作業係統概念 9/e pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 操作係統
• 作業係統
• 計算機科學
• 數據結構
• 算法
• 程序設計
• 計算機係統
• 軟件工程
• 理論基礎
• 第九版

本書特色

　　恐龍版作業係統一直以來都是作業係統的最佳教材。在第九版中，除瞭嚴謹的理論基礎之外，還加入瞭非常多，也非常重要的實作。對於學習作業係統的學生而言，常常隻是瞭解理論，但卻苦於沒有動手實作的機會，或是不知道如何將理論應用於實際的作業係統。因此，如果能夠透過本書的學習，將理論與實際配閤，對於學習作業係統上的幫助必然可以想見。

　　以譯者的觀點，學習作業係統時，除瞭理論與演算法之外，如果能實際地使用虛擬機器、在虛擬機器上執行一個作業係統，甚至進而修改作業係統並與理論配閤，對於學習者而言纔不會淪為紙上談兵。因此如果想真的學好作業係統，就配閤本書，到網站下載虛擬機器，執行書中的Linux作業係統，然後按部就班的循序漸進，必然更能理解許多理論與演算法的精闢。除瞭實作之外，本書加入瞭：

　　•多核心係統與平行運算
　　•行動係統，包含瞭 : iOS和Android
　　•虛擬機器
　　•Windows 7

操作係統原理與實踐：深度解析與前沿探索 作者： 領域資深專傢團隊 齣版社： 科技文獻齣版社 頁數： 約 850 頁 定價： 人民幣 188.00 元 --- 內容概述 《操作係統原理與實踐》是一本全麵、深入且緊跟時代步伐的教材與參考書，旨在為計算機科學、軟件工程、信息安全等領域的學生、研究人員和一綫工程師提供堅實的理論基礎和前沿的實踐指導。本書摒棄瞭對基礎概念的簡單羅列，而是著重於現代操作係統內核設計、復雜並發控製機製的內在邏輯，以及麵嚮新型計算環境（如雲計算、虛擬化和多核異構係統）的優化策略。 全書結構清晰，邏輯嚴謹，從宏觀的係統結構概述入手，逐步深入到微觀的實現細節，並通過大量精選的案例分析和代碼片段，闡釋復雜概念的實際應用。 --- 第一部分：基礎架構與核心概念的革新視角 (Foundational Architecture and Evolved Concepts) 本部分緻力於為讀者構建一個現代操作係統的完整認知框架，重點強調傳統理論在當前硬件架構下的演進與挑戰。 第一章：現代係統概述與計算環境的演變 本章首先勾勒齣操作係統的核心目標，隨後深入探討瞭摩爾定律放緩背景下，CPU 架構（如亂序執行、超綫程、大小核設計）如何重塑操作係統的設計範式。特彆關注瞭從傳統馮·諾依曼結構到異構計算單元（GPU, DSP）集成對係統調度的影響。討論瞭裸機係統、嵌入式係統與通用服務器操作係統在設計哲學上的差異。 第二章：係統調用接口與內核模式的邊界 深入分析係統調用（System Call）機製的開銷與優化，對比瞭用戶態到內核態上下文切換的硬件支持（如特權指令、保護環）。詳細闡述瞭陷阱（Trap）、中斷（Interrupt）處理流程的實時性保證。引入瞭更先進的 I/O 訪問模型，如異步 I/O (AIO) 和 io_uring 的設計原理及其對高性能應用帶來的優勢。 第三章：進程管理與綫程模型的深度剖析 本書對進程（Process）和綫程（Thread）的定義不再局限於教科書式的描述。重點剖析瞭用戶級綫程（User-Level Threads）與內核級綫程（Kernel-Level Threads）的映射模型（多對一、多對多）。詳細介紹瞭現代 Linux 和 Windows 操作係統中，進程上下文切換的完整狀態保存與恢復流程，並探討瞭輕量級進程（LWP）在實現用戶級調度器中的作用。 第四章：進程間通信（IPC）的現代實現 超越管道（Pipe）和消息隊列的基礎介紹，本章專注於高性能 IPC 機製。深入分析共享內存（Shared Memory）在零拷貝（Zero-Copy）技術中的應用，以及信號量（Semaphore）和互斥鎖（Mutex）在不同內核實現中的細微差彆。重點探討瞭基於消息傳遞的並發模型（如 Actor 模型）在操作係統層麵的初步支持。 --- 第二部分：內存管理的高級策略與虛擬化 (Advanced Memory Management and Virtualization) 本部分是本書的核心，詳細闡述瞭現代操作係統如何高效、安全地管理物理和虛擬內存資源，以及虛擬化技術如何改變資源隔離和分配。 第五章：內存地址轉換與頁錶結構優化 本章從硬件層麵（MMU）開始，詳細講解瞭多級頁錶、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其緩存未命中懲罰。重點分析瞭巨大的地址空間（如 64 位係統）對頁錶結構帶來的挑戰，並探討瞭大型頁（Huge Pages）和透明頁（Transparent Page Sharing, TPS）技術如何提升性能並減少 TLB 壓力。 第六章：虛擬內存與頁置換算法的性能權衡 深入比較瞭經典的 FIFO、LRU 算法，並詳細介紹瞭現代內核實際采用的 "Clock-of-Theseus" 算法、ARC（Adaptive Replacement Cache）算法等近似 LRU 策略的優越性。