剖析与实践指南》 图书简介 本书旨在为计算机科学领域的学生、系统工程师以及对操作系统底层原理充满热忱的开发者提供一本全面、深入且高度实用的指南。我们聚焦于现代操作系统的核心机制、设计哲学以及关键组件的实现细节,旨在揭示操作系统如何从硬件层面抽象、管理和调度资源,从而支撑起复杂多样的应用生态。本书摒弃了过于宏大或停留在表层概念的叙述,而是采取一种自底向上、注重工程实践的视角,带领读者深入内核的代码结构与运行逻辑。 第一部分:操作系统基础与架构 本部分奠定了理解复杂系统所需的理论基石。我们首先探讨操作系统的定义、演进历程及其在计算体系结构中的核心地位。重点阐述了进程与线程的概念区分、生命周期管理以及在多核环境下的并发模型。详细分析了中断、异常与系统调用这三种机制如何实现用户态与内核态之间的安全、高效切换,这是所有操作系统安全隔离和功能实现的基础。 随后,本书深入剖析了内存管理的精髓。我们从物理内存的组织结构开始,逐步过渡到虚拟内存的抽象。详细讲解了分页(Paging)机制的原理,包括页表结构、TLB(Translation Lookaside Buffer)的作用与管理。更重要的是,我们剖析了内存分配器的设计,包括内核堆(Kernel Heap)的实现策略(如伙伴系统或 slab 分配器),以及如何处理内存碎片化问题。 第二部分:并发、同步与调度 并发性是现代操作系统的核心挑战,本部分将聚焦于如何高效、正确地管理并行执行的实体。 同步机制是确保数据一致性的关键。本书详尽介绍了锁(Locking)的各种形式,如互斥锁(Mutex)、自旋锁(Spinlock)以及信号量(Semaphore)的实现细节。特别地,我们探讨了无锁数据结构(Lock-free Data Structures)的设计思路,利用原子操作(Atomic Operations)来构建高性能、高并发的内核组件。对于复杂的同步场景,如屏障(Barrier)和条件变量(Condition Variables),我们不仅描述了其接口,更深入到其内部基于底层同步原语的构建过程。 CPU 调度部分是本书的重点之一。我们详细解析了不同的调度算法,从最早的先来先服务(FCFS)、时间片轮转(Round Robin)到更复杂的优先级继承(Priority Inheritance)和多级反馈队列(Multilevel Feedback Queue, MLFQ)。本书花费大量篇幅分析了公平性与实时性的权衡,并介绍了现代操作系统中如何实现对不同类型负载(如交互式、批处理、实时任务)的混合调度策略。我们还将探讨上下文切换(Context Switching)的开销和优化技术,这是衡量调度器性能的关键指标。 第三部分:I/O 子系统与设备驱动 操作系统的另一核心职责是管理与外部世界的交互。本部分致力于解构复杂的输入/输出(I/O)系统。 我们首先区分了程序控制I/O、中断驱动I/O和直接内存访问(DMA)这三种主要的I/O模式,并分析了它们各自的性能特征和适用场景。随后,我们进入设备驱动模型的剖析。本书将阐述如何设计一个健壮的、可插拔的设备驱动框架,包括中断处理程序(Interrupt Handlers)的编写规范、如何安全地从中断上下文与内核其他部分通信,以及处理设备错误的策略。 重点关注块设备(Block Devices)的管理,包括 I/O 请求队列的设计(如 Elevator 算法)和对读写缓存(Buffering/Caching)的实现,以提高磁盘访问的效率。对于字符设备(Character Devices),我们将探讨其在文件系统接口下的抽象和实现。 第四部分:文件系统与持久化存储 文件系统是操作系统对持久化存储的最终抽象。本书提供了一个关于文件系统结构与实现的深入视角。 我们探讨了磁盘存储的物理组织、数据块的分配策略(如位图、链表分配),以及元数据(Metadata)的管理,特别是inode或等效结构的详细信息。重点分析了日志(Journaling)机制如何保证文件系统在系统崩溃后的一致性和快速恢复能力。我们不仅讲解了理论,还将剖析实际高性能文件系统的设计决策,例如如何优化目录查找性能和如何平衡元数据操作与数据传输的延迟。 此外,本书还会涉及虚拟文件系统(VFS)层,讲解它如何通过统一的接口抽象底层不同类型的文件系统(如日志文件系统、网络文件系统),实现操作系统的可扩展性。 第五部分:安全性与系统调用接口 本部分关注操作系统作为安全边界的角色以及其向用户空间提供的核心服务接口。 我们将详细分析系统调用(System Calls)的工作流程,从用户态请求到内核态执行,以及必要的参数校验和权限检查。系统的安全性是至关重要的议题,本书探讨了权限模型的实现,包括用户/组ID、访问控制列表(ACLs)或能力(Capabilities)系统如何强制执行资源访问限制。 此外,我们讨论了进程间通信(IPC)的各种机制,如管道(Pipes)、消息队列、共享内存以及套接字(Sockets)的内核实现,分析它们在数据传输效率和安全性上的权衡。 本书的最终目标是培养读者对操作系统内部工作原理的深刻理解,不仅知其然,更能知其所以然,从而能够设计、实现或调试任何复杂的、高性能的系统软件。每一章都配有大量的伪代码和关键算法的详细推导,确保读者能够将理论知识转化为实际的工程能力。

