Beginning Windows Nt Programming

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出版者:Wrox Press
作者:Julian Templeman
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1998-10
价格:USD 39.99
装帧:Paperback
isbn号码:9781861000170
丛书系列:
图书标签:
  • Windows NT
  • 编程
  • C++
  • API
  • 系统编程
  • Windows
  • 开发
  • 底层技术
  • 驱动程序
  • Win32
  • SDK
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具体描述

深入探索现代操作系统内核与驱动开发:超越基础的实践指南 作者: [此处留空,或使用一个与原书风格不符的虚构作者名,以示区分] 出版社: [此处留空,或使用一个与原书出版年份和风格不符的虚构出版社] ISBN: [此处留空,或使用一个不相关的虚构ISBN] --- 内容概述 本书旨在为那些已经掌握操作系统基础概念,并渴望深入理解现代操作系统(如基于NT架构的后续版本或类Unix内核的最新演进)底层机制的资深开发者和系统工程师提供一份全面、深入的实践蓝图。我们不再纠缠于Windows NT 4.0或早期的API细节,而是聚焦于构建高性能、高可靠性的系统级软件所必须掌握的核心知识体系。 本书的核心目标是填补理论与前沿系统编程实践之间的鸿沟,重点关注内存管理、进程间通信(IPC)的现代范式、内核模式驱动程序的高效设计、安全沙箱机制的实现原理,以及面向多核并发的优化策略。全书以代码驱动为核心,通过大量的实际案例和复杂的系统调用栈分析,揭示操作系统在底层如何协同工作,以实现稳定、高效的资源调度与保护。 第一部分:现代操作系统内核架构解析 (The Evolving Kernel Landscape) 本部分将带领读者跳出特定历史版本,审视现代操作系统内核在设计哲学上的演进。我们将对比分析微内核(Microkernel)与混合内核(Hybrid Kernel)架构的优劣,并重点解析当前主流操作系统如何通过混合设计实现性能与稳定性的平衡。 1.1 内核态与用户态边界的深度剖析: 我们不只是停留在Ring 0与Ring 3的概念层面,而是深入探讨系统调用(System Call)的快速路径与慢速路径设计。重点分析现代CPU架构(如x86-64)中的特权级别切换机制(如SYSCALL/SYSENTER指令),以及如何最小化上下文切换的开销。将详细介绍系统调用拦截与钩子技术的现代实现方式,以及如何通过硬件辅助虚拟化技术(如VT-x/AMD-V)来优化内核与用户空间的交互。 1.2 内存管理单元 (MMU) 与虚拟地址空间重构: 深入探讨页表结构的层次化设计(如四级页表),以及TLB(Translation Lookaside Buffer)对性能的关键影响。本章详细剖析现代操作系统如何处理内存碎片化问题,包括大页(Huge Pages)支持、内存压缩技术的内核实现,以及用户空间如何通过内存映射(mmap/VirtualAllocEx的现代等效物)来请求特定类型的虚拟内存区域(如不可执行内存,DEP/NX位)。我们还将研究内核内存分配器(如Slab/SLUB分配器)的设计哲学,并展示如何编写高效的内核内存池管理器。 1.3 进程与线程调度的新范式: 超越传统的抢占式调度,本章聚焦于异构处理器调度。详细分析如何为不同类型的处理器(CPU核心、GPU、专用加速器)设计定制化的调度器策略。我们将深入研究实时(Real-Time)调度算法在现代OS中的嵌入式实现,以及如何利用硬件的时间域管理(Time Domain Management)特性来确保关键任务的时序性。