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出版者:人民邮电出版社

作者:甘迪文

出品人:

页数:450

译者:

出版时间:2018-12

价格:108

装帧:平装

isbn号码:9787115499240

丛书系列:

图书标签:

• 黑客
• 计算机
• 编程
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《深入理解 Linux 内核与系统编程实践》 图书简介 本作品旨在为读者提供一套全面、深入、且极具实践指导意义的 Linux 内核机制、系统调用接口及其上层应用编程的知识体系。本书摒弃了传统的、碎片化的知识点罗列，而是采用“理论建构—机制剖析—代码实现—性能优化”的完整路径，带领读者从硬件抽象层向上，逐步构建起对现代操作系统核心工作原理的透彻理解。 全书内容结构严谨，逻辑递进自然，特别强调了理论知识与实际工程问题的紧密结合。我们相信，要真正掌握操作系统，就必须深入其“心脏”——内核，并通过编写具有实际负载的应用程序来检验和巩固所学。 第一部分：Linux 架构基石与环境构建 本部分作为入门和基础铺垫，旨在为后续的深入探讨打下坚实的体系结构和工具链基础。 第一章：现代操作系统概述与 Linux 发展史 本章首先界定操作系统的核心职能，并着重阐述 Linux 在类 Unix 家族中的独特地位和演进历程。内容涵盖从早期 Minix 到如今的通用操作系统平台的关键技术转折点。我们将探讨宏内核（Monolithic Kernel）与微内核（Microkernel）的设计哲学对比，并明确 Linux 采用的混合式架构的优缺点。重点分析 32 位与 64 位架构（x86-64）对内核设计的影响，特别是内存地址空间布局（KVA/UVA）的变化。 第二章：编译、引导与工具链探秘 系统编程的起点在于理解代码如何转化为可执行的机器指令。本章详细剖析 GCC/Clang 编译器的优化级别设置、链接器（ld）的工作流程，以及标准 C 库（glibc）的初始化过程。随后，我们将深入 GDB 的调试技巧，特别是针对内核模块和复杂多线程程序的调试策略。引导过程的解析尤为关键，从 BIOS/UEFI 到 Bootloader（GRUB/U-Boot），再到内核的解压、初始化（`start_kernel`）以及第一个用户态进程（`init`）的诞生，全程代码追踪，揭示启动流程中隐藏的初始化序列。 第二部分：进程管理与内存的奥秘 本部分是理解操作系统资源调度的核心。我们不再停留在“进程”和“线程”的表面概念，而是深入其在内核中的数据结构和调度算法的实现细节。 第三章：进程描述符与上下文切换 深入分析 `task_struct` 结构体的每一个关键字段，理解进程状态的流转。上下文切换（Context Switch）是性能的关键瓶颈之一，本章将详细解析硬件层面的 TLB 刷新、寄存器保存与恢复，以及内核如何通过调度器切换任务。特别地，我们将对比软中断（SoftIRQ）和硬中断（IRQ）处理对上下文切换的影响。 第四章：高级调度算法与实时性保障 本书将详尽解析 Linux 2.6/3.x 时代引入的 Completely Fair Scheduler (CFS)。不再满足于其“完美公平”的理论描述，而是深入其基于红黑树的时间片分配机制（`vruntime` 权值计算）。此外，我们还会对比实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）与普通策略（SCHED_OTHER）的抢占逻辑，并探讨调度延迟（Latency）和吞吐量（Throughput）之间的工程权衡。 第五章：虚拟内存管理深度剖析 内存是操作系统最宝贵的资源。本章从硬件 MMU 的页表结构（Page Table Hierarchy）开始，系统地讲解虚拟地址到物理地址的转换过程。重点剖析 Linux 内核的内存子系统：页框分配器（Buddy System）、 Slab/SLUB 分配器如何高效管理内核对象。用户空间内存管理方面，我们将详细分析 `malloc/free` 库调用如何映射到内核的 `mmap/munmap` 系统调用，以及缺页异常（Page Fault）的处理流程及其对程序性能的影响。 第六章：内存映射、共享与文件系统缓存 本章聚焦于 `mmap` 的多面性应用。