計算機(jī)的心智

前言

　　當(dāng)你在電腦上玩游戲的時候，當(dāng)你在電腦上與朋友聊天的時候，當(dāng)你編寫完一個程序需要加栽運(yùn)行的時候，你有沒有一種像在觀看魔術(shù)的感覺？編寫好的程序能夠編譯運(yùn)行，計算出結(jié)果，并顯示或打印出來。你有沒有覺得它很神秘？　　如果想揭開這層神秘的面紗，你就得學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?！　∫驗椴僮飨到y(tǒng)是掌控計算機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)，在學(xué)習(xí)它的過程中，讀者能夠了解到程序在計算機(jī)上運(yùn)行的全景，或者說我們所認(rèn)為的全景。之所以這么說，是因為精確了解程序在計算機(jī)上運(yùn)行的全景是極其困難的（有人認(rèn)為這根本就是不可能的）。當(dāng)然，這里的程序指的是有一定規(guī)模的程序，而不是那種只有幾行代碼的小程序。從某種程度上來說，沒有人敢肯定自己清楚計算機(jī)在任何一個時刻所處的狀態(tài)。例如，在多流水線計算機(jī)上，如果發(fā)生中斷或異常，我們根本就得不到一個精準(zhǔn)的狀態(tài)。唯一能做的就是推倒重來。

內(nèi)容概要

　　《計算機(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》集中精力對操作系統(tǒng)的核心內(nèi)容進(jìn)行分析，包括操作系統(tǒng)發(fā)展的歷史背景、進(jìn)程與線程、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、輸入與輸出、多核環(huán)境下的進(jìn)程調(diào)度和操作系統(tǒng)設(shè)計?！队嬎銠C(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》用大量生活實例，生動解釋了操作系統(tǒng)中的主要難點(diǎn)和模糊點(diǎn)：鎖的實現(xiàn)、同步機(jī)制的發(fā)展軸線、純粹分段到段頁式的演變、多核環(huán)境下的進(jìn)程同步與調(diào)度和操作系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容，而放棄了對操作系統(tǒng)核心以外內(nèi)容，如安全、多媒體系統(tǒng)、虛擬機(jī)技術(shù)、光盤技術(shù)等的論述?！队嬎銠C(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》重點(diǎn)突出、邏輯清晰、內(nèi)容連貫，便于學(xué)生順利掌握操作系統(tǒng)的核心內(nèi)容?！队嬎銠C(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》層次豐富、涵蓋操作系統(tǒng)的所有核心內(nèi)容，適合作為國內(nèi)高校計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本科生操作系統(tǒng)課程的教材，也是了解計算機(jī)操作系統(tǒng)原理不可多得的參考書。