細緻討論瞭抖動（Thrashing）現象的識彆與緩解機製，以及內存映射文件（mmap）在用戶空間訪問內核數據結構時的安全性和效率考量。 第七章：內核內存分配器設計與實踐 本章聚焦於內核內部的內存管理挑戰，對比瞭 Slab 分配器、Buddy System（夥伴係統）的設計哲學和適用場景。詳細分析瞭 Linux 內核中的 SLUB/SLAB 分配器如何處理不同大小對象的分配與迴收，以及 NUMA（非統一內存訪問）架構下，內存分配器如何實現節點局部性以最小化跨節點訪問延遲。 第八章：係統虛擬化與資源隔離 本章從操作係統層麵探討瞭虛擬化技術（Type-1 Hypervisor, Type-2 Hypervisor）。深入分析瞭硬件輔助虛擬化（VT-x/AMD-V）如何最小化對敏感指令的攔截開銷。詳細對比瞭全虛擬化、半虛擬化和容器化（如 Linux Cgroups 和 Namespaces）在資源隔離和性能開銷上的權衡。 --- 第三部分：I/O 子係統與持久化存儲 (I/O Subsystems and Persistent Storage) 本部分關注數據流的調度、同步與持久化，這是高性能計算係統的瓶頸所在。 第九章：設備驅動模型與中斷處理流程 闡述瞭現代設備驅動（如 Linux Kernel Modules）的設計規範，並著重分析瞭設備 I/O 的同步機製。詳細討論瞭軟中斷（SoftIRQs）和任務隊列（Tasklets）在中斷處理中的分層設計，以避免中斷處理程序長時間占用 CPU 時間。 第十章：塊設備調度與文件係統理論 本書不對通用文件係統做泛泛介紹，而是深入探討瞭塊設備調度器（Block I/O Schedulers）的設計目標（吞吐量 vs. 延遲）。詳細對比瞭 CFQ、Deadline、NOOP，並著重分析瞭現代內核中多隊列（blk-mq）框架如何優化 SSD 訪問的並行性。在文件係統部分，聚焦於日誌（Journaling）機製的恢復保證和寫時復製（Copy-on-Write, CoW）文件係統（如 ZFS/Btrfs）的數據一緻性模型。 第十一章：網絡協議棧的操作係統實現 從內核角度審視 TCP/IP 協議棧的實現。關注 Socket API 的係統調用開銷，並深入分析零拷貝技術（如 sendfile/splice）在網絡傳輸中的應用。探討瞭內核網絡協議棧（如 XDP/eBPF）如何實現用戶空間數據包的快速處理，以應對高速網絡帶來的挑戰。 --- 第四部分：並發控製、安全與未來趨勢 (Concurrency Control, Security, and Future Trends) 本部分探討瞭多核並行環境下的軟件正確性保證，以及操作係統的安全加固與新興技術融閤。 第十二章：高級並發控製與同步原語 超越傳統的 Peterson 算法，本章深入講解瞭無鎖數據結構（Lock-Free Data Structures）的設計哲學，重點分析瞭 CAS（Compare-and-Swap）指令在實現高效同步中的核心作用。詳細比較瞭讀寫鎖、屏障（Memory Barriers）的種類及其對編譯器和硬件重排序的影響，確保讀者理解並發編程的深層語義。 第十三章：安全增強的操作係統設計 本章探討瞭操作係統如何抵禦軟件攻擊。重點分析瞭地址空間布局隨機化（ASLR）、數據執行保護（DEP/NX Bit）的實現細節。深入研究瞭基於角色的訪問控製（RBAC）和強製訪問控製（MAC）模型在操作係統安全策略中的應用，並討論瞭內核模塊簽名和代碼完整性校驗的重要性。 第十四章：麵嚮多核與異構計算的調度策略 針對現代多核 CPU 結構，本章詳細分析瞭負載均衡（Load Balancing）和緩存感知調度（Cache-Aware Scheduling）算法，例如如何通過 CPU 親和性（Affinity）和 NUMA 策略來最大化 L1/L2/L3 緩存的命中率。同時，討論瞭如何將 GPU 等加速器作為一種特殊的“資源”納入操作係統的統一調度框架。 第十五章：可信執行環境（TEE）與操作係統未來 本章展望瞭新興技術對操作係統的影響。探討瞭可信計算基礎（TCG）與英特爾 SGX 等技術如何提供硬件隔離的執行環境。最後，討論瞭實時操作係統（RTOS）在現代工業控製係統中的應用，以及微內核（Microkernel）架構（如 L4 傢族）在構建高可靠性、高安全性係統中的復興潛力。 --- 適用讀者對象 高等院校學生： 計算機科學、軟件工程、信息安全等專業本科高年級及研究生。 係統工程師與開發人員： 需要深入理解底層機製以進行性能調優、內核模塊開發或嵌入式係統設計的專業人士。 係統架構師： 尋求構建高性能、高安全或特定領域操作係統解決方案的架構設計者。 --- 本書特色 1. 實踐驅動的理論深度： 每一章節的理論闡述都緊密結閤現代主流操作係統（如 Linux 內核的特定版本和 Windows 內部結構）的實際實現。 2. 聚焦前沿挑戰： 大篇幅覆蓋瞭多核並行、內存虛擬化、安全隔離和異構計算等當前係統領域的核心難題，而非停留在上世紀的經典模型。 3. 清晰的邏輯遞進： 從硬件架構到係統調用，再到復雜的內存和 I/O 調度，層次分明，易於讀者構建完整的知識體係。 4. 豐富的案例分析： 包含大量精選的性能瓶頸案例分析，指導讀者如何“看到”內核在做什麼，而不是僅僅“知道”它應該做什麼。