我们将展示如何利用内存映射实现高效的文件 I/O、进程间数据共享（如匿名映射与命名映射）。深入讲解 Linux 的页缓存（Page Cache）机制，它如何统一文件 I/O 和块设备 I/O。分析 `msync` 和 `sync` 的区别，以及如何通过控制脏页回写（Writeback）策略来优化应用程序的 I/O 吞吐量。 第三部分：系统调用接口与内核交互 系统调用是用户空间程序与内核沟通的唯一桥梁。本部分着重于对这些关键接口的“黑盒”内部实现进行解剖。 第七章：系统调用机制的体系化解析 本章详细讲解系统调用（Syscall）从用户态触发到内核态处理的完整路径。我们将对比 x86 上的 `int 0x80`、`syscall`/`sysenter` 等不同机制的效率差异。重点解析系统调用的入口点、参数传递、错误码处理（`errno` 的生成机制）以及返回路径。通过分析流行的系统调用如 `fork`、`execve` 和 `exit` 的内核实现，读者将清晰地看到进程生命周期的内核管理逻辑。 第八章：文件系统抽象与 VFS 层 Linux 的强大在于其统一的文件系统接口（VFS）。本章详细剖析 VFS 的核心数据结构：`superblock`, `inode`, `dentry`, `file` 结构体。我们将跟踪打开文件（`open`）和读取数据（`read`）这两个基本操作，如何穿透 VFS 层，最终调用到具体文件系统（如 ext4, XFS）的底层操作函数。同时，深入讨论 i-node 的缓存机制对文件访问性能的决定性作用。 第九章：设备驱动与 I/O 子系统 本部分将系统梳理字符设备（Character Device）和块设备（Block Device）的编程范式。重点解析字符设备驱动的骨架结构——`file_operations` 结构体，并演示如何注册和实现驱动。在块设备方面，我们转向更复杂的 I/O 调度器（如 Deadline, Noop, MQ 调度器），探讨它们如何优化对磁盘的访问序列，以提升随机 I/O 和顺序 I/O 的性能。 第四部分：并发、同步与网络编程 现代高性能应用离不开对并发性的精确控制和高效的网络通信。 第十章：内核同步原语与内存屏障 并发编程的基石在于同步。本章超越了简单的互斥锁，深入内核空间使用的同步机制：自旋锁（Spinlocks）、信号量（Semaphores）、互斥体（Mutexes）和读写信号量（RW Semaphores）。我们详细解析它们在不同场景下的适用性（如中断上下文与睡眠上下文）。此外，关键的内存屏障（Memory Barriers/Fences）的引入，解释了编译器和 CPU 乱序执行对多核程序结果的潜在破坏，以及如何使用 `barrier()` 等指令来保证可见性。 第十一章：进程间通信（IPC）的全面比较 IPC 是构建分布式或紧密耦合应用的基础。本章系统对比了传统 IPC 机制（System V IPC, POSIX 消息队列）与现代高效机制（如 Unix Domain Sockets, Shared Memory）。通过实际的代码示例，分析共享内存的零拷贝特性，以及管道（Pipe）和 FIFO 在内核缓冲区中的数据流动机制。 第十二章：Socket 编程与网络协议栈 本部分聚焦于用户态的网络编程，但一切都建立在内核网络协议栈的理解之上。我们将从用户态的 `socket()` 调用开始，跟踪数据包如何穿越 TCP/IP 协议栈。深入分析 TCP 拥塞控制算法（如 Reno, CUBIC）的工作原理，以及零拷贝（Zero-Copy）技术（如 `sendfile()`）如何减少数据在内核和用户空间之间的不必要复制，实现高吞吐量的网络服务。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者具备“调试内核级错误”和“设计高性能系统”的能力。通过对 Linux 内部机制的系统性解构，读者将能够超越 API 表面，直接定位性能瓶颈，编写出更健壮、更贴近硬件的应用程序。本书结构严密，信息密度高，适合有 C 语言基础，并希望在操作系统、嵌入式或高性能计算领域深耕的专业人士和高级学习者。

评分☆☆☆☆☆

2018年年底，我收到了DemonGan给我发来的消息，他写的书出版了，叫我发地址，给我邮寄一本过去。我很开心！虽然目前工作接触的是服务器开发，图形图像和视音频算法方面的技术，然而黑客编程对我来说一直是一个可望不可即的领域。 这本书对于开发环境的描述只有七页，然后直接进...