書籍目錄

前言第一篇 基礎(chǔ)原理篇第1章 操作系統(tǒng)導(dǎo)論引子：智者的挑戰(zhàn)1．1 人造學(xué)科1．2 程序是如何運(yùn)行的1．3 什么是操作系統(tǒng)1．4 魔幻與管理1．5 用戶程序與操作系統(tǒng)1．6 操作系統(tǒng)的范疇1．7 為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)思考題第2章 操作系統(tǒng)歷史引子：操作系統(tǒng)進(jìn)化的推動因素2．1 第一階段：狀態(tài)機(jī)操作系統(tǒng)(1940年以前)2．2 第二階段：單一操作員、單一控制端操作系統(tǒng)(20世紀(jì)40年代)2．3 第三階段：批處理操作系統(tǒng)(20世紀(jì)50年代)2．4 第四代：多道批處理操作系統(tǒng)(20世紀(jì)60年代)2．5 第五代之一：分時操作系統(tǒng)(20世紀(jì)70年代)2．6 第五代之二：實時操作系統(tǒng)2．7 第六代：現(xiàn)代操作系統(tǒng)(1980年以后)2．8 操作系統(tǒng)的演變過程2．9 操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢思考題第3章 操作系統(tǒng)基本概念引子：“差不多”精神3．1 計算機(jī)硬件基本知識3．2 抽象3．3 內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)3．4 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3．5 進(jìn)程、內(nèi)存和文件3．6 系統(tǒng)調(diào)用3．7 殼思考題第二篇 進(jìn)程原理篇第4章 進(jìn)程引子4．1 進(jìn)程概論4．2 進(jìn)程模型4．3 多道編程的效率4．4 進(jìn)程的產(chǎn)生與消失4．5 進(jìn)程的層次結(jié)構(gòu)4．6 進(jìn)程的狀態(tài)4．7 進(jìn)程創(chuàng)立4．8 進(jìn)程與地址空間4．9 進(jìn)程管理4．1 0進(jìn)程的缺陷思考題第5章 線程引子5．1 進(jìn)程的分身術(shù)——線程5．2 線程管理5．3 線程的實現(xiàn)方式5．4 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的線程實現(xiàn)模型5．5 多線程的關(guān)系5．6 討論：從用戶態(tài)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)5．7 討論：線程的困惑——確定性與非確定性思考題第6章 線程通信引子6．1 為什么要通信6．2 線程對白：管道、記名管道、套接字6．3 線程電報：信號6．4 線程旗語：信號量6．5 線程擁抱：共享內(nèi)存6．6 信件發(fā)送：消息隊列6．7 其他通信機(jī)制思考題第7章 進(jìn)程同步引子7．1 為什么要同步7．2 線程同步的目的7．3 鎖的進(jìn)化7．4 睡覺與叫醒：生產(chǎn)者與消費(fèi)者問題7．5 信號量7．6 鎖、睡覺與叫醒、信號量7．7 管程7．8 消息傳遞7．9 柵欄思考題第8章 進(jìn)程調(diào)度引子8．1 調(diào)度的目標(biāo)8．2 處理器調(diào)度的總體目標(biāo)8．3 先來先服務(wù)調(diào)度算法8．4 時間片輪轉(zhuǎn)8．5 短任務(wù)優(yōu)先8．6 優(yōu)先級調(diào)度8．7 混合調(diào)度算法8．8 其他調(diào)度算法8．9 實時調(diào)度算法8．1 0高級議題：調(diào)度異常之優(yōu)先級倒掛思考題第9章 鎖的實現(xiàn)引子：鎖的實現(xiàn)哲學(xué)9．1 以中斷啟用與禁止來實現(xiàn)鎖9．2 以測試與設(shè)置指令來實現(xiàn)鎖9．3 以非繁忙等待、中斷啟用與禁止來實現(xiàn)鎖9．4 以最少繁忙等待、測試與設(shè)置來實現(xiàn)鎖9．5 中斷禁止、測試與設(shè)置思考題第10章 死鎖應(yīng)對引子10．1 發(fā)生死鎖的原因10．2 死鎖的描述10．3 死鎖的4個必要條件10．4 哲學(xué)家就餐問題1O．5 死鎖的應(yīng)對10．6 消除死鎖的必要條件10．7 銀行家算法：冒險的代價10．8 哲學(xué)家就餐問題之解10．9 討論：死鎖的思考——綜合治理10．1 0討論：死鎖、活鎖與饑餓思考題第三篇 內(nèi)存原理篇第11章 基本內(nèi)存管理引子11．1 內(nèi)存管理的環(huán)境11．2 內(nèi)存管理的目標(biāo)11．3 虛擬內(nèi)存的概念11．4 操作系統(tǒng)在內(nèi)存的位置11．5 單道編程的內(nèi)存管理11．6 多道編程的內(nèi)存管理11．7 閑置空間管理思考題第12章 頁式內(nèi)存管理引子12．1 基址極限管理模式的問題12．2 分頁內(nèi)存管理12．3 分頁系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)12．4 翻譯速度12．5 缺頁中斷處理12．6 鎖住頁面12．7 頁面足寸12．8 內(nèi)存抖動思考題第13章 頁面更換算法引子13．1 頁面需要更換13．2 頁面更換的目標(biāo)13．3 隨機(jī)更換算法13．4 先進(jìn)先出算法13．5 第二次機(jī)會算法13．6 時鐘算法13．7 最優(yōu)更換算法13．8 NRU算法13．9 IRU算法13．10 工作集算法13．11 工作集時鐘算法13．12 頁面替換策略思考題第14章 段式內(nèi)存管理引子14．1 分頁系統(tǒng)的缺點(diǎn)14．2 分段管理系統(tǒng)14．3 分段的優(yōu)缺點(diǎn)14．4 段頁式內(nèi)存管理14．5 段號是否占用尋址字住14．