深入理解計算機係統(原書第3版)操作係統 蘭德爾 計算機操作係統 計算機科學叢書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

[美] 蘭德爾E.布萊恩特(Randal E.Bry 著

圖書標籤:

• 計算機係統
• 操作係統
• 計算機科學
• 深入理解計算機係統
• CSAPP
• 蘭德爾
• 計算機操作係統
• 技術
• 教材
• 經典
• 底層原理

店鋪： 恒久圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111544937

商品編碼：27399046322

包裝：平裝

齣版時間：2016-11-01

深入理解計算機係統（原書第3版）
	定價	139.00
	齣版社	機械工業齣版社
	版次	1
	齣版時間	2016年12月
	開本	16開
	作者	[美] 蘭德爾 E.布萊恩特（Randal E.·Bryant） 著；龔奕利，賀蓮 譯
	裝幀	平裝
	頁數
	字數
	ISBN編碼	9787111544937

第二版銷售突破100000冊，第三版重磅上市！

理解計算機係統首*書目， 10餘萬程序員的共同選擇

卡內基-梅隆、北京大學、清華大學、上海交通大學等國內外眾多知名高校選用指定教材

從程序員視角全麵剖析的實現細節，使讀者深刻理解程序的行為，將所有計算機係統的相關知識融會貫通。

新版本全麵基於X86-64位處理器

全新的閱讀和學習體驗：由國內名師錄製章前導讀，使讀者可以瞭解各章的重點內容和知識關聯，形成關於計算機係統的知識架構。並開設瞭本書的網絡社區，讀者可加入社區，獲得本書相關學習資源，瞭解活動信息。

基於該教材的北大“計算機係統導論”課程實施已有五年，得到瞭學生的廣泛贊譽，學生們通過這門課程的學習建立瞭完整的計算機係統的知識體係和整體知識框架，養成瞭良好的編程習慣並獲得瞭編寫高性能、可移植和健壯的程序的能力，奠定瞭後續學習操作係統、編譯、計算機體係結構等專業課程的基礎。北大的教學實踐錶明，這是一本值得推薦采用的好教材。本書第3版采用*新x86-64架構來貫穿各部分知識。我相信，該書的齣版將有助於國內計算機係統教學的進一步改進，為培養從事係統級創新的計算機人纔奠定很好的基礎。

—— 梅 宏 中國科學院院士/發展中國傢科學院院士

以低年級開設“深入理解計算機係統”課程為基礎，我先後在復旦大學和上海交通大學軟件學院主導瞭激進的教學改革……現在我課題組的青年教師全部是首批經曆此教學改革的學生。本科的紮實基礎為他們從事係統軟件的研究打下瞭良好的基礎……師資力量的補充又為推進更加激進的教學改革創造瞭條件。

—— 臧斌宇 上海交通大學軟件學院院長

   
    前言    

   
本書（簡稱CS:APP）的主要讀者是計算機科學傢、計算機工程師，以及那些想通過學習計算機係統的內在運作而能夠寫齣更好程序的人。

我們的目的是解釋所有計算機係統的本質概念，並嚮你展示這些概念是如何實實在在地影響應用程序的正確性、性能和實用性的。其他的係統類書籍都是從構建者的角度來寫的，講述如何實現硬件或係統軟件，包括操作係統、編譯器和網絡接口。而本書是從程序員的角度來寫的，講述應用程序員如何能夠利用係統知識來編寫齣更好的程序。當然，學習一個計算機係統應該做些什麼，是學習如何構建一個計算機係統的很好的齣發點，所以，對於希望繼續學習係統軟硬件實現的人來說，本書也是一本很有價值的介紹性讀物。大多數係統書籍還傾嚮於重點關注係統的某一個方麵，比如：硬件架構、操作係統、編譯器或者網絡。本書則以程序員的視角統一覆蓋瞭上述所有方麵的內容。

如果你研究和領會瞭這本書裏的概念，你將開始成為極少數的“牛人”，這些“牛人”知道事情是如何運作的，也知道當事情齣現故障時如何修復。你寫的程序將能夠更好地利用操作係統和係統軟件提供的功能，對各種操作條件和運行時參數都能正確操作，運行起來更快，並能避免齣現使程序容易受到網絡攻擊的缺陷。同時，你也要做好更深入探究的準備，研究像編譯器、計算機體係結構、操作係統、嵌入式係統、網絡互聯和網絡安全這樣的高級題目。

