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《新视听课堂电脑入门基础轻松互动学:电脑入门轻松互动学(第2版)》以广大计算机用户的实际需求为出发点，以实用为最终目的，介绍了日常工作与生活中最热门、最流行的电脑工具软件，涵盖了电脑应用的最常见领域，起点低、内容全、上手快、容易学，对于不懂电脑的读者而言，可谓一读即会。在当今科技高速发展，竞争日益激烈的时代，计算机已经成为人们谋生的一种重要手段，如果不懂计算机，就很难在社会中生存。一本好的计算机图书，无疑是广大电脑初学者由“菜鸟”晋级为高手的制胜法宝。为了帮助这睦读者快速迈进电脑应用高手的先烈，我们特别策划并编写了这套丛书，希望能为他们的学习和工作尽一点绵薄之力。
《数字时代的基石：现代操作系统与网络基础实战指南》 内容提要 本书聚焦于现代计算机科学的基石——操作系统原理与基础网络通信技术。它并非侧重于基础的“入门操作”，而是深入探讨支撑所有软件运行的底层逻辑和数据传输机制。全书以实战项目为导向，旨在帮助读者建立起扎实的理论框架和解决实际问题的能力。 第一部分将详细剖析操作系统的核心组件，包括进程管理、内存分配机制（如分页、分段）、文件系统结构（如日志文件系统EXT4/NTFS的内部工作原理），以及并发控制（死锁、互斥量、信号量）。我们将通过Linux内核源码的简化模型示例，揭示操作系统如何高效地调度资源和保证系统稳定。重点内容将涵盖虚拟内存的实现细节、中断处理流程，以及I/O子系统的设计哲学。 第二部分则全面覆盖计算机网络基础，以TCP/IP协议栈为核心框架。内容不仅包括OSI七层模型的理论介绍，更深入到每一层的关键协议：IP地址的划分与路由算法（如RIP/OSPF的简化流程）、TCP/UDP的握手与拥塞控制机制（如慢启动、拥塞避免的数学模型）、DNS解析的完整过程、以及HTTP/HTTPS的工作流程详解。书中将提供大量的网络抓包分析实例（使用Wireshark），让读者亲眼见证数据包在网络中如何封装、传输和解封装。 第三部分是实战应用与安全强化。我们将结合Docker容器技术，演示如何利用容器隔离环境来部署和管理应用，理解容器背后的命名空间（Namespace）和控制组（Cgroups）机制，这直接与操作系统的资源隔离技术相呼应。此外，安全部分将探讨常见的网络攻击类型（如ARP欺骗、端口扫描）及其在操作系统层面的防御策略，包括防火墙（iptables/Windows Defender Firewall）的配置逻辑和入侵检测系统的基础原理。 本书面向有一定计算机基础，希望从“用户”跨越到“构建者”和“维护者”的工程师、技术爱好者和相关专业学生。它强调的是“为什么”和“如何实现”，而非简单的“点击哪里”。通过本书的学习，读者将能够自信地诊断系统性能瓶颈、优化网络连接，并理解现代云计算基础设施运行的根本原理。 --- 第一部分：操作系统内核的奥秘与实践 第一章：系统启动与初始化流程 本章将抛开BIOS/UEFI的硬件初始化阶段，直接聚焦于操作系统加载和内核自检的核心环节。我们会详细解析Bootloader（如GRUB）如何将内核镜像从磁盘加载到内存中，以及内核启动后的第一个进程——“init”进程（或Systemd/Upstart）的诞生过程。我们将探索内存映射（Memory Map）的建立，以及早期的设备驱动加载顺序，理解系统是如何从无到有建立起运行环境的。 第二章：进程与线程管理：调度的艺术 本章是操作系统的核心。我们将深入探讨进程控制块（PCB）的数据结构，以及线程与进程的本质区别。在调度算法方面，本书将超越FIFO和轮转（Round Robin）等基础概念，重点分析多级反馈队列（MLFQ）的设计思想，以及实时系统中的抢占式调度策略。我们将通过模拟一个简化的Linux调度器，来展示时间片分配和优先级提升（Ageing）算法如何平衡系统的响应速度和吞吐量。此外，线程同步机制，特别是无锁编程（Lock-free programming）的挑战与优势，也将作为高级主题进行探讨。 第三章：内存管理：虚拟化与保护 内存管理是保证系统安全和高效运行的关键。本章将系统性地介绍分页机制：页表结构（单级、多级页表）的演变，TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响。我们将分析伙伴系统（Buddy System）和slab分配器在内核内存分配中的角色。关于虚拟内存，我们将详细剖析缺页异常（Page Fault）的处理流程，以及LRU、Clock等页面置换算法的实现逻辑，并给出如何在用户空间模拟内存交换（Swapping）的实践案例。 第四章：文件系统深度剖析 本书不满足于介绍文件的创建和删除，而是深入探究文件系统的内部结构。