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出版者:O'Reilly Media

作者:Andy Oram

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:1996-12-11

价格:USD 39.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781565921122

丛书系列:

图书标签:

• gnu
• Linux
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• 实用编程

《Linux 系统编程与 GNU 工具链实战》 内容概述 本书深入浅出地讲解了在 GNU/Linux 操作系统环境下进行高效编程的理论基础与实践技巧。它将带领读者从零开始，系统地掌握 Linux 内核提供的系统调用接口，理解进程管理、内存管理、文件 I/O、线程同步、网络通信等核心概念，并结合 GNU 工具链（GCC、GDB、Make、Autoconf、Automake、Libtool 等）的全方位应用，帮助开发者构建、调试、优化和分发高质量的软件项目。 本书不同于市面上许多仅侧重于某个语言或框架的编程书籍，而是着眼于底层的操作系统机制以及构建软件的全生命周期。它旨在培养开发者对软件运行原理的深刻理解，使其能够写出更健壮、更高效、更易于维护的代码，并能熟练应对复杂的开发场景。 核心内容亮点 第一部分：Linux 系统编程基础 1. Linux 内核概览与系统调用 深入剖析 Linux 内核的宏观架构，介绍其在多任务、内存管理、设备驱动等方面的核心设计理念。 详细解读系统调用的概念、工作原理及调用方式，理解用户空间与内核空间之间的界限与交互。 讲解常用的系统调用，如 `fork()`、`exec()` 系列、`wait()` 系列、`open()`、`read()`、`write()`、`close()`、`lseek()`、`stat()` 等，并通过大量实例演示其用法和注意事项。 介绍系统调用的健壮性处理，如信号中断、错误码分析 (`errno`) 等。 2. 进程管理与 IPC (Inter-Process Communication) 详述进程的生命周期，包括创建、终止、僵尸进程、孤儿进程等概念。 深入讲解进程间通信（IPC）的各种机制： 管道 (Pipes)：匿名管道与命名管道（FIFO）的创建、读写方式及应用场景。 消息队列 (Message Queues)：POSIX 消息队列和 System V 消息队列的创建、发送、接收操作，以及其作为进程间数据缓冲区的优势。 共享内存 (Shared Memory)：通过 `shmget()`、`shmat()`、`shmdt()` 等函数实现进程间的高速数据共享，讲解其同步机制的必要性。 信号量 (Semaphores)：POSIX 信号量与 System V 信号量的使用，用于进程间的同步和资源控制。 套接字 (Sockets)：在本地进程间使用 Unix Domain Sockets 进行通信，理解其优势和局限性。 讲解进程控制（`kill`、`ps`、`top` 等命令的底层实现原理），以及进程优先级和调度策略。 3. 内存管理 深入理解虚拟内存的概念、页表机制、内存映射（`mmap`）的工作原理。 讲解 `malloc`、`free` 等内存分配函数在用户空间是如何工作的，以及堆、栈、数据段、代码段的内存布局。 介绍内存保护机制、缺页中断（Page Fault）的处理流程。 探讨内存泄漏的检测与预防。 4. 文件 I/O 与设备操作 详细阐述标准 C 库 I/O (`FILE`) 与 POSIX I/O (`file descriptor`) 的区别与联系。 深入讲解文件系统层级结构，inode、目录项（dentry）、文件系统的挂载与卸载。 探讨低级 I/O 的原子性、缓冲机制（缓存 I/O、直接 I/O）。 讲解文件权限、文件锁（`flock`、`fcntl`）以及其在并发访问中的作用。 介绍特殊文件（设备文件、符号链接）的处理，理解如何通过文件接口操作硬件设备。 5. 线程与同步 介绍 POSIX 线程（pthreads）模型，包括线程的创建 (`pthread_create`)、分离 (`pthread_detach`)、取消 (`pthread_cancel`)、退出 (`pthread_exit`)。 详述线程间同步机制，解决多线程访问共享资源时可能出现的竞态条件（Race Condition）： 互斥锁 (Mutexes)：`pthread_mutex_init`、`pthread_mutex_lock`、`pthread_mutex_unlock`、`pthread_mutex_trylock` 的使用。 条件变量 (Condition Variables)：`pthread_cond_init`、`pthread_cond_wait`、`pthread_cond_signal`、`pthread_cond_broadcast` 的协同工作。 读写锁 (Read-Write Locks)：`pthread_rwlock_init`、`pthread_rwlock_rdlock`、`pthread_rwlock_wrlock`、`pthread_rwlock_unlock`，适用于读多写少的场景。 自旋锁 (Spinlocks)（主要在内核层面，但了解其原理有益）。 