讀者應具備的背景知識本書的重點是執行x86-64機器代碼的係統。對英特爾及其競爭對手而言，x86-64是他們自1978年起，以8086微處理器為代錶，不斷進化的最新成果。按照英特爾微處理器産品綫的命名規則，這類微處理器俗稱為“x86”。隨著半導體技術的演進，單芯片上集成瞭更多的晶體管，這些處理器的計算能力和內存容量有瞭很大的增長。在這個過程中，它們從處理16位字，發展到引入IA32處理器處理32位字，再到最近的x86-64處理64位字。

我們考慮的是這些機器如何在Linux操作係統上運行C語言程序。Linux是眾多繼承自最初由貝爾實驗室開發的Unix的操作係統中的一種。這類操作係統的其他成員包括Solaris、FreeBSD和MacOS X。近年來，由於Posix和標準Unix規範的標準化努力，這些操作係統保持瞭高度兼容性。因此，本書內容幾乎直接適用於這些“類Unix”操作係統。

文中包含大量已在Linux係統上編譯和運行過的程序示例。我們假設你能訪問一颱這樣的機器，並且能夠登錄，做一些諸如切換目錄之類的簡單操作。如果你的計算機運行的是Microsoft Windows係統，我們建議你選擇安裝一個虛擬機環境（例如VirtualBox或者VMWare），以便為一種操作係統（客戶OS）編寫的程序能在另一種係統（宿主OS）上運行。

我們還假設你對C和C++有一定的瞭解。如果你以前隻有Java經驗，那麼你需要付齣更多的努力來完成這種轉換，不過我們也會幫助你。Java和C有相似的語法和控製語句。不過，有一些C語言的特性（特彆是指針、顯式的動態內存分配和格式化I/O）在Java中都是沒有的。所幸的是，C是一個較小的語言，在Brian Kernighan和Dennis Ritchie經典的“K&R;”文獻中得到瞭清晰優美的描述[61]。無論你的編程背景如何，都應該考慮將K&R;作為個人係統藏書的一部分。如果你隻有使用解釋性語言的經驗，如Python、Ruby或Perl，那麼在使用本書之前，需要花費一些時間來學習C。

本書的前幾章揭示瞭C語言程序和它們相對應的機器語言程序之間的交互作用。機器語言示例都是用運行在x86-64處理器上的GNU GCC編譯器生成的。我們不需要你以前有任何硬件、機器語言或是匯編語言編程的經驗。

給C語言初學者 關於C編程語言的建議為瞭幫助C語言編程背景薄弱（或全無背景）的讀者，我們在書中加入瞭這樣一些專門的注釋來突齣C中一些特彆重要的特性。我們假設你熟悉C++或Java。

如何閱讀此書從程序員的角度學習計算機係統是如何工作的會非常有趣，主要是因為你可以主動地做這件事情。無論何時你學到一些新的東西，都可以馬上試驗並且直接看到運行結果。事實上，我們相信學習係統的唯一方法就是做（do）係統，即在真正的係統上解決具體的問題，或是編寫和運行程序。

這個主題觀念貫穿全書。當引入一個新概念時，將會有一個或多個練習題緊隨其後，你應該馬上做一做來檢驗你的理解。這些練習題的解答在每章的末尾。當你閱讀時，嘗試自己來解答每個問題，然後再查閱答案，看自己的答案是否正確。除第1章外，每章後麵都有難度不同的傢庭作業。對每個傢庭作業題，我們標注瞭難度級彆：

隻需要幾分鍾。幾乎或完全不需要編程。

可能需要將近20分鍾。通常包括編寫和測試一些代碼。（許多都源自我們在考試中齣的題目。）需要很大的努力，也許是1～2個小時。一般包括編寫和測試大量的代碼。

一個實驗作業，需要將近10個小時。


內容簡介

　　和第2版相比，本版內容上*大的變化是，從以IA32和x86-64為基礎轉變為完全以x86-64為基礎。主要更新如下：

　　基於x86-64，大量地重寫代碼，首次介紹對處理浮點數據的程序的機器級支持。

　　處理器體係結構修改為支持64位字和操作的設計。

　　引入更多的功能單元和更復雜的控製邏輯，使基於程序數據流錶示的程序性能模型預測更加可靠。

　　擴充關於用GOT和PLT創建與位置無關代碼的討論，描述瞭更加強大的鏈接技術（比如庫打樁）。

　　增加瞭對信號處理程序更細緻的描述，包括異步信號安全的函數等。

　　采用新函數，更新瞭與協議無關和綫程安全的網絡編程。

作者簡介

　　Randal E. Bryant，1981年於麻省理工學院獲得計算機博士學位，1984年至今一直任教於卡內基-梅隆大學。現任卡內基-梅隆大學計算機科學學院院長、教授，同時還受邀任教於電子和計算機工程係。他從事本科生和研究生計算機係統方麵課程的教學近40年。他和O’Hallaron教授一起在卡內基梅隆大學開設瞭15-213課程“計算機係統導論”，那便是本書的基礎。他還是ACM院士、IEEE院士、美國國傢工程院院士和美國人文與科學研究院院士。其研究成果被Intel、IBM、Fujitsu和Microsoft等主要計算機製造商使用，他還因研究獲得過Semiconductor Research Corporation、ACM、IEEE頒發的多項大奬。
　　

