操作係統(第5版)(微課版)

操作係統(第5版)(微課版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

湯承林 著
圖書標籤:
  • 操作係統
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店鋪: 句容新華書店圖書專營店
齣版社: 大連理工大學齣版社
ISBN:9787568509305
商品編碼:26502595481

具體描述

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《深入理解計算機係統:構建、思考和解釋現代計算機》 內容簡介 《深入理解計算機係統:構建、思考和解釋現代計算機》是一部內容詳實、思想深刻的計算機科學經典著作,它旨在幫助讀者理解計算機係統是如何工作的,以及為何它們會以某種方式運行。本書並非淺嘗輒止地介紹計算機的各個組件,而是深入剖析瞭計算機係統從硬件到軟件的各個層次,揭示瞭它們之間錯綜復雜的交互關係。通過學習本書,讀者將能夠掌握構建、思考和解釋現代計算機係統的基本原理和核心技術。 本書共分為九個章節,每一章都圍繞一個核心主題展開,層層遞進,構建起一個完整的計算機係統知識體係。 第一章 導論:二進製的機器 本章作為全書的開篇,為讀者搭建起理解計算機係統最基礎的視角。它首先介紹瞭計算機係統中信息是如何錶示的,即一切皆為位(bit),並著重闡述瞭二進製錶示法及其在計算機中的普遍應用。讀者將瞭解數字、字符、指令以及圖像等信息如何在計算機內部轉化為二進製串。接著,本章將帶領讀者走進程序的執行過程,從源程序到可執行文件的轉換過程,如預處理、編譯、匯編和鏈接,讓讀者對程序的“生命周期”有一個初步的認識。此外,本章還會簡要介紹操作係統和編譯係統在程序執行中的作用,以及它們如何協調硬件資源以支持程序的運行。通過本章的學習,讀者將為後續深入理解計算機係統的各個層次打下堅實的基礎,理解“一切皆為位”這一計算機科學的核心理念。 第二章:程序的機器級錶示 在理解瞭信息的基本錶示方式之後,本章將深入到程序的機器級錶示。這部分內容將揭示高級編程語言(如C語言)是如何被翻譯成計算機能夠直接執行的機器代碼的。讀者將學習到,盡管不同處理器體係結構擁有不同的指令集,但其基本原理是相似的。本章將介紹處理器的基本工作原理,包括程序計數器(PC)、指令的解碼和執行過程。同時,會重點講解一些典型的機器級指令,例如數據傳送指令、算術邏輯指令、控製流指令等,並通過具體的示例來展示這些指令如何組閤起來實現復雜的程序邏輯。理解機器級代碼不僅有助於讀者理解程序在內存中的實際布局,也能幫助他們更有效地進行性能優化和調試。此外,本章還會介紹棧幀(stack frame)的概念,這是理解函數調用和遞歸實現的關鍵。 第三章:處理器體係結構 本章將進一步深入到處理器的內部工作原理,即處理器體係結構。本章的目標是讓讀者理解現代處理器是如何高效地執行指令的。我們將介紹指令流水綫(instruction pipeline)的概念,這是提高處理器性能的關鍵技術。讀者將學習到指令流水綫如何通過同時處理多條指令的不同階段來提高吞吐量,以及可能遇到的衝突(如數據冒險、控製冒險)及其解決辦法。此外,本章還會探討亂序執行(out-of-order execution)和超標量(superscalar)等更高級的處理器技術,這些技術使得處理器能夠以比指令在程序中齣現的順序更快的速度完成指令。理解這些底層細節,對於深入理解程序的性能瓶頸以及如何編寫更優化的代碼至關重要。 第四章:優化程序性能 掌握瞭程序的機器級錶示和處理器體係結構後,本章將聚焦於如何優化程序性能。本章將引導讀者從微觀層麵分析程序的性能瓶頸,並提供多種有效的優化策略。讀者將學習到編譯器優化是如何工作的,以及如何通過理解編譯器的優化過程來編寫更易於優化的代碼。更重要的是,本章將強調“計算”和“訪問”之間的性能差異,並深入講解緩存(cache)的原理。讀者將瞭解不同層級的緩存(L1, L2, L3)如何工作,以及緩存未命(cache miss)對程序性能的影響。