作者简介

目录信息

读后感

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看下面链接给出消息,第二版有以下改进 • Explains highly scalable and lightweight virtualization using FreeBSD jails, and virtual-machine acceleration with Xen and Virtio device paravirtualization • Describes new security features such as Capsicum sandb...  

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这本书有中文版,但是不推荐,翻译质量不好。 这本书没有讲具体的代码,而是分析了4.4 BSD内核的各个子系统的结构,因此对于初学OS的同学不太合适。但是对于已经理解基本概念的同学来说,这本书非常值得一看,仅凭虚拟内存(VM)首先在BSD上实现就不能错过本书。

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BSD三兄弟中,FREEBSD是当之无愧的老大。这玩意只有搞操作系统的哥们看看。咱也是从linux正营策反过来的,鼓捣这玩意比linux有意思的多。(个人喜好而已,口下留情,不想打OS的口水仗)而在天朝BSD类的书奇缺,能看到这本已是万幸!大三那年 ,上操作系统的课,好好把书看了一...  

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the same book like as The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System!  

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看下面链接给出消息,第二版有以下改进 • Explains highly scalable and lightweight virtualization using FreeBSD jails, and virtual-machine acceleration with Xen and Virtio device paravirtualization • Describes new security features such as Capsicum sandb...  

用户评价

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翻开书页,一股严谨而专业的学术气息扑面而来。从目录的编排就能看出作者在组织内容上的深思熟虑。每一章似乎都对应着FreeBSD操作系统一个核心的功能模块,并且逻辑上层层递进,从宏观架构到微观细节,形成一个完整的知识体系。我迫不及待地想深入了解FreeBSD的启动过程,了解从BIOS到内核加载的每一个步骤,以及在这个过程中,各个子系统是如何被初始化和激活的。特别是其进程调度算法,我一直对不同的调度策略及其在不同负载下的表现感到好奇,希望这本书能提供清晰的解释和实际的案例。内存管理部分,我期待能看到关于页表、TLB、内存分配器的详细介绍,以及FreeBSD是如何高效地管理物理内存和虚拟内存的。文件系统是操作系统的另一大支柱,我尤其关注其对MFS、NFS等不同文件系统的支持,以及其缓存机制如何优化I/O性能。这本书的价值,我想,不仅仅在于技术细节的呈现,更在于它能帮助读者建立起一个完整的操作系统思维模型,理解不同组件之间是如何相互协作、协同工作的。这种深度的理解,对于编写高效、可靠的系统软件至关重要。