讲解线程局部存储（Thread-Local Storage - TLS）。 讨论死锁（Deadlock）的产生原因、检测与避免策略。 6. 网络编程 (Socket API) 全面介绍 TCP/IP 协议栈的基本原理，Socket API 的核心概念。 掌握 TCP Socket 编程：`socket()`、`bind()`、`listen()`、`accept()`、`connect()`、`send()`、`recv()`、`shutdown()` 等函数的使用。 掌握 UDP Socket 编程：`sendto()`、`recvfrom()` 等函数的用法。 理解阻塞式 I/O 和非阻塞式 I/O 模型。 介绍 I/O 多路复用技术：`select()`、`poll()`、`epoll()`，实现高性能的网络服务。 探讨 Socket 选项的配置与优化。 第二部分：GNU 工具链与软件构建 7. GCC 编译器深入解析 GCC 的编译过程（预处理、编译、汇编、链接）详解。 常用的 GCC 编译选项：优化级别 (`-O0` 到 `-O3`，`-Os`)、警告选项 (`-Wall`，`-Wextra`)、调试信息 (`-g`)、头文件搜索路径 (`-I`)、库文件搜索路径 (`-L`)、链接库 (`-l`)。 理解预定义宏、条件编译 (`ifdef`, `ifndef`, `if`)。 静态库 (`.a`) 和动态库 (`.so`) 的创建与使用。 GCC 的插件机制（可选）。 8. GDB 调试器实战 掌握 GDB 的基本命令：运行 (`run`)、断点 (`break`，`tbreak`，`watch`)、单步执行 (`next`，`step`，`continue`，`finish`)、查看变量 (`print`，`info locals`)、查看堆栈 (`backtrace`，`frame`)、查看内存 (`x`)。 学习如何设置条件断点、临时断点。 理解 GDB 如何配合 `-g` 选项进行源码级调试。 远程调试、核心转储（Core Dump）分析。 利用 GDB 检查内存泄漏、变量越界等问题。 9. Make 构建系统 Make 的基本概念：目标 (target)、依赖 (dependency)、命令 (command)。 编写 Makefile：规则的定义、变量的使用、隐含规则、函数 (`$(wildcard)`, `$(patsubst)`)。 实现自动化编译、链接、安装。 并行构建 (`make -j`) 提升编译速度。 介绍 Make 的替代品（如 Ninja）。 10. 自动化配置与构建 (Autoconf/Automake/Libtool) 理解为什么需要自动化配置工具，解决交叉编译、不同系统环境下的兼容性问题。 `configure` 脚本的生成与工作原理：检测系统特性、依赖库、编译器等。 `Makefile.am` 的编写，配合 Automake 生成 `Makefile.in`。 Libtool 在共享库管理中的作用：处理不同平台的共享库命名与链接方式。 实际构建一个简单的开源项目，体验整个自动化流程。 11. 版本控制系统 Git Git 的核心概念：仓库 (repository)、提交 (commit)、分支 (branch)、合并 (merge)、标签 (tag)。 常用 Git 命令：`init`、`add`、`commit`、`status`、`log`、`branch`、`checkout`、`merge`、`remote`、`push`、`pull`。 理解 Git 的工作流程（如 Git Flow）。 如何利用 Git 管理项目代码，协同开发。 第三部分：高级话题与最佳实践 12. 信号处理 理解信号的本质，以及信号在异步事件通知中的作用。 常用信号：`SIGINT`、`SIGTERM`、`SIGSEGV`、`SIGFPE`、`SIGKILL`、`SIGUSR1`、`SIGUSR2`。 使用 `signal()` 和 `sigaction()` 函数注册信号处理器。 信号的可靠性、信号安全函数。 讲解如何优雅地处理程序终止信号。 13. 高性能与优化 性能分析工具：`gprof`、`perf`。 CPU 缓存、内存局部性、算法复杂度对性能的影响。 编译器优化选项的深入理解与选择。 多线程编程中的性能考量。 I/O 优化策略。 14. 健壮性与错误处理 系统性地进行错误检查，利用 `errno`。 异常处理（如未定义行为）的调试。 编写可重入 (reentrant) 和线程安全 (thread-safe) 的函数。 编写防御性代码，处理边界条件和非法输入。 适用人群 对 C/C++ 语言有一定基础，希望深入理解其在 Linux 下运行机制的开发者。 希望编写高质量、高性能、可维护的底层系统软件、服务器应用、嵌入式软件的工程师。 需要进行复杂软件项目构建、调试和优化的程序员。 系统管理员、运维工程师，需要了解软件底层原理以更好地排查问题。 计算机科学专业的学生，希望巩固操作系统和编译原理知识，并将其应用于实践。 学习本书将获得的收益 深刻理解 Linux 系统内核工作原理：不再是“调包侠”，而是能深刻理解代码为何这样工作。 掌握高效的软件开发流程：从编写、编译、调试到自动化构建，全面提升开发效率。 构建健壮、可靠的应用程序：能够有效处理并发、错误、资源管理等复杂问题。 写出性能更优的代码：通过对系统底层和工具链的理解，优化程序性能。 独立解决复杂的技术难题：具备独立分析和解决软件开发中遇到的各种疑难杂症的能力。 为深入学习操作系统、网络、分布式系统等领域打下坚实基础。

