計算機的心智

前言

　　當你在電腦上玩游戲的時候，當你在電腦上與朋友聊天的時候，當你編寫完一個程序需要加栽運行的時候，你有沒有一種像在觀看魔術的感覺？編寫好的程序能夠編譯運行，計算出結果，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，你就得學習操作系統(tǒng)?！　∫驗椴僮飨到y(tǒng)是掌控計算機運行的系統(tǒng)，在學習它的過程中，讀者能夠了解到程序在計算機上運行的全景，或者說我們所認為的全景。之所以這么說，是因為精確了解程序在計算機上運行的全景是極其困難的（有人認為這根本就是不可能的）。當然，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在任何一個時刻所處的狀態(tài)。例如，在多流水線計算機上，如果發(fā)生中斷或異常，我們根本就得不到一個精準的狀態(tài)。唯一能做的就是推倒重來。

內容概要

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

書籍目錄

前言第一篇 基礎原理篇第1章 操作系統(tǒng)導論引子：智者的挑戰(zhàn)1．1 人造學科1．2 程序是如何運行的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 為什么學習操作系統(tǒng)思考題第2章 操作系統(tǒng)歷史引子：操作系統(tǒng)進化的推動因素2．1 第一階段：狀態(tài)機操作系統(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40年代)2．3 第三階段：批處理操作系統(tǒng)(20世紀50年代)2．4 第四代：多道批處理操作系統(tǒng)(20世紀60年代)2．5 第五代之一：分時操作系統(tǒng)(20世紀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 計算機硬件基本知識3．2 抽象3．3 內核態(tài)和用戶態(tài)3．4 操作系統(tǒng)結構3．5 進程、內存和文件3．6 系統(tǒng)調用3．7 殼思考題第二篇 進程原理篇第4章 進程引子4．1 進程概論4．2 進程模型4．3 多道編程的效率4．4 進程的產(chǎn)生與消失4．5 進程的層次結構4．6 進程的狀態(tài)4．7 進程創(chuàng)立4．8 進程與地址空間4．9 進程管理4．1 0進程的缺陷思考題第5章 線程引子5．1 進程的分身術——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 多線程的關系5．6 討論：從用戶態(tài)進入內核態(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：共享內存6．6 信件發(fā)送：消息隊列6．7 其他通信機制思考題第7章 進程同步引子7．1 為什么要同步7．2 線程同步的目的7．3 鎖的進化7．4 睡覺與叫醒：生產(chǎn)者與消費者問題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 進程調度引子8．1 調度的目標8．2 處理器調度的總體目標8．3 先來先服務調度算法8．4 時間片輪轉8．5 短任務優(yōu)先8．6 優(yōu)先級調度8．7 混合調度算法8．8 其他調度算法8．9 實時調度算法8．1 0高級議題：調度異常之優(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9．1 以中斷啟用與禁止來實現(xiàn)鎖9．2 以測試與設置指令來實現(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、測試與設置來實現(xiàn)鎖9．5 中斷禁止、測試與設置思考題第10章 死鎖應對引子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 哲學家就餐問題1O．5 死鎖的應對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 內存原理篇第11章 基本內存管理引子11．1 內存管理的環(huán)境11．2 內存管理的目標11．3 虛擬內存的概念11．4 操作系統(tǒng)在內存的位置11．5 單道編程的內存管理11．6 多道編程的內存管理11．7 閑置空間管理思考題第12章 頁式內存管理引子12．1 基址極限管理模式的問題12．2 分頁內存管理12．3 分頁系統(tǒng)的優(yōu)缺點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13．3 隨機更換算法13．4 先進先出算法13．5 第二次機會算法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 段式內存管理引子14．1 分頁系統(tǒng)的缺點14．2 分段管理系統(tǒng)14．3 分段的優(yōu)缺點14．4 段頁式內存管理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 磁盤的結構15．3 盤面的結構15．4 磁盤驅動器的訪問速度15．5 操作系統(tǒng)界面15．6 磁盤調度算法思考題第16章 文件基礎引子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-16．4 文件的基本知識16．5 從用戶角度看文件系統(tǒng)16．6 地址獨立的實現(xiàn)機制：文件夾16．7 文件系統(tǒng)調甩16．8 內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)設計分析：日志結構的文件系統(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 多核結構與內存引子20．1 以量取勝20．2 多核基本概念20．3 多核的內存結構20．4 對稱多處理器計算機的啟動過程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)境下的進程同步與調度引子21．1 多核環(huán)境下操作系統(tǒng)的修正21．2 多核環(huán)境下的進程同步與調度21．3 多核進程同步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)境下的進程調度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)設計原理篇第22章 操作系統(tǒng)設計之原理引子22．1 操作系統(tǒng)設計的追求22．2 操作系統(tǒng)設計的第1條哲學原理：層次架構22．3 操作系統(tǒng)設計的第2條哲學原理：沒有時錯22．4 操作系統(tǒng)設計的第3條哲學原理：懶人哲學22．5 操作系統(tǒng)設計的第4條哲學原理：讓困于人22．6 操作系統(tǒng)設計的第5條哲學原理：留有余地22．7 操作系統(tǒng)設計的第6條哲學原理：子虛鳥有——海市蜃樓之美22．8 操作系統(tǒng)設計的第7條哲學原理：時空轉換——滄海桑田之變22．9 操作系統(tǒng)設計的第8務哲學原理：策機分離與權利分離22．10 操作系統(tǒng)設計的第9條哲學原理：簡單為美——求于至簡、歸于永恒22．11 操作系統(tǒng)設計的第10條哲學原理：適可而止思考題結語參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一篇　基礎原理篇　　第1章　操作系統(tǒng)導論　　1.1　人造學科　　要想學好操作系統(tǒng)，具有恰當?shù)乃季S模式是十分必要的。這個思維模式就是本書所強調的“哲學”：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。這個問題是：什么是計算機的根本特征？　　對于這個問題，相信很多人會說計算機就是個計算機器，或者是用來進行大規(guī)模計算的機器，或者是用于數(shù)據(jù)處理的機器，或者是具備某些其他具體功能的機器。這些回答當然沒有錯，問題是這些答案并不能幫助我們更好地學習理解計算機。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出一系列有用的結論。　　那這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，第二類事物當然就是人造事物。從這個思維模式上看，計算機毫無疑問就是人造事物，這正是我們所需要的答案，即計算機的根本特征是“人造”?！　∫暌幌驴芍?，計算機學科就是一個人造學科。那么知道計算機學科是人造學科對我們學習計算機有什么幫助呢？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科的四個特點：　　?不精確、具有相對性。　　?從對人類活動的觀察導出。　　?依賴于人的主觀判斷力?！　?通常符合人的直覺。

編輯推薦

　　《計算機的心智：操作系統(tǒng)之哲學管理》對操作系統(tǒng)原理的討論充滿趣味性：每一章都力求細致地闡明一個主題，將通俗的哲學原理和邏輯推理貫穿子每一個主題，構成全書的有機整體，并適當?shù)匾胗嬎銠C組成和編譯器知識，揭示操作系統(tǒng)在程序運行中發(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，所不見的是永遠的?！　∵@是一個瞬息萬變的時代?！　》植际接嬎愕哪_步漸行漸遠，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的心智：操作系統(tǒng)之哲學管理》從生活哲學的視角對操作系統(tǒng)的原理進行闡述，通過邏輯推理演繹操作系統(tǒng)核心技術的奧秘，討論范圍包括操作系統(tǒng)的所有基礎內容：背景與歷史。進程與線程、通信與同步、調度與死鎖，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)境下的同步與調度、操作系統(tǒng)設計的原則。

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