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出版者:上海科学普及出版社

作者:郝岩冰

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:20.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787542728258

丛书系列:

图书标签:

• Windows Server 2003
• 网络构建
• 网络配置
• 服务器管理
• Windows服务器
• 中文版
• IT技术
• 系统管理
• 网络技术
• 配置指南

《深入理解Linux系统内核与驱动开发》 本书导读： 本书旨在为渴望掌握操作系统核心技术、精通底层驱动编程的专业人士和高级学习者提供一本全面、深入且极具实践指导意义的权威指南。在当前技术栈日益复杂的IT环境中，Linux作为全球最主流的开源操作系统内核，其稳定性和灵活性为各类应用提供了坚实的基础。然而，要真正发挥Linux的潜力，必须深入理解其内部工作机制，掌握如何与其硬件资源进行高效交互。本书正是为此目标而精心编写。 第一部分：Linux内核架构深度剖析 本部分将带领读者穿越Linux 2.6及后续版本的宏大架构，从最底层的硬件抽象层（HAL）开始，逐步揭示内核的整体设计思想与核心组件的协作方式。 1.1 引导过程与初始化序列详解： 我们将详尽解析从BIOS/UEFI启动到多核CPU初始化、内存管理单元（MMU）建立的全过程。重点探讨启动加载器（如GRUB）如何将内核映像加载到内存并交接控制权。对内核初始化阶段的各个关键数据结构（如`init_task`、内存描述符）的建立过程进行代码级的追踪分析。 1.2 进程与线程管理： 深入剖析Linux中进程调度的核心算法，包括经典的分时（Timesharing）调度器、实时（Real-time）调度器（如SCHED_FIFO, SCHED_RR）的实现细节。我们将详细解析进程描述符（`task_struct`）的结构，以及上下文切换的汇编级过程，探讨虚拟文件系统（VFS）中进程间通信（IPC）机制的底层调用。 1.3 内存管理单元（MMU）的奥秘： 本章是理解性能优化的关键。我们将全面讲解物理内存与虚拟内存的映射关系，分析页表结构（Page Tables）的三级或四级结构，以及内核如何处理缺页中断（Page Fault）。特别关注内存分配器（如Slab、SLUB、Buddy System）的内部运作机制，以及内核如何实现内存保护和地址空间隔离。 1.4 中断与异常处理机制： 讲解CPU如何处理硬件中断（IRQs）和软件异常。分析中断描述符表（IDT）的建立、中断向量的分配与处理流程，以及软中断（Softirqs）和Tasklets如何在中断上下文中安全地执行延迟任务，确保内核响应的及时性和稳定性。 第二部分：设备驱动程序开发精要 本部分是本书的实践核心，专注于现代Linux内核模块（LKM）和设备驱动程序的编写、调试与部署。 2.1 内核模块编程基础： 从构建第一个“Hello World”模块开始，系统介绍模块的加载、卸载流程，模块参数的定义与传递，以及模块间的依赖管理。重点讲解内核编程规范和内存访问的安全约束。 2.2 字符设备驱动程序（Character Devices）： 详细介绍如何实现标准的字符设备接口，包括`open`、`read`、`write`、`ioctl`等核心操作函数的注册与实现。我们将以一个虚拟I/O设备为例，贯穿整个开发流程，确保读者能够独立开发符合标准接口的驱动程序。 2.3 块设备驱动程序原理与实现： 针对存储设备，本章解析块设备的I/O请求队列（I/O Request Queue）的工作原理。重点讲解如何实现请求函数（Request Function），理解合并（Merge）和合并（Merge）操作对I/O性能的影响，并介绍基于电梯算法（Elevator Algorithms）的调度策略。 2.4 平台总线与设备模型： 阐述现代Linux驱动开发中至关重要的设备模型（Device Model）。深入讲解总线（Bus）、设备（Device）、驱动（Driver）三者之间的关系，并教授如何使用平台总线（Platform Bus）来描述和管理非热插拔的嵌入式系统硬件资源，如寄存器地址和中断号。 2.5 同步与并发控制： 在多核环境下，保护共享数据结构是驱动程序稳定的基石。本书将详尽对比和解析内核中提供的各种同步原语，包括自旋锁（Spinlocks）、信号量（Semaphores）、互斥体（Mutexes）以及读写信号量（RW Semaphores）的使用场景与性能权衡，并深入分析死锁的预防与调试方法。 第三部分：高级内核交互与性能调优 本部分面向寻求突破性能瓶颈和进行内核定制的工程师。 3.1 网络协议栈的内核实现： 剖析Linux网络子系统（Networking Stack）的架构，从网络设备驱动（NDIS）到套接字（Socket）层面的数据包处理流程。重点讲解数据包在内核中的生命周期、零拷贝技术（Zero-Copy）的应用，以及Netfilter框架的核心钩子点。 3.2 性能分析工具与内核调试： 介绍使用如`perf`、`ftrace`等官方工具对内核进行事件追踪和性能分析的方法。讲解如何使用GDB配合KDB/KGDB进行远程内核调试，以及如何通过配置内核调试选项（如KASAN, KCSAN）来定位内存错误和数据竞争问题。 3.3 文件系统与存储 I/O 优化： 探讨通用磁盘加密框架（DM-Crypt）和逻辑卷管理器（LVM）在内核中的实现。对比EXT4、XFS等主流文件系统的元数据管理机制，并提供针对高吞吐量I/O场景的内核参数调优指南。 本书特色： 代码导向： 理论讲解紧密结合最新的Linux内核源码片段，提供清晰的函数调用路径和数据结构定义。 实践驱动： 包含大量可编译、可运行的驱动代码示例，覆盖PCI/I2C/SPI等主流总线接口的驱动框架搭建。 面向未来： 关注内核版本演进带来的变化，特别是对模块化、安全增强特性的覆盖。 适用读者群： 系统级软件工程师、嵌入式系统开发人员、需要定制内核或开发高性能驱动程序的底层开发人员，以及希望深入理解操作系统底层原理的研究人员。掌握本书内容，将使您从一个Linux系统的使用者，蜕变为能够驾驭其核心架构的架构师和开发者。

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