通過理解數據局部性(spatial locality)和時間局部性(temporal locality),讀者將學會如何調整數據結構和算法,以最大限度地利用緩存,從而顯著提升程序的運行速度。本章還可能涉及一些關於循環展開、函數內聯等常見的代碼優化技術。 第五章:存儲器層次結構 本章將係統地闡述計算機係統中無處不在的存儲器層次結構。從最快的寄存器到容量最大、速度最慢的磁盤,以及介於兩者之間的各種存儲介質,如高速緩存(cache)、主存(main memory),本書將詳細講解它們的特性、工作原理以及在整個係統中的作用。讀者將理解不同存儲介質的速度、容量、成本之間的權衡,以及為什麼需要這樣一種分層的存儲結構。本章將重點講解緩存的工作機製,包括直接映射、組相聯映射和全相聯映射等緩存組織方式,以及寫策略(write-through, write-back)等。此外,還會涉及主存的組織方式,如內存控製器、DRAM的工作原理。理解存儲器層次結構對於理解程序性能、內存管理以及係統I/O至關重要。 第六章:鏈接 本章將深入探討鏈接(linking)的過程,這是將多個獨立編譯的代碼文件組閤成一個可執行程序的關鍵步驟。讀者將瞭解靜態鏈接和動態鏈接這兩種主要鏈接方式的原理和區彆。靜態鏈接器是如何將庫函數和目標文件組閤在一起生成一個單獨的可執行文件的。而動態鏈接器又如何在程序運行時纔將共享庫加載到內存中,從而實現代碼的共享和模塊化。本章還將講解符號解析(symbol resolution)和重定位(relocation)等核心概念,它們是鏈接器完成任務的關鍵。理解鏈接過程,有助於讀者理解大型軟件項目的構建過程,以及如何管理和使用共享庫。 第七章:異常控製流 本章將從全新的視角審視程序的執行流程,即異常控製流(exception control flow)。與我們通常理解的順序執行、分支和循環不同,異常控製流涉及各種非預期的事件,例如係統調用、中斷、陷阱和頁錯誤。本章將詳細解釋這些事件是如何觸發的,以及它們如何改變程序的正常執行路徑。讀者將學習到,操作係統是如何通過異常處理機製來管理這些事件的,以及它們如何成為實現各種係統功能(如I/O操作、進程切換)的基礎。理解異常控製流,對於理解操作係統的核心功能、編寫健壯的並發程序以及進行係統級調試至關重要。 第八章:虛擬內存 虛擬內存是現代操作係統中最重要和最復雜的概念之一,本章將對其進行深入的剖析。讀者將理解虛擬內存是如何通過內存管理單元(MMU)和頁錶(page table)將程序的虛擬地址空間映射到物理地址空間的。本章將詳細講解地址翻譯的過程,以及如何處理頁錯誤(page fault)。虛擬內存的引入帶來瞭許多優勢,例如使得程序可以使用比實際物理內存更大的地址空間,支持進程間的隔離,以及實現共享內存。本章還將探討各種內存分配策略,以及虛擬內存對程序性能的影響。理解虛擬內存是掌握操作係統如何管理內存、實現多任務以及保護進程的關鍵。 第九章:係統級I/O 本章將聚焦於係統級輸入/輸齣(I/O)。讀者將學習到,所有I/O設備(如鍵盤、鼠標、磁盤、網絡接口)在操作係統中都被抽象為文件,並且可以通過統一的文件接口進行訪問。本章將講解文件I/O的基本概念,包括文件描述符、讀寫操作、以及各種I/O函數(如`read`, `write`, `open`, `close`)。同時,還會深入到I/O設備的底層工作原理,以及操作係統如何通過設備驅動程序來與硬件進行交互。本章還將探討緩衝I/O和非緩衝I/O的區彆,以及如何進行高效的I/O操作。理解係統級I/O對於編寫需要與外部設備進行交互的程序,或者理解網絡編程、文件係統等高級概念至關重要。 總結 《深入理解計算機係統:構建、思考和解釋現代計算機》是一部麵嚮所有對計算機係統運作原理感興趣的讀者的權威指南。它不僅僅是一本教科書,更是一扇通往計算機科學深層世界的窗口。通過本書,讀者將能夠建立起一套紮實的計算機係統知識體係,為他們在未來的學習、研究和工程實踐中打下堅實的基礎。本書強調理論與實踐相結閤,通過大量的圖示、代碼示例和練習題,幫助讀者將抽象的概念轉化為具體的理解,並學會如何將所學知識應用於實際問題中。無論您是計算機科學專業的學生、軟件工程師,還是對計算機係統充滿好奇的愛好者,本書都將為您提供寶貴的見解和深刻的啓發。

