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出版者:

作者:马朝晖

出品人:

页数:716

译者:

出版时间:2001-9

价格:108.00元

装帧:

isbn号码:9787111090403

丛书系列:

图书标签:

• linux
• Red Hat Linux 7
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《Linux内核源码精讲与驱动程序开发实践》 图书简介 本书深入剖析了Linux操作系统的核心——内核的复杂结构和运行机制，并结合大量实际案例，指导读者从零开始构建和调试高性能的设备驱动程序。它不仅是一本技术手册，更是一本面向系统底层开发人员的实战指南。 第一部分：Linux内核的宏伟蓝图——架构解析与核心机制 第一章：从启动到运行——引导加载与内核初始化 本章详细梳理了现代x86_64架构下，BIOS/UEFI固件如何交接控制权给引导加载程序（如GRUB2），以及引导加载程序如何加载内核映像、解压并初始化内存管理单元（MMU）。重点剖析了内核启动过程中的关键步骤，包括页表的建立、页级缓存的初始化、以及第一个用户态进程`init`（或`systemd`）的创建。通过跟踪代码执行流程，揭示了内核“从无到有”构建起整个操作环境的精妙设计。 第二章：内存的艺术——虚拟内存管理深度探究 本章是全书技术深度的核心体现。我们不再停留在抽象的“内存分配”概念，而是深入到内核的内存子系统。内容涵盖： 1. 物理内存管理 (PMM)： 详解伙伴系统（Buddy System）如何高效地管理物理页帧，以及内存区域的划分（如DMA、不可回收区）。 2. 虚拟内存管理 (VMM)： 深入解析进程地址空间布局，包括代码段、数据段、堆、栈、以及内存映射区域（mmap）。重点讲解了缺页中断（Page Fault）的处理流程，包括如何从磁盘或交换空间加载数据到物理内存，以及透明巨页（THP）等性能优化技术。 3. 内核堆管理器： 对slab、slub和slob分配器进行对比分析，理解它们如何为内核对象提供快速、无碎片化的内存分配服务。 第三章：进程与线程——并发世界的调度艺术 本章专注于Linux如何管理和调度成百上千的并发任务。 1. 进程上下文与描述符： 详细解读`task_struct`结构体，理解它如何承载一个进程的所有状态信息。 2. 调度器核心： 深入分析完全公平调度器（CFS）的内部工作原理，包括红黑树的使用、虚拟运行时（vruntime）的计算以及时间片分配机制。我们还将探讨实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）与CFS的交互。 3. 上下文切换： 剖析硬件层面和软件层面上的上下文切换过程，包括寄存器保存、TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新策略，以及如何最小化切换开销。 第四章：系统调用与用户态/内核态边界 本章阐述了用户空间程序如何安全、高效地请求内核服务。我们追踪了如`open()`, `read()`, `write()`等常见系统调用的完整生命周期，从用户空间的库函数封装，到陷阱/中断的触发，再到内核中的系统调用处理函数，最后返回用户空间的全过程。特别关注了系统调用参数的校验和安全沙箱机制。 第二部分：驱动程序的构建与硬件交互实战 第五章：驱动程序基础——模块化与设备模型 本章为驱动开发奠定基础，讲解如何编写一个标准的内核模块（LKM），包括模块的初始化/退出函数、模块参数的定义与使用，以及模块的加载与卸载。更重要的是，本章引入了Linux设备模型（Bus-Device-Driver模型），解释了KObject、KType等核心概念，以及驱动如何通过总线（如PCI, USB）自动发现和注册其管理的设备。 第六章：字符设备驱动——最基础的I/O模型 字符设备驱动是理解硬件交互的起点。本章通过编写一个虚拟字符设备驱动实例，详细讲解： 1. 文件操作结构体（`file_operations`）： 深入解析`open`, `release`, `read`, `write`, `ioctl`等核心回调函数的实现要点。 2. 并发控制与同步机制： 讲解内核中的同步原语，如自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）以及信号量（Semaphores）在驱动程序中的正确使用，以防止竞态条件。 3. 用户空间交互： 探讨`copy_from_user()`和`copy_to_user()`函数的安全性与效率，确保数据在内核和用户空间之间安全传输。 第七章：中断处理与延迟执行机制 硬件往往通过中断通知CPU有事件发生。本章聚焦于中断的生命周期： 1. 中断描述符表（IDT）与中断处理流程： 内核如何响应硬件中断。 2. 顶半部与底半部（Top Half & Bottom Half）： 强调中断处理必须快速返回的原则，并详细介绍软中断（Softirqs）、任务队列（Tasklets）和工作队列（Workqueues）这三种延迟执行机制的适用场景与区别。 第八章：块设备驱动与数据流管理 块设备（如硬盘、SSD）的I/O模型与字符设备完全不同。本章深入探讨： 1. I/O调度器： 分析CFQ、Deadline、Noop等调度器的目标和工作原理。 2. 请求队列与请求结构体： 讲解内核如何将多个用户的I/O请求合并、排序，形成优化的请求队列。 3. DMA（直接内存访问）： 讲解驱动程序如何安全地设置DMA传输，避免CPU干预，实现高效数据搬运，包括一致性DMA和流式DMA的注意事项。 第九章：总线与设备交互——PCI/USB驱动实战 本章将理论付诸实践，针对两种主流总线进行深入剖析： 1. PCI驱动开发： 如何扫描PCI总线、获取设备的Vendor/Device ID、读写配置空间寄存器（通过`pci_read_config_word`等函数）、以及资源映射（BARs）。 2. USB驱动框架： 介绍USB设备枚举过程，接口描述符的解析，以及管道（Pipes）的概念，重点讲解控制传输、批量传输和中断传输的实现。 第三部分：调试、性能分析与高级主题 第十章：内核调试与追踪技术 编写驱动程序必然伴随着调试的痛苦。本章提供了一套完整的内核级调试工具箱： 1. printk()的替代方案： 深入使用`printk_ratelimits`和动态调试（dyndbg）技术。 2. 内核调试器： 详细指导KDB/KGDB的配置与使用，实现远程断点调试。 3. 追踪框架： 讲解Ftrace的架构，如何利用事件追踪（Event Tracing）和函数图追踪（Function Graph Tracing）来分析性能瓶颈和复杂错误路径。 第十一章：并发编程与内存屏障 本章提升程序健壮性。除了基础同步原语，我们探讨了更底层的同步机制： 1. 内存屏障（Memory Barriers）： 解释编译器重排和乱序执行对多核编程的影响，以及`mb()`, `rmb()`, `wmb()`等指令在保证可见性方面的作用。 2. RCU（Read-Copy-Update）： 深入研究RCU这一高性能并发数据结构保护机制，理解其“读端无锁、写端慢速同步”的设计哲学。 本书旨在培养读者对Linux内核运作机制的深刻理解，并提供必要的工具和实践经验，使用户能够独立开发稳定、高效的内核模块和设备驱动程序，应对未来硬件接口的快速演进。

