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出版者:O'Reilly Media

作者:Jono Bacon

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-01-01

价格:USD 24.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780596006884

丛书系列:

图书标签:

• hacks
• Linux
• 桌面
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• 系统管理
• 命令行
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• 效率
• 开源

操作系统架构深度解析：从内核到用户空间的系统工程实践 内容提要： 本书旨在为资深系统工程师、高性能计算（HPC）开发者以及对操作系统底层机制有深入探究需求的专业人士，提供一套全面、深入且极具实战性的操作系统架构解析与优化指南。我们聚焦于现代多核、分布式环境下的系统设计挑战，剖析操作系统核心组件的设计哲学、实现细节，并提供一套行之有效的性能调优和故障排查策略。全书内容严格围绕操作系统内核、进程间通信、内存管理、调度算法、虚拟化技术以及存储子系统的工程实现展开，不涉及特定发行版的桌面环境配置或终端用户层面的使用技巧。 第一部分：内核核心与系统调用接口 本部分将系统地梳理操作系统的核心架构。我们将深入探讨宏内核（Monolithic Kernel）、微内核（Microkernel）以及混合内核（Hybrid Kernel）的演进历程、各自的设计权衡与适用场景。 章节 1.1：内核态与用户态的隔离与切换 详述 CPU 保护环（Protection Rings）机制的硬件基础，重点分析上下文切换（Context Switching）的完整生命周期，包括寄存器保存、栈帧切换、TLB（Translation Lookaside Buffer）维护的成本分析。我们还将详细解析系统调用的底层实现，从用户空间库函数（如 glibc）如何通过软件中断或 `syscall` 指令触发进入内核态，到内核如何验证参数、执行相应服务例程，最终安全地返回用户空间。重点剖析系统调用接口的稳定性和演进对应用程序兼容性的影响。 章节 1.2：中断与异常处理机制 深入理解硬件中断（如 I/O 完成、定时器中断）和软件异常（如缺页、除零）在现代处理器（如 x86-64 或 ARMv8）中的处理流程。分析中断描述符表（IDT）或等效结构的作用，以及中断处理程序如何设计以最小化中断延迟（Interrupt Latency）。我们将通过源码分析，展示中断下半部（SoftIRQs/Tasklets/Workqueues）的设计模式，用以分担硬中断处理器的负载，确保系统响应的实时性。 第二部分：内存管理的复杂性与优化 本部分专注于操作系统内存管理子系统的精妙设计，涵盖从物理内存分配到虚拟地址空间映射的全部细节。 章节 2.1：物理内存的组织与分配 详细介绍伙伴系统（Buddy System）的算法原理，及其如何高效地管理和合并物理页框。探讨内存区（Memory Zones）的概念，解释为什么不同的硬件需求（如 DMA 限制）会导致物理内存被逻辑上划分为不同的区域，以及内核如何在这些区域间进行请求调度。 章节 2.2：虚拟内存与地址转换 这是一部分的核心。我们将逐层解析页表（Page Table）的结构，从多级页表（如四级或五级）的硬件实现到内核对这些结构的软件管理。重点分析内存映射（mmap）系统的实现，包括文件映射（File-backed mapping）与匿名映射（Anonymous mapping）的区别和内部处理流程。深入探讨缺页异常（Page Fault）的处理流程，从硬件触发到内核定位资源、分配物理页、更新页表，最终恢复执行线程的全过程。 章节 2.3：缓存一致性与内存屏障 在高并发多核环境中，内存一致性至关重要。