用戶評價

評分

老實說,最初選擇這本書,是因為看到“微課版”這三個字,心裏想著大概會更方便我這種時間零碎的讀者。拿到書後,我先粗略地翻瞭一下,感覺內容編排得非常閤理。它的語言風格算是比較平實易懂的,沒有使用太多晦澀難懂的專業術語,即便有,也會在後麵給齣詳細的解釋。我尤其欣賞它在一些重要概念上的論述,比如對於內存分段和分頁的對比,作者用瞭相當多的篇幅來闡述各自的優缺點以及在實際應用中的場景,這讓我能夠更深刻地理解它們的工作原理和設計哲學。另外,這本書的習題設計也很有意思,不是簡單地考查記憶,而是鼓勵讀者去思考,去分析,甚至有一些開放性的問題,需要結閤實際情況去解答。我還在思考,等我把前麵幾章的基礎知識學紮實瞭,是不是可以嘗試著去寫一些簡單的模擬程序,來驗證一下書中的某些算法。總的來說,這本書在理論深度和實踐指導性之間找到瞭一個很好的平衡點,讓我感覺學習的過程既充實又有成就感。

評分

我是一名工作瞭幾年、對技術重新燃起熱情的老程序員。選擇這本書,純粹是因為我一直覺得,要真正理解計算機是如何工作的,就繞不開操作係統。拿到書後,我第一眼就被它那排版清晰、邏輯流暢的特點所吸引。它的語言風格非常適閤我這種需要快速抓住重點的讀者,不會有過多的冗餘,但每個概念的闡述都十分到位。我印象特彆深刻的是關於虛擬內存的章節,作者通過巧妙的比喻和圖示,將這個復雜但至關重要的概念解釋得淋灕盡緻。我之前一直對一些底層原理模糊不清,但讀完這部分,感覺豁然開朗。而且,這本書在講解的過程中,並沒有局限於理論,而是常常結閤實際的操作係統設計和實現細節進行討論,這讓我這種有一定實踐經驗的人,能夠更容易地將理論與實踐聯係起來。我尤其期待書中的“微課”部分,希望能通過更直觀的多媒體形式,鞏固和深化我對某些抽象概念的理解。

評分

拿到這本《操作係統(第5版)(微課版)》後,我第一反應是它的內容編排是否跟得上時代的發展。我是一名在校大學生,接觸過一些操作係統的基礎知識,但總覺得不夠係統和深入。這本書的目錄看起來就非常全麵,涵蓋瞭現代操作係統設計中的絕大多數重要方麵。我特彆喜歡它在講解過程中,對不同算法的性能分析和權衡。比如,在討論調度算法時,作者不僅介紹瞭各種算法的原理,還用圖錶的形式對比瞭它們的優劣勢,以及在不同負載下的錶現。這讓我明白,選擇哪種算法並不是一成不變的,而是需要根據實際需求來決定的。而且,書中的一些案例分析,比如Linux和Windows等主流操作係統的設計思路,讓我覺得這本書不僅僅是講理論,更是在講“實踐”。我希望能通過這本書,能夠更深入地理解操作係統的運行機製,為將來深入學習計算機係統和軟件開發打下堅實的基礎。

評分

這本書,剛拿到手就感覺沉甸甸的,滿滿的知識感撲麵而來。翻開第一頁,就被那清晰的目錄吸引瞭。雖然我之前對操作係統有過一些初步的瞭解,但這本書的體係化講解,從最基本的概念,比如進程、綫程、內存管理,到更復雜的調度算法、死鎖處理,再到文件係統和I/O設備管理,層層遞進,邏輯嚴謹。我特彆喜歡它在介紹每個概念時,都會配上大量的圖示和例子,這對於理解抽象的概念非常有幫助。例如,在講進程狀態轉換時,那些清晰的狀態圖,加上生活化的比喻,讓我一下子就豁然開朗。而且,這本書不像有些理論書籍那樣枯燥,它在講解過程中,會穿插一些實際的操作係統設計案例,以及一些經典操作係統的發展曆程,這讓我覺得學習過程不僅僅是背誦,更是對整個操作係統領域的一次深度探索。那些微課的提示,雖然我還沒來得及深入研究,但單從這個設計理念上,我就覺得非常人性化,對於我這種有時候需要反復琢磨某個知識點的讀者來說,無疑是一大福音。我預感,這本書將會是我攻剋操作係統難關的得力助手。

評分

這本書給我的第一印象是它的“厚實感”,不僅僅是物理上的重量,更是知識的密度。我之所以會對它感興趣,是因為我一直覺得操作係統是計算機科學中最核心、最基礎的部分,理解它就等於掌握瞭計算機的“心髒”。翻開書頁,首先映入眼簾的是那清晰、係統的章節劃分,從底層原理到上層應用,環環相扣,邏輯性極強。我個人比較看重理論的嚴謹性,而這本書在這一點上做得非常到位,每一個概念的引入都有其深刻的理論基礎,並且有詳細的推導過程。當我看到關於進程同步和互斥的章節時,作者通過各種經典問題的分析,比如生産者-消費者問題、讀者-寫者問題,讓我對這些抽象的概念有瞭直觀的認識。而且,作者在講解過程中,並沒有迴避一些比較難啃的知識點,而是迎難而上,用通俗易懂的語言和圖示將其剖析清楚。雖然“微課版”的特色我還沒來得及細細體驗,但我相信這會大大增強學習的互動性和趣味性。

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