　　David R. O’Hallaron卡內基梅隆大學電子和計算機工程係教授。在弗吉尼亞大學（University of Virginia）獲得計算機科學的博士學位，2007年-2010年為Intel匹茲堡實驗室主任。他教授本科生和研究生的計算機係統方麵的課程已有20餘年，並和Bryant教授一起開設瞭“計算機係統導論”課程。曾獲得CMU計算機學院頒發的Herbert Simon傑齣教學奬。他主要從事計算機係統領域的研究，與Quake項目成員一起獲得過高性能計算領域中的*高國際奬項——Gordon Bell奬。他目前的工作重點是研究自動分級（autograding）概念，即評價其他程序質量的程序。

目錄

齣版者的話

中文版序一

中文版序二

譯者序

前言

關於作者

第1章　計算機係統漫遊1

1.1　信息就是位+上下文1

1.2　程序被其他程序翻譯成不同的格式3

1.3　瞭解編譯係統如何工作是大有益處的4

1.4　處理器讀並解釋儲存在內存中的指令5

1.4.1　係統的硬件組成5

1.4.2　運行hello程序7

1.5　高速緩存至關重要9

1.6　存儲設備形成層次結構9

1.7　操作係統管理硬件10

1.7.1　進程11

1.7.2　綫程12

1.7.3　虛擬內存12

1.7.4　文件14

1.8　係統之間利用網絡通信14

1.9　重要主題16

1.9.1　Amdahl定律16

1.9.2　並發和並行17

1.9.3　計算機係統中抽象的重要性19

1.10　小結20

參考文獻說明20

練習題答案20

第一部分

程序結構和執行

第2章　信息的錶示和處理22

2.1　信息存儲24

2.1.1　十六進製錶示法25

2.1.2　字數據大小27

2.1.3　尋址和字節順序29

2.1.4　錶示字符串34

2.1.5　錶示代碼34

2.1.6　布爾代數簡介35

2.1.7　C語言中的位級運算37

2.1.8　C語言中的邏輯運算39

2.1.9　C語言中的移位運算40

2.2　整數錶示41

2.2.1　整型數據類型42

2.2.2　無符號數的編碼43

2.2.3　補碼編碼44

2.2.4　有符號數和無符號數之間的轉換49

2.2.5　C語言中的有符號數與無符號數52

2.2.6　擴展一個數字的位錶示54

2.2.7　截斷數字56

2.2.8　關於有符號數與無符號數的建議58

2.3　整數運算60

2.3.1　無符號加法60

2.3.2　補碼加法62

2.3.3　補碼的非66

2.3.4　無符號乘法67

2.3.5　補碼乘法67

2.3.6　乘以常數70

2.3.7　除以2的冪71

2.3.8　關於整數運算的最後思考74

2.4　浮點數75

2.4.1　二進製小數76

2.4.2　IEEE浮點錶示78

2.4.3　數字示例79

2.4.4　捨入83

2.4.5　浮點運算85

2.4.6　C語言中的浮點數86

2.5　小結87

參考文獻說明88

傢庭作業88

練習題答案97

第3章　程序的機器級錶示109

3.1　曆史觀點110

3.2　程序編碼113

3.2.1　機器級代碼113

3.2.2　代碼示例114

3.2.3　關於格式的注解117

3.3　數據格式119

3.4　訪問信息119

3.4.1　操作數指示符121

3.4.2　數據傳送指令122

3.4.3　數據傳送示例125

3.4.4　壓入和彈齣棧數據127

3.5　算術和邏輯操作128

3.5.1　加載有效地址129

3.5.2　一元和二元操作130

3.5.3　移位操作131

3.5.4　討論131

3.5.5　特殊的算術操作133

3.6　控製135

3.6.1　條件碼135

3.6.2　訪問條件碼136

3.6.3　跳轉指令138

3.6.4　跳轉指令的編碼139

3.6.5　用條件控製來實現條件分支…141

3.6.6　用條件傳送來實現條件分支…145

3.6.7　循環149

3.6.8　switch語句159

3.7　過程164

3.7.1　運行時棧164

3.7.2　轉移控製165

3.7.3　數據傳送168

3.7.4　棧上的局部存儲170

3.7.5　寄存器中的局部存儲空間172

3.7.6　遞歸過程174

3.8　數組分配和訪問176

3.8.1　基本原則176

3.8.2　指針運算177

3.8.3　嵌套的數組178

3.8.4　定長數組179

3.8.5　變長數組181

3.9　異質的數據結構183

3.9.1　結構183

3.9.2　聯閤186

3.9.3　數據對齊189

3.10　在機器級程序中將控製與數據結閤起來192

3.10.1　理解指針192

3.10.2　應用：使用GDB調試器193

3.10.3　內存越界引用和緩衝區溢齣194

3.10.4　對抗緩衝區溢齣攻擊198

3.10.5　支持變長棧幀201

3.11　浮點代碼204

3.11.1　浮點傳送和轉換操作205

3.11.2　過程中的浮點代碼209

3.11.3　浮點運算操作210

3.11.4　定義和使用浮點常數212

3.11.5　在浮點代碼中使用位級操作212

3.11.6　浮點比較操作213

3.11.7　對浮點代碼的觀察結論215

3.12　小結216

參考文獻說明216

傢庭作業216

練習題答案226

第4章　處理器體係結構243

4.1　Y86-64指令集體係結構245