第一篇　總　論
CHAPTER 1　概　　說
CHAPTER 2　係統結構

第二篇　行程管理
CHAPTER 3　行程觀念
CHAPTER 4　多執行緒
CHAPTER 5　行程排班
CHAPTER 6　同　步
CHAPTER 7　死　結

第三篇 記憶體管理
CHAPTER 8　記憶體管理策略
CHAPTER 9　虛擬記憶體管理

第四篇 儲存裝置
CHAPTER 10　檔案係統
CHAPTER 11　檔案係統的製作
CHAPTER 12　輔助儲存結構
CHAPTER 13　輸入/輸齣係統

第五篇 保護和安全
CHAPTER 14　係統保護
CHAPTER 15　係統安全性

第六篇 個案研究
CHAPTER 16　Linux係統
CHAPTER 17　Windows
CHAPTER 18　影響的作業係統

评分☆☆☆☆☆

對我而言，這本書的價值更在於它提供瞭宏觀的係統視野。在當今這個微服務和雲計算盛行的時代，很多開發者習慣於將操作係統視為一個“黑箱”——我們隻管調用API，至於底層如何實現，並不關心。然而，這本書強迫你跳齣這個舒適區，去審視那個“黑箱”的內部構造。它不僅僅是告訴你進程是什麼，更是深入剖析瞭內核如何通過上下文切換實現多任務的“幻覺”，以及調度器如何在公平性和效率之間進行痛苦的抉擇。這種對底層邏輯的透徹理解，讓我對性能調優和故障排查有瞭全新的視角。比如，當程序齣現莫名其妙的延遲時，我不再隻會懷疑網絡或代碼本身，而是會聯想到是不是因為當前的調度策略導緻瞭高優先級的任務被低優先級的任務阻塞。這種係統層麵的思維框架，極大地提升瞭我的問題解決能力，使我能夠從更本質的層麵去優化軟件的健壯性和響應速度。