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老实说，这本书的深度超出了我最初的预期，它更像是一本面向系统程序员的进阶参考手册，而非一本入门级的“速查指南”。我曾尝试将其作为周末快速学习的材料，但很快发现这种做法行不通。每一个章节都需要投入大量的时间去消化和实践。书中对汇编语言和链接过程的描述达到了近乎教科书的严谨程度，涉及到 ELF 文件格式的各个段（Segment）和节（Section）的精确含义，以及加载器（Loader）在程序启动时所扮演的角色。我花了整整一个下午的时间，对照着自己编译的一个小型 C 程序，一步步地使用 `objdump` 和 `ldd` 来验证书中所述的内存布局和符号解析过程。这种深挖到底的学习过程虽然耗时，但带来的知识积累是扎实的、无法替代的。对于那些希望深入理解 Linux/Unix 环境下软件执行生命周期的专业人士来说，这本书的价值不言而喻。

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这本书的封面设计得非常朴实，封面上印刷的字体选择了那种经典的衬线体，给人一种沉稳、专业的感觉。我最初被它吸引，是因为书名中“GNU”这个词汇。在开源软件的世界里，GNU代表着自由和对软件哲学的坚持，这对于我这种长期关注操作系统和编译原理的开发者来说，有着天然的吸引力。拿到书后，我立刻翻阅了目录。内容结构似乎非常严谨，从最基础的编译工具链讲起，逐步深入到链接器、调试器乃至更底层的系统调用。我特别注意到，书中花了不少篇幅来介绍如何利用 GNU 工具链进行高效的性能剖析和优化，这正是我目前工作中的痛点。作者在引言中提到，本书的目标读者不仅是想快速写出能跑代码的程序员，更是希望理解代码是如何被机器执行的“工匠”。这种定位让我对接下来的学习充满了期待，希望它能帮我揭开那些隐藏在简单编译命令背后的复杂机制。尽管书本的篇幅看起来不算薄，但排版和留白做得不错，阅读起来不至于过于压抑。

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从阅读体验和实用性角度来看，这本书的唯一“美中不足”可能在于其对某些最新工具的更新速度略显保守。它更专注于那些经过时间检验的核心 GNU 组件，比如 GCC、GDB、Binutils 等的稳定版本特性，而不是追逐最新的编译器优化标志或实验性功能。当然，这也可以被视为一种优势——它确保了书中的知识框架能够持续适用多年，不会因为上游项目的一次小版本迭代而迅速过时。我曾尝试用书中介绍的调试技巧来解决一个使用最新 LLVM 编译的复杂模板元编程错误，发现核心逻辑完全适用，只是某些命令的输出格式可能略有不同，需要读者自行适应。总而言之，这是一本需要耐心和投入的“硬核”读物，它要求读者带着解决问题的决心去翻阅，而不是指望它能提供即时生效的“灵丹妙药”。它提供的，是通往精通的坚实阶梯。

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这本书的语言风格老练而又不失亲和力，读起来就像是听一位经验丰富的老工程师在手把手地指导你搭建一个复杂的项目。作者在讲解每一个工具的特性时，都不是简单地罗列命令参数，而是深入挖掘其背后的设计哲学和历史演变。例如，在介绍 `make` 的依赖管理机制时，作者没有满足于展示如何写出一个简单的 Makefile，而是详细剖析了如何处理复杂的并行构建、条件编译以及如何与版本控制系统更好地集成，甚至还探讨了在大型多模块项目中，如何设计出健壮且可维护的构建脚本。书中穿插的大量实际案例——比如如何使用 GDB 追踪一个多线程死锁问题，或者如何利用 Binutils 工具集进行二进制文件的逆向分析——都极具实操价值。我尤其欣赏作者在处理一些晦涩难懂的概念时，总能找到一个恰当的比喻或图示来辅助理解，这极大地降低了初学者进入这个领域的门槛。

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这本书的另一个显著特点是其对“自由软件”运动精神的强调，这从侧面反映了作者对软件工程伦理的重视。书中不仅仅停留在技术层面，还时不时地会穿插一些关于许可证（如 GPL）对软件开发生态影响的讨论，以及如何利用这些工具来维护和分发遵循特定开源协议的代码库。这种文化层面的渗透，对于培养开发者的“主人翁”意识非常重要。例如，作者在讲解如何使用 `autotools` 框架时，并未将其视为一个必须屈服的工具，而是将其视为实现跨平台兼容性和标准化的有效手段，并指导读者如何在此框架内保持代码的清晰和可移植性。阅读这些内容，我感觉自己不只是在学习一个工具集，更是在学习一套成熟的、经过时间考验的、注重协作和开放的软件开发方法论。这使得本书的价值超越了纯粹的技术手册范畴。

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大体上的介绍而已，个人认为如果没有linux下写一定代码的经验，GDB调试那一章是不是有点空中楼阁？ 另外这个版本太老了

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大体上的介绍而已，个人认为如果没有linux下写一定代码的经验，GDB调试那一章是不是有点空中楼阁？ 另外这个版本太老了

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大体上的介绍而已，个人认为如果没有linux下写一定代码的经验，GDB调试那一章是不是有点空中楼阁？ 另外这个版本太老了

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大体上的介绍而已，个人认为如果没有linux下写一定代码的经验，GDB调试那一章是不是有点空中楼阁？ 另外这个版本太老了