4.1.1　程序員可見的狀態245

4.1.2　Y86-64指令245

4.1.3　指令編碼246

4.1.4　Y86-64異常250

4.1.5　Y86-64程序251

4.1.6　一些Y86-64指令的詳情255

4.2　邏輯設計和硬件控製語言HCL256

4.2.1　邏輯門257

4.2.2　組閤電路和HCL布爾錶達式257

4.2.3　字級的組閤電路和HCL整數錶達式258

4.2.4　集閤關係261

4.2.5　存儲器和時鍾262

4.3　Y86-64的順序實現264

4.3.1　將處理組織成階段264

4.3.2　SEQ硬件結構272

4.3.3　SEQ的時序274

4.3.4　SEQ階段的實現277

4.4　流水綫的通用原理282

4.4.1　計算流水綫282

4.4.2　流水綫操作的詳細說明284

4.4.3　流水綫的局限性284

4.4.4　帶反饋的流水綫係統287

4.5　Y86-64的流水綫實現288

4.5.1　SEQ+：重新安排計算階段288

4.5.2　插入流水綫寄存器289

4.5.3　對信號進行重新排列和標號292

4.5.4　預測下一個PC293

4.5.5　流水綫冒險295

4.5.6　異常處理306

4.5.7　PIPE各階段的實現308

4.5.8　流水綫控製邏輯314

4.5.9　性能分析322

4.5.10　未完成的工作323

4.6　小結325

參考文獻說明326

傢庭作業327

練習題答案331

第5章　優化程序性能341

5.1　優化編譯器的能力和局限性342

5.2　錶示程序性能345

5.3　程序示例347

5.4　消除循環的低效率350

5.5　減少過程調用353

5.6　消除不必要的內存引用354

5.7　理解現代處理器357

5.7.1　整體操作357

5.7.2　功能單元的性能361

5.7.3　處理器操作的抽象模型362

5.8　循環展開366

5.9　提高並行性369

5.9.1　多個纍積變量370

5.9.2　重新結閤變換373

5.10　優化閤並代碼的結果小結377

5.11　一些限製因素378

5.11.1　寄存器溢齣378

5.11.2　分支預測和預測錯誤處罰379

5.12　理解內存性能382

5.12.1　加載的性能382

5.12.2　存儲的性能383

5.13　應用：性能提高技術387

5.14　確認和消除性能瓶頸388

5.14.1　程序剖析388

5.14.2　使用剖析程序來指導優化390

5.15　小結392

參考文獻說明393

傢庭作業393

練習題答案395

第6章　存儲器層次結構399

6.1　存儲技術399

6.1.1　隨機訪問存儲器400

6.1.2　磁盤存儲406

6.1.3　固態硬盤414

6.1.4　存儲技術趨勢415

6.2　局部性418

6.2.1　對程序數據引用的局部性418

6.2.2　取指令的局部性419

6.2.3　局部性小結420

6.3　存儲器層次結構421

6.3.1　存儲器層次結構中的緩存422

6.3.2　存儲器層次結構概念小結424

6.4　高速緩存存儲器425

6.4.1　通用的高速緩存存儲器組織結構425

6.4.2　直接映射高速緩存427

6.4.3　組相聯高速緩存433

6.4.4　全相聯高速緩存434

6.4.5　有關寫的問題437

6.4.6　一個真實的高速緩存層次結構的解剖438

6.4.7　高速緩存參數的性能影響439

6.5　編寫高速緩存友好的代碼440

6.6　綜閤：高速緩存對程序性能的影響444

6.6.1　存儲器山444

6.6.2　重新排列循環以提高空間局部性447

6.6.3　在程序中利用局部性450

6.7　小結450

參考文獻說明451

傢庭作業451

練習題答案459

第二部分

在係統上運行程序

第7章　鏈接464

7.1　編譯器驅動程序465

7.2　靜態鏈接466

7.3　目標文件466

7.4　可重定位目標文件467

7.5　符號和符號錶468

7.6　符號解析470

7.6.1　鏈接器如何解析多重定義的全局符號471

7.6.2　與靜態庫鏈接475

7.6.3　鏈接器如何使用靜態庫來解析引用477

7.7　重定位478

7.7.1　重定位條目479

7.7.2　重定位符號引用479

7.8　可執行目標文件483

7.9　加載可執行目標文件484

7.10　動態鏈接共享庫485

7.11　從應用程序中加載和鏈接共享庫487

7.12　位置無關代碼489

7.13　庫打樁機製492

7.13.1　編譯時打樁492

7.13.2　鏈接時打樁492

7.13.3　運行時打樁494

7.14　處理目標文件的工具496

7.15　小結496

參考文獻說明497

傢庭作業497

練習題答案499

第8章　異常控製流501

8.1　異常502

8.1.1　異常處理503

8.1.2　異常的類彆504

8.1.3　Linux/x86-64係統中的異常505

8.2　進程508

8.2.1　邏輯控製流508

8.2.2　並發流509

8.2.3　私有地址空間509

8.2.4　用戶模式和內核模式510

8.2.5　上下文切換511

8.3　係統調用錯誤處理512

8.4　進程控製513

8.4.1　獲取進程ID513

8.4.2　創建和終止進程513

8.4.3　迴收子進程516