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

我一直对软件的底层运作原理感到好奇，尤其是Windows这个庞大而复杂的操作系统。这本书的出现，恰好满足了我对这方面的求知欲。书中对Windows的内存管理策略进行了深入的分析，包括虚拟内存、分页机制以及堆栈和堆的区别，这些内容对我理解程序的内存占用和性能瓶颈非常有帮助。作者在讲解进程和线程时，也花了大量的笔墨去阐述它们之间的关系，以及如何在多线程环境中进行安全高效的并发编程，这对于避免死锁和竞态条件至关重要。我非常欣赏书中对于Windows API函数的使用介绍，不仅仅是功能的罗列，更侧重于解释其底层的实现原理和使用场景。书中提到的线程同步机制，如互斥量、信号量和事件等，都配有清晰的图示和代码示例，让我能够迅速掌握这些概念。此外，书中还对Windows的可执行文件格式（PE格式）进行了详细的解析，这对于理解程序的加载和执行过程非常有帮助。作者还分享了关于Windows服务开发的经验，让我了解如何编写可以在后台运行的、具有独立性的应用程序。这本书不仅理论扎实，更注重实践，让我能够在理论学习的同时，动手进行各种有趣的实验。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了一扇通往Windows系统深处的大门，我以前对Windows的理解仅限于用户界面和一些基本的应用程序操作，而这本书则彻底改变了我的认知。它详细地介绍了Windows的核心组件，例如各种重要的系统服务，以及它们是如何协同工作的。我尤其对书中关于Windows注册表和文件系统的讲解印象深刻，作者通过具体的案例展示了如何利用这些底层机制来定制和优化系统，甚至实现一些自动化任务。对于开发者而言，理解这些内容至关重要的。书中对API的使用讲解非常透彻，不仅仅是列举函数，更重要的是解释了每个函数背后的设计理念和注意事项。我特别沉迷于书中关于Windows消息机制的剖析，弄清楚消息是如何在应用程序之间传递，以及如何捕获和处理这些消息，这让我对GUI编程有了全新的认识。此外，书中还涉及了Windows的错误处理和异常机制，这对于编写健壮的应用程序至关重要。作者还分享了一些提高程序性能的技巧，例如如何优化内存使用和减少系统调用的次数，这些都是在实际开发中非常有价值的经验。总的来说，这本书内容翔实，逻辑严谨，非常适合想要深入了解Windows系统内部运作的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容让我对Windows的认识进入了一个全新的层次。我以前对Windows的各种服务和后台进程都知之甚少，而这本书则为我一一揭开了它们的面纱。书中对Windows的用户模式和内核模式进行了详细的划分，以及它们之间的交互方式，这让我对操作系统的安全性和稳定性有了更深的理解。作者还深入讲解了Windows的各种系统钩子（hooking）技术，以及如何利用它们来拦截和修改程序的行为，这对于进行软件分析和二次开发非常有帮助。我特别喜欢书中关于Windows的进程间通信（IPC）机制的介绍，例如命名管道、映射文件和RPC等，这为我理解不同进程之间如何进行高效的数据交换提供了清晰的思路。书中还涉及了Windows的错误处理和异常机制，以及如何编写能够应对各种异常情况的健壮程序。作者还分享了一些关于Windows的内存管理优化技巧，例如如何避免内存泄漏、如何有效地管理内存资源等。这本书的讲解非常深入，而且充满了实用的技巧和经验，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一个经验丰富的向导，带领我在Windows世界里进行一次前所未有的探索。从初识Windows的操作系统架构，到深入理解其内存管理、进程调度、线程同步等核心概念，每一个章节都充满了启示。作者的讲解深入浅出，即使是对于我这样初涉此领域，也能够清晰地把握其中的逻辑。书中大量的代码示例，不仅展示了理论知识的应用，更提供了实践的起点。我特别喜欢其中关于API Hooking和DLL Injection的部分，它们让我看到了如何“潜入”系统内部，观察和修改程序的行为，这对于理解软件的运行机制和进行逆向工程具有极大的帮助。