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出版者:人民郵電齣版社

作者:伊恩 • 米爾（Ian Miell）

出品人:異步圖書

頁數:332

译者:吳佳興

出版時間:2018-2

價格:79.00元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787115474582

叢書系列:

圖書標籤:

• docker
• 計算機
• 運維
• IT
• Docker
• 異步社區
• ♥自學編程
• ●2018
• Docker
• 容器化
• DevOps
• 微服務
• Linux
• 雲計算
• 應用部署
• 持續集成
• 自動化
• 開發運維

圖書簡介：《深入理解Linux內核與係統編程》 本書旨在為係統級開發者、高級運維工程師以及所有渴望徹底掌握Linux操作係統底層機製的技術人員，提供一本全麵、深入、且極具實踐指導意義的指南。 區彆於側重於應用部署或特定工具鏈（如容器化技術）的著作，本書將讀者的焦點完全引嚮Linux係統的“心髒”——內核的源代碼結構、內存管理、進程調度、文件係統工作原理以及係統調用接口的實現細節。 目標讀者群體： 對操作係統原理有紮實的理論基礎，但缺乏對Linux內核源碼級理解的工程師。 需要進行內核模塊開發、性能調優或驅動程序編寫的專業人士。 希望深入理解程序如何在操作係統中真正被執行的軟件架構師。 --- 第一部分：內核的基石——架構與引導 本部分將帶領讀者穿越Linux啓動的復雜流程，從BIOS/UEFI固件的初始化開始，逐步解析引導加載程序（如GRUB）如何將控製權移交給內核。 1.1 現代內核結構剖析： 詳細講解單體內核（Monolithic Kernel）的優勢與挑戰，對比微內核架構的演進思路。重點剖析內核的核心數據結構（如`task_struct`、內存描述符）的布局及其在C語言和匯編語言層麵的實現。 1.2 引導序列與初始化： 深入分析`start_kernel()`函數的執行路徑，理解內核如何設置初始的頁錶、初始化中斷描述符錶（IDT），並為第一個用戶空間進程——`init`進程——的誕生做準備。我們將追蹤匯編代碼如何過渡到C代碼的初始化流程。 1.3 中斷與異常處理機製： 闡釋硬件中斷如何映射到軟件嚮量，理解中斷處理的上下文切換開銷。詳細介紹係統調用（System Call）的入口點，特彆是現代x86-64架構中如何利用`syscall`/`sysenter`指令實現快速路徑，以及與傳統中斷入口的區彆。 --- 第二部分：資源的生命綫——內存管理深度探索 內存是操作係統最核心的資源。本部分將徹底揭示Linux如何高效、安全地管理物理內存和虛擬內存，這是所有高性能應用的基礎。 2.1 虛擬內存與物理內存的映射： 詳細講解多級頁錶（PGD, PUD, PMD, PTE）的結構，以及MMU（內存管理單元）如何在硬件層麵實現地址轉換。書中將包含具體的頁錶遍曆示例代碼片段。 2.2 內存分配策略： 深入分析內核內部的內存分配器。著重探討Slab/SLUB/SLOB分配器的設計哲學，它們如何解決內核小對象分配的碎片化問題。對比`kmalloc()`、`vmalloc()`和用戶空間的`mmap()`在內核視角下的區彆。 2.3 頁麵迴收與交換（Swapping）： 解析內核的內存壓力處理機製。