同时,讨论工作窃取(Work Stealing)算法在并发模型中的应用,及其在NUMA(非统一内存访问)架构下的性能优化挑战。 第二部分:高性能并发与同步原语的底层实现 (Advanced Concurrency and Synchronization) 在多核时代,传统的锁机制已成为性能瓶颈的主要来源。本部分致力于构建无锁(Lock-Free)和低竞争(Low-Contention)的并发数据结构。 2.1 原子操作与内存屏障的精确控制: 我们将彻底解析现代指令集中的原子操作(如Compare-and-Swap/CAS, Fetch-and-Add),并解释它们在编译器生成代码中所扮演的关键角色。本章的重点在于内存屏障(Memory Barriers)的正确使用:分析x86/ARM架构下的弱一致性内存模型,并精确区分Load/Store Buffer、Write Buffer对指令重排的影响。通过实际代码演示,说明如何编写跨平台的、正确的内存屏障序列以保证并发数据结构的一致性。 2.2 无锁数据结构的工程实践: 提供从零开始构建健壮的无锁队列(Lock-Free Queue)和无锁栈(Lock-Free Stack)的详细步骤。重点讨论ABA问题的识别与解决方案(如使用带有版本号的CAS或Hazard Pointers)。探讨Rcu(Read-Copy-Update)机制在内核和高性能用户空间库中的应用,特别是在需要高读取吞吐量的场景下,如何实现高效的结构体更新。 2.3 现代IPC机制的性能优化: 对比分析传统消息传递(如管道、消息队列)与现代共享内存机制(如使用Mmap构建的环形缓冲区)。重点介绍零拷贝(Zero-Copy)技术在网络I/O和进程间数据交换中的应用,如何通过DMA和特定内核接口绕过数据在用户空间和内核空间之间的冗余复制。分析Futex(快速用户空间互斥量)或同类机制的内核实现细节,理解用户空间同步如何高效地升级到内核等待。 第三部分:系统级驱动程序与安全沙箱 (System Programming and Security Boundaries) 本部分关注如何在操作系统之上,以受控且安全的方式扩展系统功能,主要面向设备驱动程序、虚拟化层和安全隔离技术。 3.1 设备驱动模型的现代化: 我们不再局限于传统字符设备或块设备的简单接口,而是深入研究I/O请求包(IRP)或I/O Request/Completion模型的复杂性。重点解析即插即用(PnP)和电源管理(Power Management)在驱动程序中的正确处理流程。将详细分析中断处理(ISR与DPC/Workqueue)的最佳实践,确保中断服务例程的执行时间最短化,并将耗时操作安全地下放到延迟过程调用上下文中。 3.2 I/O 虚拟化与设备透传(Device Passthrough): 探讨现代Hypervisor如何通过硬件辅助虚拟化技术,将物理设备直接映射给客户机操作系统。分析SR-IOV(Single Root I/O Virtualization)的技术原理,以及驱动程序如何在宿主和客户机环境中正确地处理虚拟设备上下文切换。 3.3 进程隔离与安全沙箱的内核实现: 系统安全的核心在于资源隔离。本章深入研究操作系统如何通过命名空间(Namespaces)和控制组(Control Groups/cgroups)来限制进程对资源(文件系统、网络、进程树)的访问权限。我们将详细解析Seccomp(安全计算模式)或类似机制的工作原理,展示如何通过精确过滤系统调用集来构造一个最小权限的执行环境,以及这些机制在底层是如何与内核的系统调用分派器交互的。 结语:面向未来的系统编程 本书的最后一部分将回顾当前操作系统设计中的主要挑战,包括对持久内存(Persistent Memory)的适配、异构计算模型下的统一编程接口(如OpenCL/SYCL与内核的集成),以及可验证性(Verifiability)在关键系统代码中的重要性。通过本书的学习,读者将具备设计、调试和优化下一代高性能、高安全性的系统级软件所需的深度知识和实践技能。