6 討論：否定之否定的嵌套一純粹分段與邏輯分段、分頁與段頁思考題第四篇 文件原理篇第15章 磁盤操作引子15．1 磁盤組織與管理15．2 磁盤的結(jié)構(gòu)15．3 盤面的結(jié)構(gòu)15．4 磁盤驅(qū)動器的訪問速度15．5 操作系統(tǒng)界面15．6 磁盤調(diào)度算法思考題第16章 文件基礎(chǔ)引子16．1 為什么需要文件系統(tǒng)16．2 什么是文件系統(tǒng)16．3 文件系統(tǒng)的目標(biāo)-16．4 文件的基本知識16．5 從用戶角度看文件系統(tǒng)16．6 地址獨(dú)立的實現(xiàn)機(jī)制：文件夾16．7 文件系統(tǒng)調(diào)甩16．8 內(nèi)存映射的文件訪問思考題第17章 文件系統(tǒng)實現(xiàn)引子17．1 文件系統(tǒng)的布局17．2 文件的實現(xiàn)17．3 目錄實現(xiàn)：地址獨(dú)立的實現(xiàn)17．4 閑置空間管理思考題第18章 文件系統(tǒng)引子18．1 文件系統(tǒng)訪問控制18．2 主動控制：訪問控制表18．3 能力表18．4 訪問控制的實施18．5 文件系統(tǒng)性能18．6 提高系統(tǒng)性能的方法18．7 文件系統(tǒng)設(shè)計分析：日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)18．8 海量數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)思考題第五篇 I／O原理篇第19章 輸入輸出引子19．1 什么是輸入輸出19．2 輸入輸出的目的19．3 輸入輸出硬件19．4 輸入輸出軟件19．5 I／O軟件分層思者題第六篇 多核原理篇第20章 多核結(jié)構(gòu)與內(nèi)存引子20．1 以量取勝20．2 多核基本概念20．3 多核的內(nèi)存結(jié)構(gòu)20．4 對稱多處理器計算機(jī)的啟動過程20．5 多處理器之間的通信20．6 SMP緩存一致性20．7 多處理器、超線程和多核的比較思考題第21章 多核環(huán)境下的進(jìn)程同步與調(diào)度引子21．1 多核環(huán)境下操作系統(tǒng)的修正21．2 多核環(huán)境下的進(jìn)程同步與調(diào)度21．3 多核進(jìn)程同步21．4 硬件原子操作21．5 總線鎖21．6 多核環(huán)境下的軟件同步原語21．7 旋鎖21．8 其他同步原語21．9 核環(huán)境下的進(jìn)程調(diào)度21．10 多核環(huán)境下的能耗管理21．11 討論：多核系統(tǒng)的性能思考題第七篇 操作系統(tǒng)設(shè)計原理篇第22章 操作系統(tǒng)設(shè)計之原理引子22．1 操作系統(tǒng)設(shè)計的追求22．2 操作系統(tǒng)設(shè)計的第1條哲學(xué)原理：層次架構(gòu)22．3 操作系統(tǒng)設(shè)計的第2條哲學(xué)原理：沒有時錯22．4 操作系統(tǒng)設(shè)計的第3條哲學(xué)原理：懶人哲學(xué)22．5 操作系統(tǒng)設(shè)計的第4條哲學(xué)原理：讓困于人22．6 操作系統(tǒng)設(shè)計的第5條哲學(xué)原理：留有余地22．7 操作系統(tǒng)設(shè)計的第6條哲學(xué)原理：子虛鳥有——海市蜃樓之美22．8 操作系統(tǒng)設(shè)計的第7條哲學(xué)原理：時空轉(zhuǎn)換——滄海桑田之變22．9 操作系統(tǒng)設(shè)計的第8務(wù)哲學(xué)原理：策機(jī)分離與權(quán)利分離22．10 操作系統(tǒng)設(shè)計的第9條哲學(xué)原理：簡單為美——求于至簡、歸于永恒22．11 操作系統(tǒng)設(shè)計的第10條哲學(xué)原理：適可而止思考題結(jié)語參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一篇　基礎(chǔ)原理篇　　第1章　操作系統(tǒng)導(dǎo)論　　1.1　人造學(xué)科　　要想學(xué)好操作系統(tǒng)，具有恰當(dāng)?shù)乃季S模式是十分必要的。這個思維模式就是本書所強(qiáng)調(diào)的“哲學(xué)”：一種思維方式或一種生活方式。我們以一個問題來說明這一點(diǎn)。這個問題是：什么是計算機(jī)的根本特征？　　對于這個問題，相信很多人會說計算機(jī)就是個計算機(jī)器，或者是用來進(jìn)行大規(guī)模計算的機(jī)器，或者是用于數(shù)據(jù)處理的機(jī)器，或者是具備某些其他具體功能的機(jī)器。這些回答當(dāng)然沒有錯，問題是這些答案并不能幫助我們更好地學(xué)習(xí)理解計算機(jī)。就像我們問“張三這個人的根本特征是什么”，而回答是“張三有175cm高”一樣。這種答案雖然是正確的，但意義不大，因為我們無法從答案中推導(dǎo)出一系列有用的結(jié)論?！　∧沁@個問題該如何回答呢？這就要看我們對事物的觀察程度。如果我們仔細(xì)看看身邊的事物，就會發(fā)現(xiàn)所有的東西可以劃分為兩類：一類是本來就存在于自然中，人類所做的只不過是發(fā)現(xiàn)；另一類是本來并不存在，人類所做的是發(fā)明。第一類事物我們稱之為神造事物或者自然存在的事物，第二類事物當(dāng)然就是人造事物。從這個思維模式上看，計算機(jī)毫無疑問就是人造事物，這正是我們所需要的答案，即計算機(jī)的根本特征是“人造”?！　∫暌幌驴芍?，計算機(jī)學(xué)科就是一個人造學(xué)科。那么知道計算機(jī)學(xué)科是人造學(xué)科對我們學(xué)習(xí)計算機(jī)有什么幫助呢？有，太多了。下面我們來看看人造和神造有什么區(qū)別?！　∪嗽鞂W(xué)科的四個特點(diǎn)：　　?不精確、具有相對性?！　?從對人類活動的觀察導(dǎo)出?！　?依賴于人的主觀判斷力?！　?通常符合人的直覺。