书中对Windows安全机制的剖析也让我受益匪浅，让我明白了一些常见的安全漏洞是如何产生的，以及如何从程序员的角度去防范它们。不仅仅是理论的堆砌，作者还分享了许多实用的调试技巧和工具，让我在遇到问题时能够更有效地找到解决方案。这本书的结构安排也很合理，循序渐进，让我能够逐步建立起对Windows底层编程的认知。每一次阅读，我都能发现新的细节和更深层次的理解，这是一种持续的学习和成长的过程。这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本激发我学习兴趣、培养我解决问题能力的宝典。它让我从一个仅仅是使用者，变成了一个能够理解和操作Windows系统深层逻辑的“玩家”。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我提供了一个非常系统和深入的Windows编程学习路径。我之前对Windows的许多底层概念都感到困惑，而这本书则为我一一解答了这些疑问。书中对Windows的内存管理机制进行了详细的阐述，包括虚拟内存、内存映射文件和堆栈的使用，这让我对程序的内存分配和管理有了更深刻的认识。作者还深入讲解了Windows的线程和进程的概念，以及它们之间的通信和同步机制，这对于我编写高效、稳定的并发程序至关重要。我特别喜欢书中关于Windows的API函数调用和消息处理机制的讲解，它详细地说明了应用程序如何与操作系统交互，以及如何响应用户输入和系统事件。书中还涉及了Windows的注册表和INI文件的使用，以及如何通过编程来读写和管理这些配置信息。作者还分享了一些关于Windows的系统服务开发和部署的经验，这为我理解如何在后台运行独立的应用程序提供了指导。这本书的内容非常详实，而且逻辑性很强，让我能够逐步地深入理解Windows的奥秘，并将其应用于实际的编程实践中。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了Windows系统深处的大门，它不仅仅是一本编程技术书籍，更是一门关于理解和操控Windows系统精髓的艺术。书中对Windows的各种核心组件进行了详细的剖析，例如进程管理器、内存管理器、I/O管理器等，让我对操作系统的运作原理有了更清晰的认识。作者还深入讲解了Windows的API接口，并且细致地分析了每个API函数的设计理念和使用场景，这对于我编写高效、稳定的应用程序至关重要。我特别喜欢书中关于Windows的线程同步机制的讲解，例如互斥量、信号量和事件等，以及它们在多线程环境下的应用，这为我避免了许多常见的并发编程错误。书中还涉及了Windows的注册表和文件系统的管理，以及如何通过编程来操作它们，这为我提供了定制和优化系统的手段。作者还分享了一些关于Windows的底层调试技术，例如如何使用命令行工具和调试器来分析程序的行为，这对于解决复杂的程序问题非常有帮助。这本书的语言风格非常专业，但是作者的讲解却非常易懂，让我能够轻松地掌握其中的知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，彻底改变了我对Windows编程的看法。我以前认为Windows编程只是调用一些API函数，但这本书让我认识到，Windows系统本身是一个庞大而复杂的体系，而理解其底层原理是进行高效编程的关键。书中对Windows的内存布局和寻址方式进行了详细的介绍，包括栈、堆、全局变量和静态变量的存储位置，这对于我理解程序的内存占用和调试非常重要。作者还深入讲解了Windows的线程间通信机制，例如管道、共享内存和消息队列等，这为我理解多进程和多线程的协同工作提供了清晰的思路。我特别喜欢书中关于Windows的文件I/O操作的讲解，它不仅介绍了基本的读写文件方法，还深入到文件句柄、文件流以及异步I/O等更高级的概念。书中还涉及了Windows的注册表和INI文件的使用，以及如何利用它们来保存和读取配置信息。作者还分享了一些关于Windows安全性的实践，例如如何保护敏感数据、如何避免常见的安全漏洞等。这本书的内容非常详实，而且循序渐进，让我能够逐步地掌握Windows的底层技术。