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《FreeBSD操作系统设计与实现》这本书,无疑是对那些渴望深入理解现代操作系统内部运作的工程师的“圣经”。它所揭示的不仅仅是FreeBSD这一特定操作系统的秘密,更是通用操作系统设计的普遍原则和先进实践。我预估书中会详细阐述其调度器的工作原理,从CFS(Completely Fair Scheduler)到其他可能的调度算法,以及它们如何平衡CPU资源以实现公平性和高吞吐量。内存管理部分,我特别期待了解其内存分配策略,例如kmem的实现,以及它如何处理内存碎片和页错误。文件系统方面,除了UFS,我希望也能看到对ZFS的介绍,因为ZFS凭借其卓越的特性,在存储领域已经占据了重要地位。这本书的意义在于,它能帮助读者建立起一个扎实的操作系统理论基础,并将其与实践相结合,从而能够更有效地开发和维护复杂的系统。我预期,这本书的阅读将是一个持续学习和自我提升的过程,每一次回顾都能有新的发现和领悟。

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这本书的厚重感,本身就传递出一种对知识的敬畏。我迫切地希望了解书中关于FreeBSD网络堆栈的详细设计,包括其TCP/IP实现和套接字API的内部机制。在进程管理方面,我希望能深入理解其线程同步机制,以及它如何处理多线程环境下的竞态条件。内存管理部分,我尤其关注FreeBSD如何进行虚拟地址空间的分配和管理,以及它如何应对内存碎片问题。文件系统方面,我希望能看到关于其文件锁定和并发访问控制的详细讲解,以及它如何保证数据的完整性。这本书的意义,在于它能够帮助我更全面、更深入地理解操作系统的方方面面,从而为我今后的技术发展奠定坚实的基础。

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这本书的厚度和其所承诺的内容,无疑是对深度探索的邀请。我高度期待书中关于FreeBSD内核调度器和进程管理的详细描述,特别是它如何在高并发环境下保持系统的响应性和稳定性。内存管理部分,我希望能够深入了解其内存池的设计,以及它如何进行高效的内存分配和回收。文件系统是操作系统的基石,我尤其关注FreeBSD是如何实现其强大的文件系统缓存机制,以及它如何保证数据在各种异常情况下的完整性。这本书的意义,不仅仅在于提供技术知识,更在于它能够培养一种系统性的思维方式。通过理解FreeBSD的设计哲学,我能够更好地理解其他操作系统的优劣,并从中吸取经验。我预期,这本书的学习将是一个循序渐进、不断深入的过程,每一次阅读都能帮助我更上一层楼。

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这本《FreeBSD操作系统设计与实现》的书籍,在拿到手的那一刻,我就被它厚实精美的装帧所吸引,仿佛预示着里面蕴含着深邃的技术宝藏。作为一名对操作系统原理有着浓厚兴趣的开发者,我一直渴望能有一本深入剖析现代操作系统底层机制的书籍。FreeBSD,作为一款开源、稳定、性能卓越的类Unix操作系统,其背后精巧的设计和严谨的实现,一直是我研究的重点。这本书的标题,精准地击中了我的需求,它承诺的不仅仅是“使用”FreeBSD,更是“理解”它。我设想,书中会详细讲解其内核的架构,从进程管理、内存管理,到文件系统、设备驱动,再到网络堆栈,每一个环节都将进行细致入微的剖析。我尤其期待能够深入了解FreeBSD是如何处理多线程、如何进行上下文切换、虚拟内存是如何映射的,以及其独具特色的UFS文件系统是如何组织和管理数据的。这本书的价值,我想,在于它能够将那些抽象的理论概念,通过FreeBSD这个具体的载体,变得更加具象化和易于理解。对于任何想要在系统层面提升自己技能的工程师来说,掌握一个成熟操作系统的内部运作原理,无疑是迈向精通的关键一步。我预计这本书的阅读过程,将是一次充满挑战但又极具回报的知识探索之旅。

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这本书所涵盖的深度,让我对学习过程充满了期待。我深知,要真正掌握一个操作系统的精髓,必须深入其代码层面,理解每一个设计决策背后的考量。我猜测,书中会引用大量的FreeBSD内核源代码片段,并通过这些代码来解释特定的设计模式和实现细节。这对我来说将是无比宝贵的财富,因为代码是操作系统最真实的语言。我特别期待能了解FreeBSD是如何实现其强大的网络功能的,包括TCP/IP协议栈的实现、套接字接口的工作原理,以及其在并发连接处理上的优化。此外,设备驱动模型的讲解也同样吸引我,了解操作系统如何与硬件进行交互,如何管理各种设备,这将极大地拓展我的视野。这本书并非简单地罗列API或命令,而是旨在揭示“为什么”和“如何”,帮助读者理解设计背后的哲学和权衡。我设想,通过学习这本书,我将能够更好地调试系统问题,甚至能够参与到FreeBSD的开发和改进中来,贡献自己的力量。

