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出版者:人民郵電齣版社

作者:劉彬彬

出品人:

頁數:507 页

译者:

出版時間:2007年9月1日

價格:59.00元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787115162557

叢書系列:

圖書標籤:

• Eclipse
• Java
• 應用開發
• GUI
• SWT
• RCP
• 插件開發
• 軟件工程
• 開發手冊
• 實戰
• 教程

深入理解 Linux 內核架構與原理 作者：[此處可填寫一位或多位資深 Linux 內核開發者姓名] 齣版社：[此處可填寫一傢知名的計算機專業書籍齣版社名稱] --- 內容簡介： 本書旨在為係統程序員、嵌入式開發人員、操作係統研究人員以及所有對現代計算核心技術抱有濃厚興趣的技術人員，提供一份詳盡而深入的 Linux 內核剖析指南。我們不會僅僅停留在 API 的調用層麵，而是會帶領讀者穿梭於內核代碼的復雜迷宮中，真正理解 Linux 操作係統是如何在底層管理硬件資源、調度任務、維護內存一緻性以及提供穩定運行環境的。 本書的結構設計遵循瞭從宏觀到微觀的層次遞進原則，確保即便是初次接觸復雜內核結構的讀者也能循序漸進地掌握核心概念。 第一部分：內核的基石與啓動流程（The Foundations and Boot Process） 本部分奠定瞭理解整個內核係統的基礎。我們將詳細探討 Linux 內核的編譯環境搭建、交叉編譯工具鏈的選擇與配置，以及不同架構（如 x86-64 和 ARMv8）下的特定要求。 1.1 編譯與配置： 深入解析 `Kconfig` 係統的運作機製，如何通過配置選項定製化內核，以及 `Makefile` 係統的依賴管理和編譯流程。我們不僅僅是運行 `make`，而是理解每一步編譯指令背後的邏輯。 1.2 引導加載與初始化： 詳細跟蹤從 BIOS/UEFI 固件啓動到 GRUB/Bootloader 將控製權交給內核的整個過程。分析 Linux 內核的“魔術數字”簽名驗證，以及如何解壓和跳轉到內核入口點（`start_kernel()`）。 1.3 初始化序列（Boot Sequence）： 詳細分解 `start_kernel()` 函數內部的初始化大事件，包括早期的內存管理設置、中斷描述符錶（IDT）的建立、本地 APIC（Local APIC）的初始化，以及如何設置第一個用戶空間進程——`init`（或 systemd）。 第二部分：內存管理——內核的生命綫（Memory Management Unit - MM） 內存管理是操作係統最復雜也最關鍵的部分。本書投入大量篇幅來解析 Linux 如何高效、安全地管理物理和虛擬內存。 2.1 虛擬內存與地址翻譯： 深入講解頁錶（Page Table）的層級結構，TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理，以及硬件輔助的地址翻譯過程。我們對比瞭不同架構下的內存模型差異。 2.2 物理內存管理： 重點剖析 “夥伴係統”（Buddy System） 的算法，理解它如何解決內存碎片化問題。同時，詳細介紹 “區域”（Zones） 的概念，解釋為什麼某些內存區域（如 DMA 內存）需要被隔離。 2.3 內存分配器： 除瞭夥伴係統，我們深入研究 “Slab/SLUB/SLOB” 分配器。剖析對象緩存的實現細節，包括緩存的創建、對象的分配與釋放，以及它們如何優化內核數據結構的內存訪問效率。 2.4 內存映射與虛擬文件係統（VFS）： 解析 `mmap()` 係統調用的內核實現，探討私有映射（Private Mapping）和共享映射（Shared Mapping）的區彆。介紹內核如何管理進程的地址空間結構（`mm_struct`）。 第三部分：進程調度與同步機製（Process Scheduling and Synchronization） 理解 Linux 如何在多核環境中公平、高效地分配 CPU 時間片，是掌握其性能特性的基礎。 3.1 任務結構與狀態轉換： 詳細分析 `task_struct` 結構體的所有關鍵字段，以及進程從運行態到睡眠態、僵屍態的完整生命周期轉換。 3.2 實時調度器（SCHED_FIFO/RR）與分時調度器（CFS）： 重點解析 完全公平調度器（CFS） 的核心機製——紅黑樹（Red-Black Tree）的使用，以及 `vruntime`（虛擬運行時）的概念，如何確保“公平性”的實現。 3.3 喚醒與等待機製： 深入講解 等待隊列（Wait Queue） 的設計，以及 `wake_up()` 和 `wait_event()` 等宏背後的同步邏輯。 3.4 鎖原語與並發控製： 對比和分析各種內核同步機製的適用場景：自鏇鎖（Spinlocks）、互斥鎖（Mutexes）、讀寫信號量（R/W Semaphores），以及更高級的 RCU（Read-Copy-Update） 機製。RCU 的無鎖讀取特性及其在高性能內核模塊中的應用將被詳細闡述。 第四部分：係統調用、中斷與異常處理（System Calls, Interrupts, and Exceptions） 這一部分關注內核如何與用戶空間交互，以及如何響應硬件事件。 4.1 係統調用接口： 解析係統調用的用戶態入口（如 `syscall` 指令）到內核態陷阱處理的完整路徑。分析係統調用錶（Syscall Table）的查找過程和參數傳遞機製。 4.2 中斷處理框架： 區分硬中斷（Hardware Interrupts）和軟中斷（Software Interrupts）。詳細介紹 中斷描述符錶（IDT） 的配置，以及 中斷上下文（Interrupt Context） 的概念。 4.3 軟中斷與任務隊列： 深入探討 軟中斷（Softirqs）、任務隊列（Tasklets） 和 工作隊列（Workqueues） 之間的區彆與聯係，理解它們如何將耗時的處理工作從嚴格的中斷上下文轉移到可調度的上下文中執行。 第五部分：虛擬文件係統（VFS）與設備驅動（Device Drivers） 本書的最後一部分將聚焦於 Linux 對 I/O 設備的抽象和管理。 5.1 VFS 核心結構： 分析 VFS 如何通過超塊（superblock）、索引節點（inode）、目錄項（dentry）和文件對象（file object）四個核心結構，統一管理 ext4、XFS、NFS 等不同文件係統。 5.2 塊設備 I/O 棧： 探討塊設備的讀寫流程，包括 I/O 調度器（如 Deadline、CFQ、BFQ）的作用，以及 BIO 結構體 在數據傳輸中的核心地位。 5.3 字符設備驅動基礎： 提供構建簡單字符設備驅動的完整流程，講解 `file_operations` 結構體的核心方法，以及 內核模塊加載與卸載 的生命周期管理。 --- 目標讀者： 希望深入理解操作係統底層運行機製的軟件工程師。 從事高性能計算、實時係統或嵌入式係統開發的專業人員。 正在進行內核研究或希望參與內核貢獻的開發者。 本書特色： 本書以最新的穩定版內核（如 6.x 係列）為藍本進行講解，所有關鍵代碼示例均經過驗證。我們側重於原理的闡述，而非特定發行版的補丁差異，確保知識的普適性和前瞻性。通過閱讀本書，你將能更自信地調試內核崩潰（Kernel Panic）、優化係統性能瓶頸，並設計齣更健壯的內核級代碼。

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