8.4.4　讓進程休眠521

8.4.5　加載並運行程序521

8.4.6　利用fork和execve運行程序524

8.5　信號526

8.5.1　信號術語527

8.5.2　發送信號528

8.5.3　接收信號531

8.5.4　阻塞和解除阻塞信號532

8.5.5　編寫信號處理程序533

8.5.6　同步流以避免討厭的並發錯誤540

8.5.7　顯式地等待信號543

8.6　非本地跳轉546

8.7　操作進程的工具550

8.8　小結550

參考文獻說明550

傢庭作業550

練習題答案556

第9章　虛擬內存559

9.1　物理和虛擬尋址560

9.2　地址空間560

9.3　虛擬內存作為緩存的工具561

9.3.1　DRAM緩存的組織結構562

9.3.2　頁錶562

9.3.3　頁命中563

9.3.4　缺頁564

9.3.5　分配頁麵565

9.3.6　又是局部性救瞭我們565

9.4　虛擬內存作為內存管理的工具565

9.5　虛擬內存作為內存保護的工具567

9.6　地址翻譯567

9.6.1　結閤高速緩存和虛擬內存570

9.6.2　利用TLB加速地址翻譯570

9.6.3　多級頁錶571

9.6.4　綜閤：端到端的地址翻譯573

9.7　案例研究：Intel Core i7/Linux內存係統576

9.7.1　Core i7地址翻譯576

9.7.2　Linux虛擬內存係統580

9.8　內存映射582

9.8.1　再看共享對象583

9.8.2　再看fork函數584

9.8.3　再看execve函數584

9.8.4　使用mmap函數的用戶級內存映射585

9.9　動態內存分配587

9.9.1　malloc和free函數587

9.9.2　為什麼要使用動態內存分配589

9.9.3　分配器的要求和目標590

9.9.4　碎片591

9.9.5　實現問題592

9.9.6　隱式空閑鏈錶592

9.9.7　放置已分配的塊593

9.9.8　分割空閑塊594

9.9.9　獲取額外的堆內存594

9.9.10　閤並空閑塊594

9.9.11　帶邊界標記的閤並595

9.9.12　綜閤：實現一個簡單的分配器597

9.9.13　顯式空閑鏈錶603

9.9.14　分離的空閑鏈錶604

9.10　垃圾收集605

9.10.1　垃圾收集器的基本知識606

9.10.2　Mark&Sweep;垃圾收集器607

9.10.3　C程序的保守Mark&Sweep608;

9.11　C程序中常見的與內存有關的錯誤609

9.11.1　間接引用壞指針609

9.11.2　讀未初始化的內存609

9.11.3　允許棧緩衝區溢齣610

9.11.4　假設指針和它們指嚮的對象是相同大小的610

9.11.5　造成錯位錯誤611

9.11.6　引用指針，而不是它所指嚮的對象611

9.11.7　誤解指針運算611

9.11.8　引用不存在的變量612

9.11.9　引用空閑堆塊中的數據612

9.11.10　引起內存泄漏613

9.12　小結613

參考文獻說明613

傢庭作業614

練習題答案617

第三部分

程序間的交互和通信

第10章　係統級I/O622　10.1　Unix I/O622

10.2　文件623

10.3　打開和關閉文件624

10.4　讀和寫文件625

10.5　用RIO包健壯地讀寫626

10.5.1　RIO的無緩衝的輸入輸齣函數627

10.5.2　RIO的帶緩衝的輸入函數627

10.6　讀取文件元數據632

10.7　讀取目錄內容633

10.8　共享文件634

10.9　I/O重定嚮637

10.10　標準I/O638

10.11　綜閤：我該使用哪些I/O函數？638

10.12　小結640

參考文獻說明640

傢庭作業640

練習題答案641

第11章　網絡編程642

11.1　客戶端服務器編程模型642

11.2　網絡643

11.3　全球IP因特網646

11.3.1　IP地址647

11.3.2　因特網域名649

11.3.3　因特網連接651

11.4　套接字接口652

11.4.1　套接字地址結構653

11.4.2　socket函數654

11.4.3　connect函數654

11.4.4　bind函數654

11.4.5　listen函數655

11.4.6　accept函數655

11.4.7　主機和服務的轉換656

11.4.8　套接字接口的輔助函數660

11.4.9　echo客戶端和服務器的示例662

11.5　Web服務器665

11.5.1　Web基礎665

11.5.2　Web內容666

11.5.3　HTTP事務667

11.5.4　服務動態內容669

11.6　綜閤：TINY Web服務器671

11.7　小結678

參考文獻說明678

傢庭作業678

練習題答案679

第12章　並發編程681

12.1　基於進程的並發編程682

12.2　基於I/O多路復用的並發編程684

12.3　基於綫程的並發編程691

12.4　多綫程程序中的共享變量696

12.5　用信號量同步綫程698

12.6　使用綫程提高並行性710

12.7　其他並發問題716

12.8　小結722

參考文獻說明723

傢庭作業723

練習題答案726

附錄A　錯誤處理729

參考文獻733

   

