The Linux Programming Interface 國際中文版 (上冊) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

Michael Kerrisk

圖書標籤:

• Linux
• 編程
• 係統編程
• C語言
• 內核
• API
• 技術
• 計算機科學
• 操作係統
• 開發

好的，這是一份關於一本假定圖書的詳細簡介，該書名為《操作係統核心原理與實踐》。 --- 圖書簡介：操作係統核心原理與實踐 作者： [此處留空，或使用虛構作者名] 齣版社： [此處留空，或使用虛構齣版社名] 頁數： 約 1200 頁 開本： 16 開 定價： [此處留空，或使用虛構價格] --- 內容概述 《操作係統核心原理與實踐》是一部深入探討現代操作係統設計、實現與內部工作機製的權威性著作。本書旨在為讀者構建起堅實的理論基礎，並提供豐富的實踐案例，以理解操作係統如何管理硬件資源、提供抽象層，並為應用程序提供可靠的執行環境。全書內容涵蓋瞭從最基礎的進程與綫程管理，到復雜的文件係統、虛擬內存、設備驅動以及安全性設計等核心領域。 本書的編寫風格注重邏輯的嚴謹性和解釋的清晰性，通過大量的架構圖、流程圖和僞代碼示例，將抽象的操作係統概念具象化。它不僅是計算機科學專業學生深入學習的經典教材，更是係統工程師、內核開發者以及希望精通底層係統調用的專業人士必備的參考手冊。 核心章節與詳細內容 第一部分：操作係統的基礎與架構 本部分為全書奠定瞭理論基礎，重點闡述瞭操作係統的定義、曆史演變及其在計算機係統中的核心地位。 1.1 操作係統概述與發展曆程： 詳細介紹瞭操作係統的主要功能（資源管理、進程調度、內存管理、I/O控製）及其演進路綫，從批處理係統到分時係統，再到現代多核、分布式操作係統模型。 1.2 計算機係統結構與操作係統的接口： 深入分析瞭處理器架構（如寄存器、指令集、特權級）如何影響操作係統的設計。詳細講解瞭中斷（Interrupts）和陷阱（Traps）機製，這是用戶程序與內核交互的基石。著重探討瞭係統調用（System Calls）的實現機製，包括參數傳遞、上下文切換的開銷分析，以及不同體係結構（如x86-64）下的具體實現細節。 1.3 內核模式與用戶模式： 清晰界定瞭內核空間與用戶空間的隔離，分析瞭這種保護機製在保證係統穩定性和安全方麵的關鍵作用。討論瞭內核的幾種主要組織結構，如宏內核（Monolithic）、微內核（Microkernel）以及混閤內核（Hybrid Kernel）的優劣勢對比。 第二部分：進程與綫程管理 本部分是操作係統的核心功能之一，詳細解析瞭程序執行的抽象模型。 2.1 進程的生命周期與狀態轉換： 對進程的創建、就緒、運行、阻塞和終止等狀態進行瞭詳盡的描述，並使用狀態圖模型進行可視化解釋。分析瞭上下文切換（Context Switching）的完整流程，包括寄存器保存、程序計數器更新以及TLB（Translation Lookaside Buffer）的處理。 2.2 綫程模型與並發性： 區分瞭進程和綫程的差異，深入探討瞭用戶級綫程（User-Level Threads）和內核級綫程（Kernel-Level Threads）的實現方式及其調度策略。詳細介紹瞭多綫程編程中的同步與互斥問題。 2.3 調度算法的理論與實踐： 全麵覆蓋瞭各種CPU調度算法，包括先來先服務（FCFS）、最短作業優先（SJF）、時間片輪轉（Round Robin）、優先級調度以及多級反饋隊列（MLFQ）。本書特彆針對實時係統（Hard Real-Time, Soft Real-Time）的調度需求，分析瞭最早截止時間優先（EDF）和速率單調調度（RMS）的適用場景。對現代Linux內核中的CFS（Completely Fair Scheduler）原理進行瞭深度剖析。 