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这是一本真正意义上的“启蒙”之作,尤其对于我这样有过一些其他平台编程经验,但对Windows NT系统内部机制完全陌生的读者来说。《Beginning Windows NT Programming》为我打开了一扇通往Windows NT世界的大门。作者在书中对于Windows NT的进程和线程管理方面的内容,是其最突出的亮点之一。他不仅仅是列举了创建、终止进程和线程的API函数,更是深入剖析了它们在操作系统中的生命周期,以及调度机制是如何工作的。我记得书中有一章专门讲解了线程同步,通过互斥量、事件、信号量等多个实例,清晰地展示了如何避免竞态条件和死锁,以及如何在多线程环境下保证数据的一致性。这些内容对于编写稳定可靠的多线程应用程序至关重要。作者的讲解方式非常善于类比,他常常会用一些生活中的例子来比喻复杂的操作系统概念,让我在理解抽象概念时感到轻松许多。比如,他用“交通信号灯”来比喻互斥量,用“排队买票”来比喻信号量,这些生动的比喻让我能够快速抓住问题的本质。此外,书中对Windows NT的安全模型和权限管理也有一定的介绍,虽然篇幅不多,但为我后续理解NTFS文件系统和用户权限分配打下了基础。这本书的价值在于其扎实的理论基础和实践指导的完美结合。

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坦白说,我在阅读《Beginning Windows NT Programming》之前,对Windows NT的了解仅限于一个操作系统名称,以及它在当时企业级应用中的重要地位。我是一名怀揣着成为一名优秀系统工程师梦想的计算机科学专业的学生,但总觉得在实际操作层面,对Windows NT的掌握还不够深入。这本书的出现,恰好填补了我的这一空白。作者在书中对于Windows NT的API函数进行了系统性的梳理和讲解,从最基础的窗口创建、消息处理,到更高级的线程创建、同步机制(如互斥量、事件、信号量)的使用,都做了详尽的阐述。我尤其喜欢作者在讲解每个API函数时,都会附带一个简洁明了的示例代码,并且会详细解释示例代码的每一行含义,以及该API函数是如何在底层实现特定功能的。这种“代码即是最好的说明书”的教学方式,让我受益匪浅。通过模仿和修改这些示例代码,我逐渐掌握了如何在C语言环境下调用Windows NT的API,并能够编写一些简单的应用程序,比如创建子进程、进行进程间通信等。书中对内存管理的部分也给我留下了深刻的印象,特别是对虚拟内存、分页文件、堆栈和堆的讲解,让我对程序的内存使用有了更清晰的认识。虽然这本书的年代背景有些许限制,但它所传达的关于Windows NT编程的核心思想和方法论,依然具有极高的参考价值。

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在学习Windows NT编程的过程中,我曾遇到过不少困惑,比如如何进行高效的进程间通信,如何处理复杂的错误情况等等。而《Beginning Windows NT Programming》这本书,恰恰在这些方面提供了非常详尽的解答。书中专门用了一个章节来讨论进程间通信(IPC)的技术,包括命名管道、内存映射文件、WM_COPYDATA消息等。作者通过具体的代码示例,清晰地展示了如何利用这些技术来实现不同进程之间的数据交换和协同工作。我印象最深刻的是对命名管道的讲解,它允许在不同的应用程序之间建立一个双向的通信通道,这在构建复杂的分布式系统或客户端-服务器应用程序时非常有用。书中还对Windows NT的错误处理机制进行了深入的探讨,介绍了如何使用GetLastErro()函数获取错误代码,以及如何根据错误代码来诊断和解决问题。这种严谨的论述方式,让我学会了如何编写更健壮、更易于维护的程序。这本书的价值在于它能够帮助开发者构建出更加稳定、高效的Windows NT应用程序。