本章将介绍现代 CPU 缓存层次结构（L1/L2/L3），并解释缓存一致性协议（如 MESI 或其变种）的原理。更重要的是，我们将详细讲解软件层面的内存屏障（Memory Barriers/Fences），分析不同强度的屏障（Load/Store Barriers）对指令重排的约束作用，这是编写高性能、无锁数据结构的基石。 第三部分：进程调度与并发控制 本部分聚焦于操作系统如何公平且高效地分配 CPU 时间片，以及如何在并发场景下维护数据结构的完整性。 章节 3.1：现代进程调度器深入剖析 摒弃对传统固定时间片轮转（Round Robin）的简单描述，本书将重点解析完全公平调度器（CFS）的红黑树数据结构、虚拟运行时（vruntime）的概念，以及它如何实现对“公平”的精确量化。分析实时（Real-Time）调度策略（如 FIFO 和 RR 策略）与分时调度策略的集成方式，以及调度器如何处理 CPU 亲和性（Affinity）和负载均衡（Load Balancing）问题。 章节 3.2：同步原语的底层实现 深入剖析内核提供的核心同步工具。我们将探究自旋锁（Spinlocks）的忙等待机制、何时使用以及在多核环境下的性能考量。详细解析信号量（Semaphores）和互斥锁（Mutexes）的实现，特别是它们在等待队列管理和从睡眠中唤醒（Wake-up）机制上的差异。并发控制的性能瓶颈分析将作为本章的实践落脚点。 第四部分：I/O 架构与存储系统接口 本部分关注操作系统如何高效地管理外部设备，特别是高性能存储系统。 章节 4.1：中断驱动 I/O 与 DMA 阐述传统中断驱动 I/O 的局限性，并深入解析直接内存访问（DMA）的机制。分析 DMA 控制器的工作流程，以及如何通过 I/O 内存管理单元（IOMMU）来提供设备隔离和地址翻译，这是现代虚拟化和安全 I/O 的关键技术。 章节 4.2：块设备子系统与 I/O 调度 系统分析块设备（Block Device）的抽象层，包括请求队列（Request Queue）的结构。重点对比不同 I/O 调度器（如 Deadline, CFQ, NOOP, BFQ）的设计目标和适用场景，并结合 SSD 和 NVMe 设备的特性，分析现代 I/O 调度器如何优化随机读写和顺序吞吐量。 章节 4.3：异步 I/O 框架 全面介绍异步 I/O (AIO) 框架的工程实现。对比传统的阻塞式 I/O 和基于事件通知（如 epoll/io_uring）的非阻塞模型。我们将深入研究 io_uring 接口的设计哲学，分析其如何通过共享环形缓冲区（Ring Buffer）极大地减少系统调用的开销，实现面向高性能应用的零拷贝（Zero-copy）I/O 范式。 第五部分：虚拟化与容器化系统工程 本部分探讨操作系统如何通过硬件辅助技术，实现高效的资源隔离与虚拟化。 章节 5.1：硬件辅助虚拟化（Type-1/Type-2） 解析 Intel VT-x 或 AMD-V 等硬件扩展如何辅助操作系统实现高效的完全虚拟化（Full Virtualization）。重点分析根模式（Root Mode）与非根模式（Non-Root Mode）的切换、EPT/NPT（扩展页表/嵌套页表）在实现虚拟地址到物理地址高效映射中的关键作用，以及如何最小化敏感指令（Sensitive Instructions）捕获和模拟的开销。 章节 5.2：容器运行时与命名空间隔离 深入剖析现代容器技术背后的操作系统机制。详细解释 Cgroups（控制组） 如何实现对 CPU、内存、I/O 等资源的限制与度量。重点分析命名空间（Namespaces）（如 PID, Mount, Network, User 命名空间）是如何在进程级别实现资源隔离和视图修改的，这些机制如何共同构成了轻量级虚拟化环境的基础。 目标读者： 本书假设读者已经具备扎实的 C 语言编程基础，熟悉基本的数据结构与算法，并对汇编语言有一定的了解。它面向于寻求深入理解操作系统内部运作机制，并希望在底层代码层面进行性能调优、驱动开发或构建定制化系统的专业人士。