編輯推薦

　　《計算機(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》對操作系統(tǒng)原理的討論充滿趣味性：每一章都力求細(xì)致地闡明一個主題，將通俗的哲學(xué)原理和邏輯推理貫穿子每一個主題，構(gòu)成全書的有機(jī)整體，并適當(dāng)?shù)匾胗嬎銠C(jī)組成和編譯器知識，揭示操作系統(tǒng)在程序運(yùn)行中發(fā)揮的作用，把讀者對操作系統(tǒng)的理解帶到一個嶄新酌境界。所見的是暫時的，所不見的是永遠(yuǎn)的?！　∵@是一個瞬息萬變的時代?！　》植际接嬎愕哪_步漸行漸遠(yuǎn)，網(wǎng)格計算的熱潮逐步退卻，云計算和云存儲正慢慢揭開面紗……在所有的變化中，不變的是這些計算的支柱：操作系統(tǒng)！能否深刻理解它也許會決定云時代的“浮沉”?！　　队嬎銠C(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》從生活哲學(xué)的視角對操作系統(tǒng)的原理進(jìn)行闡述，通過邏輯推理演繹操作系統(tǒng)核心技術(shù)的奧秘，討論范圍包括操作系統(tǒng)的所有基礎(chǔ)內(nèi)容：背景與歷史。進(jìn)程與線程、通信與同步、調(diào)度與死鎖，分頁與分段。磁盤與文件。輸入與輸出等。此外，作者以新穎的組織方式講解了鎖的實現(xiàn)、同步機(jī)制的發(fā)展邏輯。從分段到段頁式的演變、多核環(huán)境下的同步與調(diào)度、操作系統(tǒng)設(shè)計的原則。

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