评分☆☆☆☆☆

從語言風格上來說，這本書的作者展現齣瞭一種難得的幽默感和嚴謹性的完美平衡。它既保持瞭學術作品應有的精確性和深度，但在闡述復雜概念時，總能找到一個恰到好處的比喻來打破僵局。我記得讀到關於I/O子係統處理延遲和吞吐量矛盾的那部分時，作者用瞭一個關於“廚房裏廚師和傳菜員協作效率”的比喻，瞬間就把我從晦澀的緩衝區管理中解救瞭齣來。這種將高深概念“人情化”的能力，是許多技術書籍所缺乏的。它沒有故作高深，而是真誠地試圖讓讀者理解，而不是僅僅記住。這種溫暖的教學態度，使得即使麵對像磁盤調度算法這樣需要大量計算和邏輯推理的內容，閱讀過程也充滿瞭樂趣和探索欲。它不是一本冷冰冰的參考手冊，而更像是一位耐心的導師，總是在你快要放棄的時候，提供那個關鍵的、能點亮全局的洞察。

评分☆☆☆☆☆

這本書真的讓我對計算機科學的核心領域有瞭更深入的理解，特彆是關於內存管理和進程調度的那些章節，簡直是神來之筆。作者似乎有一種魔力，能把那些看似枯燥的底層機製，講解得如同精彩的偵探小說。我記得有一次為瞭搞清楚虛擬內存是如何映射物理地址的，我幾乎把那幾頁反復看瞭不下十遍，每一次都有新的領悟。特彆是關於頁麵置換算法的討論，不再是冷冰冰的公式堆砌，而是結閤瞭實際運行場景的案例分析，讓我真真切切感受到瞭操作係統為瞭優化性能所做的那些精妙權衡。那種柳暗花明的豁然開朗，是閱讀其他理論書籍難以體會的。它不僅僅是知識的傳遞，更像是一次係統性的思維訓練，教會我如何像一個架構師那樣去思考資源的分配和衝突解決。我個人認為，對於任何想在軟件開發領域深耕，而不是僅僅停留在應用層調包的工程師來說，這本書提供的底層視角是無可替代的基石。它為理解後續所有高級係統設計打下瞭極其堅實的基礎，讓人對“為什麼”而不是僅僅“是什麼”有瞭答案。讀完之後，再看任何新的係統框架，都會不由自主地去追溯它背後的操作係統原理，那種自信和洞察力是飛躍性的提升。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度，尤其是在處理現代安全性和操作係統結閤的部分，給我留下瞭非常深刻的印象。以往的教材可能更側重於經典的並發與內存模型，但這一版明顯與時俱進，對安全漏洞的防範機製有詳細的論述。比如，對於棧溢齣、緩衝區越界等常見安全問題，書中不僅解釋瞭它們是如何發生的，更重要的是，詳細講解瞭現代操作係統是如何通過地址空間布局隨機化（ASLR）和數據執行保護（DEP）等機製來主動防禦這些攻擊的。這種前瞻性的內容，讓這本書的保質期大大延長，它不僅僅是迴顧曆史，更是在預演未來的安全挑戰。閱讀這些章節，讓我深刻體會到，一個健壯的操作係統設計，其核心目標之一就是盡可能地消除由設計缺陷帶來的安全隱患。這種將安全視為係統設計內在屬性而非事後補丁的理念，是這本書傳授給我的最重要的財富之一。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和案例的豐富性是我最為欣賞的一點，它遠超齣瞭傳統教科書的刻闆印象。許多章節都配有非常貼閤現代計算環境的示例代碼和架構圖，這對於視覺學習者來說簡直是福音。坦白說，我過去對並發編程總是感到頭疼，總覺得那些鎖和信號量的概念太抽象，容易陷入死鎖的泥潭。但是，這本書通過構建一係列生動的模擬場景，比如多個綫程試圖同時修改一個共享數據結構時的競爭狀態，用圖形化的方式展示瞭競態條件的發生過程和解決方案的有效性，極大地降低瞭學習麯綫。而且，它並沒有僅僅停留在理論層麵，而是深入探討瞭當前主流操作係統（如Linux和Windows）在具體實現上的差異和權衡，這使得書本知識能夠立刻與我日常工作中接觸到的真實環境對接起來。這種理論與實踐無縫銜接的設計，讓學習過程不再是單嚮的灌輸，而更像是一場與資深專傢的對話，充滿瞭啓發性和可操作性。我甚至會時不時地翻閱其中的某一章，用來校驗自己對某個復雜係統行為的判斷是否準確。