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我一直认为,要真正掌握一项技术,就必须深入了解其底层实现,《FreeBSD操作系统设计与实现》这本书恰好满足了我的这一愿望。我非常期待书中关于FreeBSD的错误处理机制,了解它如何应对各种异常情况并保持系统的稳定性。在进程管理方面,我希望能深入理解其任务切换的细节,以及它如何优化上下文切换的开销。内存管理部分,我尤其关注FreeBSD如何实现其页缓存,以及它如何管理文件系统数据的缓存。文件系统方面,我希望能看到关于其目录遍历和文件检索的算法分析,以及它如何优化I/O性能。这本书的价值,在于它能够帮助我构建一个完整的操作系统知识体系,并培养我分析和解决复杂系统问题的能力。

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对于我这样的技术爱好者来说,能够拥有一本如此详尽地剖析FreeBSD操作系统的书籍,简直是一种享受。我十分好奇书中会如何阐述FreeBSD的进程模型,包括其僵尸进程、守护进程的处理,以及进程间通信(IPC)机制的实现,如管道、消息队列等。在内存管理方面,我期待能够深入了解其虚拟内存的实现细节,包括页表项(PTE)的结构、页面置换算法,以及共享内存的机制。文件系统是操作系统的核心,我希望能看到关于目录结构、 inode 的详细讲解,以及 FreeB SD 如何处理并发访问和数据一致性。这本书的价值,我想,在于它能够帮助我们跳出“黑盒”的限制,真正理解操作系统内部的运作规律。通过这本书,我不仅可以学习到FreeBSD的具体实现,更能从中提炼出适用于其他操作系统的通用设计思想和最佳实践,从而提升自己的技术功底。

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《FreeBSD操作系统设计与实现》这本书,仿佛是一把钥匙,能够打开操作系统内部的神秘之门。我迫切地希望了解书中关于FreeBSD内核的模块化设计,以及它如何处理各种系统调用。在进程管理方面,我期待能够深入了解其线程模型,以及它如何支持多核处理器的并发执行。内存管理部分,我尤其关注FreeBSD如何进行物理内存的分配和管理,以及它如何实现虚拟地址到物理地址的映射。文件系统方面,我希望能看到关于其日志文件系统(如Journaling)的实现细节,以及它如何应对意外断电等情况。这本书的价值,在于它能够将复杂的操作系统理论转化为可理解的实践。通过这本书,我不仅能学习到FreeBSD的内在机制,更能培养出解决复杂系统问题的能力。

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这本书的封面设计简约而不失专业,预示着其内容的深刻与精炼。我非常期待书中关于FreeBSD中断处理机制的详细介绍,了解它如何高效地响应硬件事件。在进程管理方面,我希望能深入理解其进程创建和销毁的生命周期,以及它如何进行进程间的通信。内存管理部分,我尤其关注FreeBSD如何处理内存泄漏和性能瓶颈。文件系统方面,我希望能看到关于其文件查找和访问的优化策略,以及它如何保证数据的一致性。这本书的意义,在于它能够帮助我从更深层次理解操作系统的运行逻辑,并为我未来的开发工作提供坚实的基础。我预估,这本书的阅读将是一个充满挑战但又极富成就感的旅程。

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一本有趣的大杂烩,描述一个真的操作系统是怎么实现的,有漂亮的解决方案,也有无奈的妥协

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对于学习FreeBSD的人来说这本就是圣经 (2013)

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对于学习FreeBSD的人来说这本就是圣经 (2013)

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对于学习FreeBSD的人来说这本就是圣经 (2013)

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我想这本书对于即使从来不用FreeBSD的人来说也是很有用的。

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