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购买这本书的初衷是想掌握一个完整的操作系统平台，而Red Hat Linux 7无疑代表了那个时期Linux生态的一个高峰。这本书确实满足了我对“广度”的期待。从系统启动流程（LILO加载器阶段的细节）到各种服务守护进程的启动脚本分析，它都做了面面俱到的覆盖。我特别喜欢它对不同软件包管理工具（RPM体系的深入剖析）的介绍，详细对比了不同版本RPM工具的命令差异和依赖性处理机制，这对于理解后来的YUM和DNF演变至关重要。但是，这本书在“如何高效工作”这个层面上，给我的指导性略显不足。它更注重“做什么”和“怎么做”，对于“为什么”以及“是否有更好的替代方案”，讨论得不够充分。例如，当它介绍一个配置方案时，很少会提到这个方案在未来版本中可能被弃用或者效率偏低。因此，对于一个渴望快速上手并追求最佳实践的现代学习者而言，这本书的价值更多地体现在对历史和基础原理的溯源上，它像一部详尽的百科全书，收录了那个时代所有的知识点，但阅读它需要极大的毅力和对细节的耐心，它不是一本能让你“一蹴而就”的快速入门指南，而是一部需要你沉下心去“考古”的经典著作。

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这本书的装帧质量，以今天的眼光来看，简直是“结实耐用”的代名词。纸张厚实，不易撕破，即便是经常翻阅也不会轻易散架，这对于经常需要在键盘边操作、顺手翻书查找命令的人来说，是个巨大的加分项。我记得我当时学习Shell脚本编程的那部分内容，书中提供了大量的实战案例，从简单的文件备份到复杂的日志分析程序。这些脚本的编写风格非常“硬核”，充满了那个时代Unix哲学的影响，简洁、高效，但可读性相对较差，变量命名和函数结构都比较随意。不过，这本书的魅力就在于它强迫你去理解每一条命令背后的逻辑，而不是仅仅复制粘贴。比如，在讲解`awk`和`sed`的使用时，作者似乎对读者的耐心程度持保守态度，给出的例子往往是教科书式的标准用法，缺乏一些真正“野路子”的高级技巧。要说缺点，可能就是排版上略显拥挤，密密麻麻的文字和代码块占据了大部分空间，缺乏足够的留白，长时间阅读下来，眼睛确实容易疲劳，希望未来的技术书籍能在视觉体验上做更多优化，毕竟我们阅读的载体和方式已经发生了巨大的变化。