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《Beginning Windows NT Programming》这本书,在我接触Windows NT开发初期,给我带来了极大的帮助,尤其是在理解Windows NT的事件驱动模型方面。作者用非常清晰的语言和直观的图示,解释了Windows NT的窗口管理系统是如何工作的。他详细讲解了消息循环(Message Loop)的机制,以及如何处理各种窗口消息,比如WM_CREATE、WM_PAINT、WM_KEYDOWN等。他强调了“一切皆消息”的理念,以及如何通过响应不同的消息来构建交互式的用户界面。我记得书中有一个例子,演示了如何创建一个简单的按钮,并响应按钮的点击事件,这个过程让我对Windows NT的GUI编程有了初步的认识。此外,书中还对Windows NT的内存模型进行了深入的讲解,包括虚拟内存、物理内存、进程地址空间等概念。作者通过详细的图示和解释,帮助我理解了程序是如何在内存中运行的,以及如何有效地管理内存资源。这本书的价值在于它能够帮助初学者建立起对Windows NT GUI编程和内存管理的基本认知。

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在我学习Windows NT编程的旅途中,《Beginning Windows NT Programming》无疑是一本不可或缺的宝藏。它最让我欣赏的是其在多线程编程方面的深入讲解。作者不仅介绍了如何创建和管理线程,更着重于讲解了线程同步的必要性和方法。互斥量(Mutexes)、事件(Events)、信号量(Semaphores)这些概念,在书中被讲解得非常透彻,并通过大量的代码示例来演示它们的用法。我特别记得作者在讲解如何使用互斥量来保护共享资源时,用了一个“只有一把钥匙的房间”的比喻,让我瞬间理解了互斥量的核心作用——确保同一时间只有一个线程能够访问关键代码段。此外,书中还涉及了Windows NT的线程优先级和调度策略,这对于编写性能敏感的应用程序至关重要。作者还探讨了线程池的概念,以及如何使用线程池来提高应用程序的效率。这些内容对于理解现代多线程编程有着重要的指导意义。这本书的价值在于它能够帮助开发者编写出更加高效、稳定和可扩展的Windows NT应用程序。

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《Beginning Windows NT Programming》这本书,在我看来,不仅仅是一本技术书籍,更像是一位经验丰富的导师,循循善诱地引导着我对Windows NT这个强大的操作系统进行探索。这本书的优势在于它对于Windows NT的注册表(Registry)的详细介绍。注册表是Windows NT系统中一个至关重要的组成部分,它存储了大量的系统配置信息和应用程序设置。作者在书中详细讲解了注册表的结构,包括键(Key)、值(Value)和数据类型,以及如何通过API函数来访问和修改注册表。他提供了一些实用的示例,演示了如何读取应用程序的配置参数,以及如何将自定义设置保存在注册表中。这对于开发需要持久化配置的应用程序来说,是非常宝贵的知识。此外,书中对Windows NT的GDI(图形设备接口)也有一定的介绍,虽然篇幅不多,但足以让我了解如何创建和绘制基本图形,以及如何进行窗口的绘制和重绘。这种由浅入深的学习方式,让我在掌握基本编程技巧的同时,也能够逐渐理解Windows NT系统的运作原理。这本书对于所有想要深入理解Windows NT编程的初学者来说,都是一个非常好的起点。

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《Beginning Windows NT Programming》这本书,为我打开了Windows NT编程的另一扇重要窗口——服务(Services)的开发。在书中,作者花了相当的篇幅讲解了如何创建和管理Windows NT服务。他解释了服务的概念,以及它与普通应用程序的区别,特别是在后台运行、自动启动和系统集成方面的优势。作者详细介绍了创建Windows NT服务的步骤,包括编写服务主函数、处理控制请求(如启动、停止、暂停等),以及如何在服务控制管理器(Service Control Manager)中注册和配置服务。我记得书中提供了一个完整的示例,演示了如何创建一个简单的服务,它能够在后台运行并记录日志。这让我对Windows NT的后台服务开发有了初步的了解,也为我日后开发更复杂的系统服务打下了基础。此外,书中还对Windows NT的异常处理机制进行了深入的探讨,包括结构化异常处理(SEH)和非结构化异常处理。作者通过具体的代码示例,展示了如何使用try-except块来捕获和处理异常,以及如何编写更加健壮的应用程序。这本书的价值在于它能够帮助开发者理解和掌握Windows NT的服务开发和异常处理技术。