评分☆☆☆☆☆

我对Windows系统的深入探索始于这本书，它为我提供了一个非常全面的视角来理解这个操作系统。书中对Windows的内存模型进行了详尽的描述，包括虚拟地址空间、物理地址空间以及它们之间的映射关系，这让我对程序的内存分配和管理有了更深刻的认识。作者在讲解线程同步时，也花了大量的篇幅去介绍各种锁机制，以及它们在多线程环境下的应用场景，这对于编写稳定高效的并发程序至关重要。我特别喜欢书中关于Windows消息循环的解析，它详细地说明了应用程序如何通过消息队列来接收和处理用户输入以及系统事件，这让我对GUI应用程序的响应机制有了更透彻的理解。此外，书中还涉及了Windows的驱动程序模型，虽然不是重点，但提供了对底层硬件交互的基本了解。作者还分享了一些关于Windows性能优化的经验，例如如何减少CPU占用、优化磁盘I/O以及提高内存利用率，这些都是在实际开发中非常有价值的建议。这本书的语言风格也很清晰，虽然内容很专业，但作者的讲解却非常易懂，让我能够轻松地吸收其中的知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一个宝藏，里面蕴含着关于Windows系统内核和应用程序开发的丰富知识。我之前对Windows的许多底层机制都感到模糊不清，而这本书则为我一一揭开了面纱。书中对Windows进程和线程的生命周期进行了详细的描述，包括它们的创建、销毁以及各种状态转换，这让我对程序的执行过程有了更清晰的认识。作者还深入讲解了Windows的API调用机制，以及系统调用和用户模式之间的交互，这对于理解应用程序如何向操作系统请求服务至关重要。我特别喜欢书中关于Windows剪贴板和剪贴板查看器实现的讲解，这让我看到了如何通过简单的API来实现强大的功能。书中还涉及了Windows的系统时间管理和定时器机制，这对于编写需要精确时间控制的应用程序非常有帮助。此外，作者还分享了一些关于Windows的内存泄漏检测和防止的技巧，以及如何使用性能监视器来分析系统瓶颈。这本书的内容非常系统化，逻辑性很强，让我能够一步步地深入理解Windows的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对Windows开发充满热情的新手，我一直在寻找一本能够系统性地介绍Windows底层技术的书籍，而《Windows黑客编程技术详解》无疑是我遇到的最棒的教材。这本书从最基础的Windows API开始，逐步深入到更为复杂的系统机制，循序渐进，让我能够轻松地理解和掌握。书中对Windows的进程间通信（IPC）机制进行了全面的介绍，包括管道、共享内存、消息队列和Socket等，这为我理解不同进程之间如何交互提供了清晰的思路。我尤其对书中关于Windows注册表的讲解印象深刻，它不仅仅介绍了如何读写注册表键值，更深入地剖析了注册表在系统配置和软件管理中的重要作用。作者还详细阐述了Windows的安全性，包括用户账户控制（UAC）、权限管理和加密技术等，这让我能够更全面地认识到Windows的安全体系。书中还分享了许多实用的调试技巧，例如如何使用WinDbg进行内核调试，这对于排查复杂的系统问题非常有帮助。这本书的内容组织得非常清晰，每一章节都环环相扣，让我的学习过程非常流畅。它不仅传授了技术知识，更培养了我分析和解决问题的能力。

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这本书太好看了

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整本书学下来，就是一个远控木马了，用户层到内核层已经都打通了，不错！！！

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