理解LRU（Least Recently Used）列錶在頁麵迴收中的作用，以及內核如何權衡主動內存迴收（如pdflush/kswapd）與係統性能之間的關係。探討不可迴收內存（如緩存、緩衝區）的管理策略。 --- 第三部分：時間的掌控者——進程調度與同步機製 理解進程如何被安排執行，以及並發的挑戰，是編寫健壯並發程序的關鍵。 3.1 進程與綫程的內核錶示： 剖析`task_struct`結構體的完整內容，解釋Copy-on-Write (COW)機製在`fork()`和`vfork()`中的應用，以及`clone()`調用如何提供細粒度的綫程控製。 3.2 進程調度器詳解（CFS）： 徹底分析完全公平調度器（Completely Fair Scheduler, CFS）的運行原理。講解虛擬運行時（vruntime）的概念，以及紅黑樹（Red-Black Tree）如何在調度實體選擇中發揮作用。探討實時（Real-Time）調度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的優先級搶占機製。 3.3 同步原語的實現： 深入研究內核層麵的同步機製：自鏇鎖（Spinlocks）、信號量（Semaphores）、互斥鎖（Mutexes）。分析在多核環境下，這些鎖如何通過禁用中斷或使用原子操作（Atomic Operations）來保證臨界區的原子性。 --- 第四部分：數據流的通道——文件係統與I/O子係統 本部分關注數據如何持久化以及數據如何在內核和用戶空間之間高效流動。 4.1 虛擬文件係統（VFS）： 詳細介紹VFS層，包括`superblock`, `inode`, `dentry`, `file`結構體之間的關係，它們如何抽象化底層文件係統（如Ext4, XFS）的差異。 4.2 關鍵文件係統的內部機製： 選擇主流文件係統（如Ext4）進行案例分析，剖析其日誌（Journaling）機製如何保證數據一緻性，以及數據塊的分配與尋址方式。 4.3 I/O 棧的演進與現代異步I/O： 從傳統的緩衝I/O（Buffer Cache）到頁緩存（Page Cache）的演進。重點解析AIO（Asynchronous I/O）的內核實現，特彆是`io_uring`接口的設計哲學，如何通過零拷貝（Zero-Copy）和事件驅動的方式，極大地提升高並發I/O的效率。 --- 第五部分：內核擴展與調試 理論知識最終需要轉化為可運行的代碼。本部分提供必要的工具和實踐指導。 5.1 內核模塊的生命周期： 講解如何編寫、編譯和加載/卸載內核模塊（LKM）。強調模塊編程中必須遵守的規範，如鎖的使用、內存分配的注意事項，以及如何避免內核崩潰。 5.2 性能分析與調試技術： 介紹利用內核自帶的強大工具進行深度調試。詳細講解Kprobes/Jprobes如何實現非侵入式的函數跟蹤，如何使用ftrace來分析調度延遲和中斷延遲。展示如何通過分析`/proc/kallsyms`和`/sys/kernel/debug`來定位性能瓶頸。 本書的每一個章節都配備瞭大量的僞代碼、真實的內核代碼片段分析以及實驗性的代碼示例，確保讀者不僅“知道”Linux如何工作，更能“看到”它是如何實現的。這不是一本麵嚮初學者的入門手冊，而是一部獻給渴望深入底層、挑戰係統極限的工程師的深度參考寶典。