我们将对比基于inode的Unix/Linux文件系统（如EXT4）和基于主文件表（MFT）的NTFS。重点内容包括：数据块的分配策略（如Extents）、目录项的组织方式，以及日志（Journaling）机制如何保证文件系统在断电后的一致性。读者将学习如何通过`stat()`系统调用窥探文件元数据，并理解硬链接和软链接背后的指针指向原理。 第五章：并发、互斥与死锁 系统资源共享带来的挑战是多并发环境下的核心问题。本章集中讲解如何利用硬件支持的原子操作（如Test-and-Set）和操作系统提供的同步原语。互斥锁、信号量、条件变量是基础，我们还将深入探讨屏障（Barrier）的使用场景，以及如何使用读写锁来优化读多写少的场景。对于死锁，我们将详细阐述预防、避免（如银行家算法）和检测/恢复策略的实际应用局限性。 --- 第二部分：计算机网络与数据通信 第六章：TCP/IP协议栈的精确解析 本章将协议栈的每一层进行拆解，重点放在数据如何在层间传递和封装。在网络层，我们将深入研究IPv4和IPv6的地址结构，并使用子网规划（VLSM）工具进行实际的网络划分练习，理解路由表是如何基于最长前缀匹配原则工作的。在传输层，我们将使用抓包工具观察TCP的三次握手和四次挥手的详细过程，并对比TCP的可靠性与UDP的无连接特性。 第七章：路由、拥塞控制与可靠性保障 如何保证数据包在广阔的网络中找到正确路径是本章核心。我们将分析链路状态路由协议（如OSPF）的工作流，理解区域划分和LSA（链路状态通告）的传播机制。关于拥塞控制，我们将细致解构TCP的窗口管理：慢启动的指数增长、拥塞避免的线性增长，以及快速重传和快速恢复的触发条件，并探讨现代TCP变种（如BBR）的优化思路。 第八章：应用层协议的底层实现 应用层的协议是用户最直接接触的，但其底层实现机制至关重要。我们将详细剖析HTTP/1.1、HTTP/2的差异：包括持久连接、管道化（Pipelining）的局限性，以及HTTP/2基于多路复用和头部压缩（HPACK）的性能提升。对于DNS，我们将追踪从用户输入域名到IP地址返回的全过程，包括迭代查询和递归查询的流程，以及DNS缓存机制的作用。HTTPS部分将聚焦于TLS/SSL握手过程，解释证书链的验证、公钥加密与对称加密的混合使用方式。 第九章：网络编程基础与套接字（Socket）API 本章将引导读者通过C语言或Python，使用标准套接字API进行网络通信编程。我们将重点演示TCP服务器和客户端的创建流程，包括`socket()`, `bind()`, `listen()`, `accept()`等关键函数的使用。内容将涵盖阻塞I/O、非阻塞I/O以及I/O多路复用技术（如select, poll, epoll）的原理和应用，帮助读者编写出能够同时处理多个连接的高性能网络应用。 --- 第三部分：系统集成、容器化与安全实践 第十章：Linux系统的高级管理与容器化 本章将系统操作技能提升到系统设计层面。我们将不再关注基础命令，而是深入研究cgroups（控制组）如何限制进程的CPU、内存和I/O资源，以及命名空间（Namespaces）如何实现隔离，这是Docker和Kubernetes的基础。读者将学习如何手动配置一个基础的Linux容器环境，理解资源受限对应用性能的实际影响。 第十一章：网络安全基础与入侵防御 本章从系统和网络安全的角度，对前述知识进行整合。我们将实战配置iptables/nftables，理解其链（Chains）和规则（Rules）的顺序逻辑，并搭建一个简单的入侵检测系统（IDS）的规则集。内容将包括分析网络扫描工具（如Nmap）产生的流量特征，并讲解如何通过内核参数调整来强化系统对DDoS攻击和异常端口访问的抵抗力。 第十二章：性能分析与系统诊断 对于复杂的生产环境，诊断性能问题至关重要。本章介绍一系列专业的系统分析工具，如`perf`（用于分析CPU事件和内核追踪点）、`vmstat`和`iostat`（用于内存和磁盘I/O的实时监控）。读者将学会如何解读这些工具的输出，定位是系统瓶颈在于CPU等待、内存交换，还是I/O受限，从而进行有针对性的优化。 --- 本书特点总结： 1. 理论与实践的深度融合： 每个理论点都配有可运行的代码示例或网络抓包分析，确保读者理解“是什么”的同时，掌握“怎么做”。 2. 聚焦底层机制： 避免对易学易逝的GUI操作进行赘述，将重点放在进程调度、内存分页、TCP拥塞控制等长期不变的核心技术。 3. 面向系统构建： 目标是培养能够构建、部署和维护复杂软件基础设施的工程师，而非基础用户。 4. 前沿技术结合： 引入Docker容器技术，将操作系统原理与现代云原生实践紧密结合。
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