《現代操作係統原理與實踐》 概覽 《現代操作係統原理與實踐》是一本全麵深入探討操作係統核心概念、設計原則以及實際應用的書籍。本書旨在為計算機科學的學生、係統工程師以及任何對操作係統底層運作機製感興趣的讀者提供堅實的基礎。不同於僅僅羅列操作係統的功能性描述，本書更側重於揭示“為什麼”以及“如何”——為什麼采用某種設計，以及如何實現這些設計，從而讓讀者能夠真正理解操作係統的精髓。 本書的結構嚴謹，從最基礎的進程與綫程管理，到復雜的內存管理、文件係統、I/O調度，再到分布式係統和安全性等前沿話題，層層遞進，力求讓讀者對操作係統的各個層麵都有清晰的認識。我們不會僅僅停留在理論層麵，而是會結閤大量的實例、僞代碼以及對實際操作係統（如Linux、Windows、macOS）的分析，來闡述抽象的概念。 內容詳述 第一部分：操作係統基礎 引言：何為操作係統？ 操作係統的定義、角色與目標。 操作係統的曆史演進及其對計算機科學的影響。 操作係統內核的結構（單體內核、微內核、混閤內核）及各自的優缺點。 係統調用：用戶程序與內核交互的橋梁。 進程管理 進程概念： 進程是什麼？進程的狀態（新建、就緒、運行、等待、終止）。進程的創建與終止。 進程控製塊（PCB）： 存儲進程信息的數據結構。 進程切換： 上下文切換的過程與開銷。 綫程模型： 用戶級綫程與內核級綫程的比較。多綫程的優勢與挑戰。 進程與綫程同步： 競態條件、臨界區、互斥鎖、信號量、管程等同步機製的原理與應用。死鎖的概念、條件、檢測與避免。 CPU調度 調度目標： 吞吐量、周轉時間、等待時間、響應時間。 調度算法： 先來先服務（FCFS）、最短作業優先（SJF）、優先級調度、時間片輪轉（Round Robin）等算法的原理、優缺點及適用場景。 多級隊列與多級反饋隊列調度： 動態調整優先級與時間片的策略。 多處理器調度： 對稱多處理（SMP）與非對稱多處理（ASMP）。 第二部分：內存管理 內存管理基礎 地址轉換： 邏輯地址與物理地址的概念。 內存分配： 連續內存分配（固定分區、可變分區）及其碎片問題。 分頁： 頁、頁錶、頁框的概念。頁錶查找機製。多級頁錶、反嚮頁錶。 分段： 段、段錶。段頁式管理。 虛擬內存： 虛擬地址空間的概念。請求分頁、頁麵置換算法（FIFO、LRU、Optimal、Clock等）的原理與性能分析。顛簸（Thrashing）現象及其解決辦法。 內存保護與共享 內存保護機製： 基於硬件的保護（寄存器、段機製）。 內存共享： 進程間共享內存的實現方式。 第三部分：存儲管理與I/O係統 文件係統 文件概念： 文件屬性、操作、類型。 目錄結構： 單級、兩級、樹形目錄。 文件訪問方法： 順序訪問、直接訪問。 文件係統實現： 文件係統布局、空閑空間管理（位圖、鏈錶）。 文件係統性能： 緩存、預讀、延遲寫。 文件係統一緻性與恢復： 日誌文件係統、寫時復製（Copy-on-Write）。 磁盤調度： FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN、LOOK、C-LOOK等磁盤臂調度算法。 I/O係統 I/O設備管理： 設備控製器、設備驅動程序。 I/O控製方式： 程序I/O、中斷驅動I/O、DMA（直接內存訪問）。 緩衝與緩存： 提高I/O效率的技術。 I/O調度： 塊設備調度、字符設備調度。 第四部分：高級主題與現代操作係統 並發與並行 並發的挑戰： 協調、通信、同步。 並行計算模型： MPI、OpenMP等。 多核處理器的調度與管理。 分布式係統與操作係統 分布式係統的基本概念： 分布式進程、通信。 分布式文件係統（DFS）： NFS、AFS。 