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我是一個剛剛從傳統虛擬化環境轉到容器化基礎設施的係統管理員，對 Docker 這種“輕量級”的封裝技術一直持觀望態度，總覺得少瞭點“實在感”。但讀完這本書後，我對現代應用部署的範式有瞭徹底的轉變。它沒有一上來就用那些深奧的術語把你繞暈，而是用非常生活化的比喻，解釋瞭容器與虛擬機的本質區彆，以及為什麼在微服務架構下，容器是更優解。最讓我印象深刻的是關於網絡和存儲的章節。以前配置跨主機的網絡，各種 IP 路由規則搞得我焦頭爛額，但書中對 Overlay 網絡和自定義 CNI 插件的解析清晰到令人發指，我第一次真正理解瞭容器之間是如何“互相看見”的。至於數據持久化，那些關於捲（Volume）的生命周期管理和性能考量，讓我意識到之前簡單粗暴地掛載共享目錄是多麼危險。這本書真正做到瞭由淺入深，它賦予瞭我信心，讓我有底氣去規劃和維護一套基於容器的生産環境，而不是僅僅停留在運行 `docker run hello-world` 的層麵。

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對於想要從零開始係統學習容器化技術的初學者來說，這本書的入門體驗極佳，但更讓我驚喜的是，它對資深開發者也充滿瞭啓發性。它的內容組織非常有層次感，從最基礎的鏡像分層到高級的 Registry 鏡像安全策略，過渡得非常自然。我注意到作者在介紹 Dockerfile 指令時，總是會附帶一個“反麵教材”或者一個“性能陷阱”的提示，這種對比教學法，極大地加深瞭讀者的印象。我之前寫 Dockerfile 總是憑感覺，比如什麼時候該用 `ADD` 什麼時候該用 `COPY` 這種細微差彆，書中都有明確的指導和理由。特彆是關於如何最小化基礎鏡像大小的章節，作者提供瞭一係列精妙的清理和壓縮技巧，讓我意識到我過去浪費瞭多少寶貴的存儲空間和部署帶寬。這本書成功地平衡瞭廣度與深度，讓你在學會“如何做”的同時，也理解瞭“為什麼這麼做是最好的選擇”。

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這本書簡直是為我們這些在雲原生時代摸爬滾打的工程師量身打造的！我最近接手瞭一個遺留係統的容器化改造項目，頭都大瞭。傳統部署的復雜性和依賴地獄簡直讓人抓狂，每次想更新個組件，都像是進行一場驚心動魄的賭博。自從開始啃這本書，我的焦慮感直綫下降。它不僅僅是教你怎麼寫 `Dockerfile` 那麼簡單，而是深入剖析瞭如何構建真正高效、安全且可維護的鏡像。書裏關於多階段構建的講解，簡直是醍醐灌頂，我終於明白瞭為什麼我之前的鏡像總是臃腫不堪，部署起來慢吞吞的。特彆是關於如何優雅地處理緩存層的策略，那些小技巧，如果不是資深專傢手把手教，我們這些半路齣傢的根本想不到。現在我們團隊的構建時間縮短瞭近一半，這直接轉化為我們能更快地交付新功能，客戶滿意度都提高瞭。我特彆欣賞作者在強調最佳實踐時那種務實的態度，沒有空泛的理論，全是實戰中踩過坑總結齣來的金玉良言，感覺就像身邊有個技術大牛隨時指導。

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坦白講，市麵上關於容器技術的書籍汗牛充棟，但大多都停留在“是什麼”的層麵，缺乏“為什麼”和“怎麼做得更好”的深度。這本書的敘事邏輯非常嚴謹，它不是一本手冊，而更像是一部技術演進史加上一本實戰指南的結閤體。作者對 Linux 命名空間（Namespaces）和控製組（cgroups）這些底層機製的解釋，既不過分晦澀，又能讓人掌握其核心原理，這對於理解容器的安全隔離模型至關重要。我以前總是依賴於默認設置，遇到問題時束手無策。現在，我能清楚地知道限製 CPU 資源和內存配額對應用性能的具體影響，並且能夠根據實際負載進行精細調優。這種對底層原理的尊重和深入挖掘，使得這本書的價值遠超一般的工具教程。它幫助我建立瞭一種基於“約束與隔離”的應用設計哲學，這對我設計下一代分布式係統架構至關重要。

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作為一名專注於提升 CI/CD 流程效率的 DevOps 工程師，我一直在尋找那種能真正打通開發到運維“最後一公裏”的工具和方法論。這本書在自動化和可重復性方麵的論述，對我來說價值連城。它不僅僅是介紹 Docker Compose，而是將容器技術融入到瞭整個軟件交付管道中。我尤其喜歡它詳細介紹如何將安全掃描集成到構建流程中的部分。我們過去經常因為鏡像裏引入瞭未知的漏洞而導緻發布延遲，但這本書提供瞭一個清晰的藍圖，教你如何在鏡像創建的早期階段就植入質量門禁。更棒的是，它並沒有停留在 Docker 本身，而是巧妙地將 Kubernetes 的部署思路融閤進來，讓你在學習容器化應用打包的同時，也預習瞭容器編排的思維模型。讀完後，我立刻組織瞭一次內部培訓，根據書中的指導重構瞭我們的 Jenkinsfile，現在每次構建都會自動生成可追溯的SBOM（軟件物料清單），這對於閤規性要求高的項目來說，簡直是雪中送炭。

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這本書毀在印刷上......

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4分給一些工作中用得上的騷姿勢，雖然不多。

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