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作为一本“技术大全”，它在系统维护和故障排除方面的贡献是不可磨灭的。我记得有一次服务器因为硬盘空间不足而导致服务中断，我当时焦头烂额，翻遍了手头所有的资料，最后是在这本书的“系统日志分析”章节里，找到了一个被我忽略的系统日志文件路径和关键错误码的解读。这本书的优势在于，它对Linux核心子系统的理解非常深入，特别是对I/O子系统和进程管理的描述，虽然没有使用现代操作系统理论中那么多的抽象概念，但它通过大量的命令行工具输出和文件系统交互，构建了一个非常具象化的模型。然而，关于网络安全和防火墙（ipfwadm/iptables的早期形态）的章节，给我的感觉是翻译腔稍重，有些网络术语的对应不够精准，这在追求严谨性的系统配置环节中，造成了一些小小的理解障碍。总的来说，它成功地建立了一个技术框架，让你知道“哪里出了问题”，至于“如何优雅地解决”，则需要读者结合当时的实践经验去补充和完善。它更像是一位经验丰富的老工程师留下的笔记，充满了实战的智慧，但缺少了现代文档规范的严谨流程。

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对于一个常年混迹于桌面系统环境的用户来说，接触Red Hat Linux 7这种企业级或服务器级的系统，就像是第一次来到一个完全陌生的国度，语言不通，规则不熟。这本书给我的初体验就是：信息量爆炸，但结构略显松散。它似乎想把那个时代所有与Red Hat 7相关的知识点都塞进来，从硬件兼容性列表到早期的SELinux雏形讨论都有涉及。我特别欣赏其中关于文件系统管理的章节，它用图示的方式清晰地解释了ext2文件系统的结构，这对理解Linux底层逻辑非常有帮助。但是，当我尝试去配置一个复杂的邮件服务器（比如Sendmail）时，我就开始感觉到吃力了。书中的步骤虽然罗列得很详细，但由于当时的网络环境和软件版本迭代极快，很多引用的配置文件路径和默认参数在我的实际操作中已经发生了变化，这导致我需要频繁地在网上搜索最新的补丁或替代方案，这无疑打断了跟着书本学习的流畅性。这本书更像是那个特定时间点的一个快照，精准地捕捉了当时的软件状态，但历史的车轮滚滚向前，很多配置细节随着系统版本的更新而淡出了主流视野。因此，它更适合作为一种“历史参考”，用来了解那个时代Linux是如何构建其服务的，而不是一个可以直接用于现代部署的实践指南。

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这本书的封面设计倒是挺有年代感的，红色的主色调，配上那个时候特有的字体风格，让人一下子就回到了那个Linux刚刚开始在国内崭露头角的时代。我当时买这本书，主要是图个全，想着既然是“技术大全”，那肯定能把我从一个对Linux一窍不通的小白，一下子就带到能自己搭建服务器的水平。拿到手沉甸甸的，厚度确实惊人，感觉像抱了一块砖头。拆开塑封膜，一股淡淡的油墨味扑面而来，这味道，就是老派技术书籍特有的味道。我翻开目录，项目非常多，从最基础的安装配置讲起，到网络服务、安全设置，甚至还涉及了一些当时的内核编译内容。我记得当时花了整整一个周末，就光是跟着书里的步骤，把我的第一台P机成功地装上了Red Hat 7。那个时候的界面，图形界面简直就是奢侈品，大部分时间都是跟命令行打交道，不得不说，这本书在基础命令的解释上做得非常详尽，每个参数的含义都给得明明白白，这一点对于初学者来说，简直是救命稻草，让我少走了很多弯路，但深入到一些高级应用时，比如内核模块的加载和调试，书里提供的实例代码虽然完整，但对于背后的原理阐述就显得有些单薄了，更偏向于“照着做”的教学模式，缺乏那种引发思考的深度讨论。总体来说，它更像一本厚实的工具手册，工具箱里啥都有，但怎么用出花样，还得靠自己琢磨。

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非常不错,详实.

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