2.4 進程間通信（IPC）： 係統性地介紹瞭各種IPC機製：共享內存、消息隊列、管道（Pipes）、信號量（Semaphores）以及套接字（Sockets）在本地通信中的應用。對信號量和消息隊列的內核實現細節進行瞭深入剖析。 第三部分：內存管理 本部分專注於操作係統如何高效、安全地抽象和管理物理內存。 3.1 內存抽象與保護： 詳細解釋瞭邏輯地址到物理地址的映射過程，這是現代內存管理的核心。著重分析瞭分頁（Paging）機製，包括單級頁錶、多級頁錶以及倒排頁錶的設計。 3.2 虛擬內存與頁麵置換算法： 深入探討瞭虛擬內存（Virtual Memory）的概念及其對程序設計的影響。全麵評估瞭FIFO、LRU、最近不經常使用（NRU）等頁麵置換算法的性能特點。對抖動（Thrashing）現象的成因和緩解策略進行瞭深入討論。 3.3 內存分配與管理： 分析瞭內核空間和用戶空間內存分配器的實現。詳細介紹瞭夥伴係統（Buddy System）和slab分配器的工作原理，以及它們如何解決內部碎片和外部碎片問題。 3.4 地址翻譯的硬件支持： 詳細解析瞭內存管理單元（MMU）的作用，以及TLB在加速地址翻譯中的關鍵作用，包括TLB的命中率分析和失效處理流程。 第四部分：並發控製與死鎖 本部分聚焦於如何處理多進程/多綫程環境下的數據一緻性問題。 4.1 競爭條件與臨界區： 界定競爭條件（Race Conditions）的本質，並分析瞭實現互斥性的軟件和硬件方法，如忙等待（Spinlocks）和禁用中斷。 4.2 經典同步機製： 對Peterson's Solution、測試並設置（Test-and-Set）指令的應用進行瞭詳盡的介紹。深入講解瞭信號量（Semaphores）的P（wait）和V（signal）操作，並提供瞭使用信號量解決生産者-消費者、讀者-寫者等經典同步問題的完整方案。 4.3 管程（Monitors）與條件變量： 講解瞭高級同步原語——管程的概念，以及它如何通過將數據和操作封裝在一起簡化並發編程的復雜性。 4.4 死鎖分析與預防： 係統性地闡述瞭死鎖發生的四個必要條件（互斥、占有並等待、不可搶占、循環等待）。詳細介紹瞭銀行傢算法（Banker's Algorithm）的原理與應用，以及死鎖的檢測、避免和恢復策略。 第五部分：文件係統與存儲管理 本部分關注持久化數據的組織、訪問與保護。 5.1 文件係統的結構： 解釋瞭文件、目錄、文件係統抽象層（VFS）的概念。深入分析瞭不同文件係統的內部組織，包括FAT、NTFS和基於Inodes的係統（如Ext係列）。 5.2 磁盤調度與I/O管理： 分析瞭磁盤的物理結構和訪問延遲特性。詳細對比瞭先進先齣（FIFO）、最短尋道時間優先（SSTF）、掃描（SCAN/Elevator）等磁盤調度算法的性能指標。 5.3 緩衝與緩存： 探討瞭操作係統如何利用內存對磁盤I/O進行緩衝和緩存，以提高係統吞吐量。分析瞭緩衝區管理策略（如LRU緩存策略在文件係統中的應用）。 5.4 日誌與事務： 重點介紹瞭日誌型文件係統（Journaling File Systems）的設計目標——提高數據一緻性和崩潰恢復能力。分析瞭寫前日誌（Write-Ahead Logging）的工作流程。 適用讀者 計算機科學與技術專業學生： 作為操作係統課程的指定教材或深度參考書。 係統程序員與內核開發者： 需要理解底層機製，編寫高性能係統軟件的人員。 嵌入式係統工程師： 需要定製或優化小型操作係統內核（如RTOS）的專業人士。 任何希望深入理解現代計算平颱“黑箱”背後機製的技術人員。 本書特色 1. 深度與廣度的平衡： 不僅涵蓋瞭理論模型的嚴謹推導，還大量引用瞭主流操作係統（如Unix/Linux）的實際實現細節作為佐證。 2. 實踐驅動： 大量附帶的“實踐案例”章節，引導讀者思考如何將理論應用於解決真實的係統級難題。 3. 結構化教學： 章節邏輯清晰，從抽象到具體，由淺入深，便於自學和課堂教學的銜接。 本書是理解現代計算係統性能瓶頸、進行底層優化和開發可靠係統的基石之作。