分布式共享內存（DSM）。 分布式一緻性協議。 操作係統安全 安全威脅： 病毒、蠕蟲、木馬、拒絕服務攻擊。 訪問控製： 強製訪問控製（MAC）、自主訪問控製（DAC）、基於角色的訪問控製（RBAC）。 加密技術在操作係統中的應用。 安全審計與策略。 現代操作係統設計趨勢 實時操作係統（RTOS）。 嵌入式操作係統。 麵嚮虛擬化的操作係統設計。 容器化技術（Docker、Kubernetes）與操作係統。 雲原生操作係統。 學習方法與特色 本書采用理論與實踐相結閤的學習方式。每個章節都會以清晰的定義、直觀的圖示引入核心概念，然後深入剖析其背後的原理。為瞭幫助讀者更好地掌握這些抽象的概念，我們會提供： 豐富的僞代碼示例： 幫助讀者理解算法的實現邏輯，例如進程調度的具體步驟，內存頁麵的置換過程等。 真實世界的案例分析： 引用Linux、Windows等實際操作係統中的具體實現細節，讓讀者看到理論如何在現實中落地。 思考題與練習： 每章末尾都配有精心設計的思考題和實踐練習，旨在鞏固所學知識，並鼓勵讀者進行更深入的探索。 對比分析： 針對不同的設計選擇（如單體內核與微內核），我們會進行詳細的優劣勢對比，幫助讀者理解權衡。 本書適閤人群 計算機科學與技術專業的本科生及研究生： 作為操作係統課程的核心教材或參考書。 係統工程師、軟件開發人員： 希望深入理解操作係統，從而編寫更高效、更健壯的軟件。 對計算機底層原理感興趣的愛好者： 想要揭開“黑匣子”的麵紗，理解計算機是如何工作的。 《現代操作係統原理與實踐》緻力於為讀者構建一個堅實而全麵的操作係統知識體係，培養讀者分析和解決復雜係統問題的能力。通過對操作係統核心機製的深入剖析，讀者將能夠更深刻地理解計算機係統的整體運作，為未來的學習和職業生涯打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在計算機領域摸爬滾打多年的學習者，我一直在尋找一本能夠幫助我“撥開迷霧”的書籍。市麵上關於操作係統的書籍很多，但要麼過於理論化，讓人望而生畏，要麼過於實踐化，流於錶麵，無法觸及核心。而《深入理解計算機係統(原書第3版)》這個書名，恰恰擊中瞭我內心深處的渴望。我希望這本書能夠以一種更具啓發性的方式，將操作係統復雜的內部機製展現在我麵前。我特彆關注的是，操作係統是如何在有限的硬件資源下，實現多任務並發，如何保證程序的公平訪問，以及如何有效地管理內存和文件係統。我期待這本書能夠用一種清晰的邏輯，將這些看似獨立的概念融會貫通，讓我能夠從宏觀層麵理解整個係統的運作流程。我尤其看重“原書第3版”這個標簽，這代錶瞭內容的權威性和時效性，我相信它能夠為我提供最前沿的理論知識和最深刻的洞見。我希望通過這本書的學習，能夠讓我對計算機係統的理解提升到一個新的高度，能夠更好地應對工作中遇到的各種技術挑戰。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對計算機技術懷有極大熱情的普通愛好者，我一直在尋找一本能夠真正帶我“登堂入室”的書籍。市麵上充斥著各種關於編程語言、特定框架的教程，但往往忽略瞭最根本的東西——計算機係統本身。我總覺得，如果不能理解計算機係統是如何運作的，那麼我們對上層軟件的理解就會顯得單薄和零散。這本書的名字——《深入理解計算機係統》，讓我看到瞭希望。我尤其對操作係統是如何管理進程、內存、文件係統這些核心概念感到好奇。我希望這本書能用清晰易懂的語言，配閤豐富的實例，將這些抽象的概念具象化，讓我能夠真正地“看到”它們是如何工作的。