計(jì)算機(jī)的心智

前言

　　當(dāng)你在電腦上玩游戲的時(shí)候，當(dāng)你在電腦上與朋友聊天的時(shí)候，當(dāng)你編寫完一個(gè)程序需要加栽運(yùn)行的時(shí)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(jì)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)?！　∫?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是掌控計(jì)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(jì)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?yàn)榫_了解程序在計(jì)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(jì)算機(jī)在任何一個(gè)時(shí)刻所處的狀態(tài)。例如，在多流水線計(jì)算機(jī)上，如果發(fā)生中斷或異常，我們根本就得不到一個(gè)精準(zhǔn)的狀態(tài)。唯一能做的就是推倒重來。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》集中精力對(duì)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(jì)。《計(jì)算機(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》用大量生活實(shí)例，生動(dòng)解釋了操作系統(tǒng)中的主要難點(diǎn)和模糊點(diǎn)：鎖的實(shí)現(xiàn)、同步機(jī)制的發(fā)展軸線、純粹分段到段頁(yè)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(jì)等內(nèi)容，而放棄了對(duì)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?jì)算機(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?jì)算機(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(guó)內(nèi)高校計(jì)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(jì)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(dòng)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：?jiǎn)我徊僮鲉T、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(shí)操作系統(tǒng)(20世紀(jì)70年代)2．6 第五代之二：實(shí)時(shí)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(shì)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(jì)算機(jī)硬件基本知識(shí)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(shí)現(xiàn)方式5．4 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的線程實(shí)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(duì)白：管道、記名管道、套接字6．3 線程電報(bào)：信號(hào)6．4 線程旗語：信號(hào)量6．5 線程擁抱：共享內(nèi)存6．6 信件發(fā)送：消息隊(duì)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(hào)量7．6 鎖、睡覺與叫醒、信號(hào)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(shí)間片輪轉(zhuǎn)8．5 短任務(wù)優(yōu)先8．6 優(yōu)先級(jí)調(diào)度8．7 混合調(diào)度算法8．8 其他調(diào)度算法8．9 實(shí)時(shí)調(diào)度算法8．1 0高級(jí)議題：調(diào)度異常之優(yōu)先級(jí)倒掛思考題第9章 鎖的實(shí)現(xiàn)引子：鎖的實(shí)現(xiàn)哲學(xué)9．1 以中斷啟用與禁止來實(shí)現(xiàn)鎖9．2 以測(cè)試與設(shè)置指令來實(shí)現(xiàn)鎖9．3 以非繁忙等待、中斷啟用與禁止來實(shí)現(xiàn)鎖9．4 以最少繁忙等待、測(cè)試與設(shè)置來實(shí)現(xiàn)鎖9．5 中斷禁止、測(cè)試與設(shè)置思考題第10章 死鎖應(yīng)對(duì)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(gè)必要條件10．4 哲學(xué)家就餐問題1O．5 死鎖的應(yīng)對(duì)10．6 消除死鎖的必要條件10．7 銀行家算法：冒險(xiǎn)的代價(jià)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(yè)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(yè)內(nèi)存管理12．3 分頁(yè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)12．4 翻譯速度12．5 缺頁(yè)中斷處理12．6 鎖住頁(yè)面12．7 頁(yè)面足寸12．8 內(nèi)存抖動(dòng)思考題第13章 頁(yè)面更換算法引子13．1 頁(yè)面需要更換13．2 頁(yè)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(huì)算法13．6 時(shí)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(shí)鐘算法13．12 頁(yè)面替換策略思考題第14章 段式內(nèi)存管理引子14．1 分頁(yè)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(yè)式內(nèi)存管理14．5 段號(hào)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(yè)與段頁(yè)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(dòng)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(shí)16．5 從用戶角度看文件系統(tǒng)16．6 地址獨(dú)立的實(shí)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(shí)現(xiàn)引子17．1 文件系統(tǒng)的布局17．2 文件的實(shí)現(xiàn)17．3 目錄實(shí)現(xiàn)：地址獨(dú)立的實(shí)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(dòng)控制：訪問控制表18．3 能力表18．4 訪問控制的實(shí)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(jì)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(duì)稱多處理器計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)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(jì)原理篇第22章 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)之原理引子22．1 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的追求22．2 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第1條哲學(xué)原理：層次架構(gòu)22．3 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第2條哲學(xué)原理：沒有時(shí)錯(cuò)22．4 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第3條哲學(xué)原理：懶人哲學(xué)22．5 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第4條哲學(xué)原理：讓困于人22．6 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第5條哲學(xué)原理：留有余地22．7 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的第7條哲學(xué)原理：時(shí)空轉(zhuǎn)換——滄海桑田之變22．9 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的第9條哲學(xué)原理：簡(jiǎn)單為美——求于至簡(jiǎn)、歸于永恒22．11 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)問題來說明這一點(diǎn)。這個(gè)問題是：什么是計(jì)算機(jī)的根本特征？　　對(duì)于這個(gè)問題，相信很多人會(huì)說計(jì)算機(jī)就是個(gè)計(jì)算機(jī)器，或者是用來進(jìn)行大規(guī)模計(jì)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(cuò)，問題是這些答案并不能幫助我們更好地學(xué)習(xí)理解計(jì)算機(jī)。就像我們問“張三這個(gè)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?yàn)槲覀儫o法從答案中推導(dǎo)出一系列有用的結(jié)論?！　∧沁@個(gè)問題該如何回答呢？這就要看我們對(duì)事物的觀察程度。如果我們仔細(xì)看看身邊的事物，就會(huì)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(gè)思維模式上看，計(jì)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(jì)算機(jī)的根本特征是“人造”?！　∫暌幌驴芍?，計(jì)算機(jī)學(xué)科就是一個(gè)人造學(xué)科。那么知道計(jì)算機(jī)學(xué)科是人造學(xué)科對(duì)我們學(xué)習(xí)計(jì)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(gè)特點(diǎn)：　　?不精確、具有相對(duì)性?！　?從對(duì)人類活動(dòng)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(jì)算機(jī)的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)管理》對(duì)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(gè)主題，將通俗的哲學(xué)原理和邏輯推理貫穿子每一個(gè)主題，構(gòu)成全書的有機(jī)整體，并適當(dāng)?shù)匾胗?jì)算機(jī)組成和編譯器知識(shí)，揭示操作系統(tǒng)在程序運(yùn)行中發(fā)揮的作用，把讀者對(duì)操作系統(tǒng)的理解帶到一個(gè)嶄新酌境界。所見的是暫時(shí)的，所不見的是永遠(yuǎn)的?！　∵@是一個(gè)瞬息萬變的時(shí)代?！　》植际接?jì)算的腳步漸行漸遠(yuǎn)，網(wǎng)格計(jì)算的熱潮逐步退卻，云計(jì)算和云存儲(chǔ)正慢慢揭開面紗……在所有的變化中，不變的是這些計(jì)算的支柱：操作系統(tǒng)！能否深刻理解它也許會(huì)決定云時(shí)代的“浮沉”?！　　队?jì)算機(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(duì)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(yè)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(shí)現(xiàn)、同步機(jī)制的發(fā)展邏輯。從分段到段頁(yè)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(jì)的原則。

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無

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