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我最近刚入手了一本关于 Linux 桌面的书，叫做《Linux Desktop Hacks》。坦白说，我不是一个典型的技术宅，我使用 Linux 更多的是因为它的开放性和灵活性，以及我个人对自由软件的偏爱。我希望我的电脑不仅仅是一个工作的工具，更是一个能够体现我个性和兴趣的平台。所以，对于桌面环境的个性化，我对它的要求很高。这本书的名字本身就带有一种“玩转”的意味，这让我非常期待。我希望能从中学习到如何让我的 Linux 桌面不仅仅是功能强大，还能赏心悦目。例如，书中是否会介绍一些巧妙的主题定制技巧，能够将我的桌面打造成我心目中的理想模样？或者，有没有关于如何整合不同桌面环境，创造出独特用户体验的教程？我一直对动态壁纸、创意的窗口管理器和个性化的终端提示符很感兴趣，希望这本书能在这方面有所建树。我也希望它能提供一些关于如何让 Linux 桌面更具“智慧”的技巧，比如自动化一些重复性的操作，或者让应用程序的启动更加便捷。总的来说，我购买这本书的初衷，是希望它能帮助我将 Linux 桌面从一个“可用”的状态，提升到一个“令人惊艳”的状态。

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我是一个对新技术和新应用充满好奇的人，但同时我又不是那种喜欢一头扎进代码海洋的技术专家。《Linux Desktop Hacks》这个书名，恰好满足了我对“不那么枯燥”的学习方式的期望。我希望这本书能为我打开一扇新的窗户，让我看到 Linux 桌面除了基本的办公和上网之外，还有哪些更有趣、更具创造性的玩法。我尤其感兴趣的是书中是否会介绍一些能够提升我工作和学习效率的小工具或者工作流。比如，有没有关于如何更好地管理和组织我的文件，或者如何快速查找和切换我需要的应用程序的方法？我也对多媒体方面的应用很感兴趣，希望书中能有一些关于如何利用 Linux 来进行简单的影音编辑、图片处理，或者甚至是一些音乐创作的技巧。我期待这本书能够提供一些“开箱即用”的解决方案，让我能够快速体验到 Linux 桌面的魅力，而不是被复杂的配置吓倒。总而言之，我希望这本书能成为我探索 Linux 桌面新玩法的“探险指南”。

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这本书的出现，对我来说简直是及时雨！我一直是个 Linux 的拥趸，尤其喜欢在自己的桌面上折腾各种新奇玩意儿，但说实话，很多时候总是在网上零散地搜索、尝试，效率不高，而且经常遇到一些莫名其妙的问题，耗费大量时间。这次拿到《Linux Desktop Hacks》，我第一眼就被它“Hacks”这个名字吸引了，预感这肯定不是那种枯燥的技术手册，而是能带来真正实用技巧和一些“小聪明”的书。我还没来得及深入阅读，光是翻看目录，就看到了不少让我眼前一亮的主题，比如“美化你的桌面环境”、“提升命令行效率”、“管理多媒体文件”等等。我尤其期待书中关于“性能优化”的部分，我的电脑配置不算顶尖，有时候运行一些大型软件会感觉有点吃力，如果这本书里能提供一些立竿见影的优化方法，那价值可就太大了。而且，我一直对各种奇奇怪怪的 Linux 工具很感兴趣，希望这本书能挖掘出一些我之前从未接触过的、但又非常好用的工具。总而言之，这本书给了我一种“终于有人懂我”的感觉，我迫不及待地想把它变成我 Linux 桌面的“秘密武器库”！

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我最近在考虑是否要深入学习 Linux 命令行，尽管我的日常工作主要还是依赖图形界面。但每次看到别人在终端里游刃有余地操作，总感觉自己错过了很多效率提升的机会。《Linux Desktop Hacks》这本书，名字听起来就比较“接地气”，不像那些学院派的教科书，更像是经验丰富的“前辈”分享的“独门秘籍”。我尤其好奇书中关于“命令行技巧”的部分，不知道它是否会涵盖一些我之前没有接触过的、非常实用的命令组合，或者是一些巧妙的脚本编写方法，能够让我事半功倍。我希望这本书能帮助我理解一些命令背后的逻辑，而不是死记硬背，这样我才能在遇到问题时灵活运用。此外，我对 Linux 的系统管理和维护也有一些兴趣，比如如何让系统运行得更流畅，如何安全地管理软件，或者如何进行一些基本的故障排除。如果这本书里能提供一些简单易懂的命令行操作指南，来帮助我实现这些目标，那对我来说将非常有价值。总之，我希望这本书能成为我通往更高效、更自主的 Linux 使用之路上的一个有力助手。

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作为一个长期使用 Linux 的用户，我一直在寻找能够真正提升我桌面体验的书籍。市面上的 Linux 书籍良莠不齐，很多要么过于基础，要么过于深入，很难找到一本既能满足我实际需求，又能带来一些“惊喜”的书。《Linux Desktop Hacks》这个名字，让我产生了一种莫名的期待，似乎它能提供一些我从未想过的、但又非常实用的技巧。我希望这本书能够帮助我解决一些在使用 Linux 过程中遇到的“痛点”，比如如何让我的软件更新更加顺畅，如何解决一些兼容性问题，或者如何更好地管理我的系统资源。我也对一些更高级的桌面定制和美化技巧很感兴趣，比如如何利用一些第三方工具来打造一个独一无二的桌面风格，或者如何实现一些炫酷的动画效果。此外，我希望这本书能涵盖一些关于 Linux 安全和隐私保护的实用建议，让我能够更放心地使用我的 Linux 电脑。总之，我希望这本书能成为我 Linux 桌面使用道路上的一个“宝藏挖掘机”，让我能够不断发现新的乐趣和效率。

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