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在我决定深入学习Windows NT编程时,《Beginning Windows NT Programming》这本书成为了我最好的伙伴。这本书最令我赞赏的一点是它在文件系统操作和安全方面的内容。作者详细介绍了Windows NT的文件I/O模型,包括如何使用CreateFile、ReadFile、WriteFile等API函数进行文件的读写操作。他深入讲解了文件句柄的概念,以及如何管理文件的各种属性,例如文件大小、文件时间戳等。更重要的是,书中还涉及了Windows NT的安全模型,特别是对访问控制列表(ACLs)和安全描述符(Security Descriptors)的讲解。作者解释了这些机制是如何用来控制对文件、注册表项和其他系统对象的访问权限的。通过阅读这部分内容,我能够理解为什么有些文件或资源需要管理员权限才能访问,以及如何编写程序来管理这些权限。书中还提到了Windows NT的权限继承机制,这对于理解文件系统的安全性至关重要。这本书的价值在于它能够帮助开发者理解Windows NT的文件系统操作和安全机制,并编写出更加安全可靠的应用程序。

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这本《Beginning Windows NT Programming》简直是我进入Windows NT编程世界的一盏明灯,虽然这本书的出版年代已经有些久远,但它所奠定的基础知识体系至今仍然闪耀着智慧的光芒。我是在一次偶然的机会下接触到这本书的,当时我正被Windows NT的复杂性弄得焦头烂额,对API的调用、进程管理、线程同步等概念一窍不通,感觉像是置身于一片迷雾之中。然而,当我翻开这本书的第一页,一种清晰、有条理的感觉便扑面而来。作者以一种非常温和且循序渐进的方式,首先介绍了Windows NT操作系统的基本架构,包括它的内核模式和用户模式,以及它们之间的交互机制。接着,他详细讲解了Windows NT的核心组件,如对象管理器、进程管理器、内存管理器、I/O管理器等,并一一剖析了它们的工作原理。最令我印象深刻的是,作者并没有直接跳到复杂的编程技巧,而是花了很多篇幅来解释“为什么”——为什么需要这些机制,它们解决了什么问题,以及它们是如何相互协作的。这种追本溯源的讲解方式,让我不仅学会了“怎么做”,更理解了“为什么要这样做”,为我后续深入学习Windows底层开发打下了坚实的基础。即便现在有许多更新的技术和框架,但对于任何渴望理解Windows NT核心运作机制的初学者来说,《Beginning Windows NT Programming》依然是一本不可多得的宝藏。它教会我的不仅仅是代码,更是编程的思维和对操作系统的敬畏。

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在我刚刚开始接触Windows NT开发的时候,我曾尝试过阅读一些更高级的书籍,但往往因为对底层原理的陌生而感到举步维艰。直到我发现了《Beginning Windows NT Programming》,我才真正找到了正确的学习路径。这本书在介绍Windows NT的I/O系统方面的内容,可以说是做得非常出色。作者从用户层面的文件操作,一直深入到内核层面的设备驱动程序接口(DDI)和I/O管理器。他详细解释了I/O请求包(IRP)的生成、传递和完成过程,以及设备驱动程序是如何响应这些请求的。虽然我当时并没有深入到驱动程序开发的层面,但通过对这部分内容的学习,我对Windows NT如何处理各种I/O请求有了宏观的理解,这对于我理解应用程序的性能瓶颈和系统调优非常有帮助。书中对于内存管理的部分也给我留下了深刻的印象,特别是对虚拟地址空间、页面映射文件和内存映射文件等概念的阐述,让我能够更有效地管理应用程序的内存使用。作者通过图示和详细的解释,将这些复杂的概念变得易于理解。这本书的价值在于它能够帮助初学者建立起对Windows NT系统架构的整体认知,并为进一步深入学习打下坚实的基础。

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