我並不追求立刻成為一名操作係統專傢，但我渴望的是一種能夠讓我對電腦的內部運作有一個清晰的認知，能夠在我遇到問題時，能夠從更根本的層麵去分析和解決。這本書的“原書第3版”也錶明瞭其內容的更新和迭代，這對於快速發展的計算機領域來說尤為重要，我希望它能夠反映最新的技術進展和理論認識。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對計算機底層原理有著天然好奇心的人。很多時候，我們在使用各種軟件工具的時候，都習慣瞭接受它們提供的功能，卻很少去想這些功能是如何實現的，以及在它們背後，計算機到底做瞭些什麼。這本書的標題，特彆是“深入理解計算機係統”，一下子就抓住瞭我的注意力。我之前也看過一些關於計算機體係結構或者操作係統原理的書，但總覺得有些地方不夠係統，或者講解得不夠透徹，總留下一些“未竟之憾”。我希望這本書能夠提供一個更全麵、更係統的視角，將硬件、操作係統、以及應用程序之間的關係梳理清楚。我特彆感興趣的是CPU是如何執行指令的，內存是如何管理和分配的，以及操作係統是如何協調多個進程的運行，避免衝突的。我對“計算機科學叢書”這個定位也有著很高的期望，這意味著這本書的內容會更加偏嚮於理論的深度和廣度，而不是簡單的技術操作指南。我希望它能夠幫助我建立起一個牢固的計算機係統知識框架，讓我能夠在這個基礎上，更好地學習和掌握其他的計算機技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就充滿瞭沉甸甸的知識感，那種厚實的紙張和經典的配色，讓人一看就知道是本“硬核”讀物。我拿到手的時候，心裏就充滿瞭期待，畢竟“深入理解”這四個字的分量可不輕，而且還是“原書第3版”，說明它經過瞭時間的考驗，內容一定非常紮實。翻開第一頁，密密麻麻的文字和各種圖示撲麵而來，第一感覺就是信息量巨大。我之前也涉獵過一些計算機基礎的知識，但很多概念都隻是浮於錶麵，這次抱著“徹底搞懂”的心態來的，希望能從這本書裏找到真正能夠串聯起各個知識點的綫索。尤其是我對操作係統這塊一直覺得是個黑箱，雖然日常使用電腦，但對其內部的運作機製卻是一無所知，這讓我總感覺有些不踏實。這本書的標題裏直接點明瞭“操作係統”，這一點尤其吸引我，我希望它能幫我揭開這層神秘的麵紗，讓我能更透徹地理解從開機到程序運行的整個過程，理解它到底是怎麼做到這一切的。我甚至還打算在閱讀過程中，結閤一些實際的Linux命令或者工具，來對照書中的理論，看看能否將理論與實踐更緊密地結閤起來，達到真正“理解”的目的。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，學習計算機科學，如果隻看那些“速成”或者“入門”的書籍，往往隻能學到皮毛，而真正能夠讓你在技術上有所突破的，一定是那些能夠讓你“深入”的書籍。《深入理解計算機係統(原書第3版)》這個書名，簡直就像是為我這樣的求知欲旺盛的讀者量身定做的。我特彆喜歡那種能夠從底層原理去剖析問題的書籍，因為隻有理解瞭根基，纔能更好地構建上層建築。我之前在學習某個算法或者某個框架的時候，經常會遇到一些似是而非的概念，或者覺得“為什麼會這樣”，而我猜想，這本書可能就會解答我這些疑惑。我對計算機係統的硬件和軟件是如何協同工作的，特彆是CPU、內存、I/O設備之間是如何相互協作，以及操作係統在其中扮演的角色，一直都充滿瞭好奇。這本書的“計算機科學叢書”的標簽也讓我對其內容深度和學術嚴謹性有瞭更高的期待，我希望它能提供一個宏觀的視角，讓我理解計算機係統是如何從無到有，一步步發展到今天的復雜程度的。我期待的是一種能夠激發我思考，讓我不僅僅是記住知識點，而是能夠理解知識點背後的邏輯和原理的學習體驗。