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出版者:云南科技

作者:肖遥

出品人:

页数:253

译者:

出版时间:2008-5

价格:32.00元

装帧:平装

isbn号码:9787900747099

丛书系列:

图书标签:

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深入探索 Linux 系统的底层机制与实践指南 书籍名称： 《Linux 内核架构与驱动开发实战》 图书简介： 本书旨在为系统级工程师、嵌入式开发者以及资深的 Linux 用户提供一份全面、深入且极具实践指导意义的技术手册。我们不再停留于表层的命令操作与应用开发，而是将目光聚焦于 Linux 操作系统的核心——内核的运行机制、内存管理、进程调度、文件系统构建以及底层硬件交互。这是一本面向“理解系统如何工作”的工程师的深度探索之作。 第一部分：内核的基石——架构解析与启动流程 本部分将拆解 Linux 内核的宏观结构，帮助读者建立起对整个系统的鸟瞰图。 第一章：Linux 内核的演进与现代架构概览 内核的哲学： 从单体内核到微内核的演变，理解 Linux 采用的混合式结构及其优势。 内核空间与用户空间的隔离： 详细解析内存保护单元（MMU）如何实现地址翻译和特权等级的划分（Ring 0, Ring 3）。 系统调用（System Call）机制深度解析： 深入探讨用户程序如何通过软中断或 `syscall` 指令安全地进入内核态，并分析不同架构（x86_64, ARM64）下的实现差异。 第二章：引导与初始化：从固件到多核启动 BIOS/UEFI 与 Bootloader 的角色： GRUB2 的加载过程、Stage 1 到 Stage 2 的衔接，以及如何将控制权平稳移交给内核。 内核的自解压与初步初始化： 讲解 `vmlinuz` 的压缩格式，以及内核解压后执行的第一个 C 函数 `start_kernel()` 的核心任务。 SMP（对称多处理）启动： 如何唤醒所有 CPU 核心，初始化每个核心的本地数据结构（Per-CPU Data），并建立锁机制以保障并发安全。 第二部分：资源管理的艺术——内存、进程与调度 理解资源如何分配与回收是系统性能优化的关键。本部分将深入内核数据结构，揭示内存和进程管理的精妙之处。 第三章：内存管理单元（MMU）的内核实现 虚拟内存与物理内存的映射： 深入探讨页表（Page Table）的多级结构，以及 TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存与刷新机制。 伙伴系统（Buddy System）： 详细解析内核如何管理物理页框（Page Frame），实现高效的内存分配与回收。 内核 Slab/SLUB 分配器： 解释用于小对象缓存的 Slab 分配器的原理，如何减少内存碎片并加速内核对象创建。 OOM Killer 机制： 分析 OOM（Out-Of-Memory）机制的触发条件、评分算法，以及其在系统稳定中的作用。 第四章：进程与线程的生命周期管理 进程描述符（Task Structure）： 剖析 `struct task_struct` 的核心字段，包括 PID、状态标志、内存描述符等。 上下文切换（Context Switch）的细节： 深入底层汇编代码，展示 CPU 寄存器、栈指针和页表的保存与恢复过程。 进程间通信（IPC）机制的内核实现： 详解 System V IPC、POSIX 消息队列、共享内存（SHM）在内核中的数据结构维护。 第五章：现代调度器：CFS 与实时调度 完全公平调度器（CFS）： 重点解析 `vruntime`（虚拟运行时间）的概念，红黑树在 CFS 中的应用，以及如何实现对 CPU 时间片的“公平”分配。 实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）： 探讨实时调度类（RT Class）的优先级反转问题与避免策略，如优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol）。 调度延迟的优化： 针对 I/O 密集型和 CPU 密集型任务，分析调度器如何动态调整权重。 第三部分：数据的桥梁——文件系统与 I/O 栈 本部分聚焦于数据如何在磁盘、缓存与内存之间高效流动，并构建出用户可感知的文件系统结构。 第六章：虚拟文件系统（VFS）的抽象层 VFS 的核心结构： 深入解析 `superblock`、`inode`、`dentry` 和 `file` 结构体之间的关系，理解它们如何统一管理不同类型的物理文件系统。 操作系统的 I/O 请求流程： 从用户调用 `read()` 到最终访问块设备的完整路径分析。 缓存层面的优化： Page Cache 与 Buffer Cache 的协同工作机制，以及它们如何加速数据访问。 第七章：主流文件系统的内核实现 Ext4 的日志机制与数据结构： 探讨 Ext4 的 Extents 结构、Journaling 事务如何保证数据一致性。 Btrfs 与 XFS 的现代特性： 简要介绍写时复制（CoW）机制、数据校验和在线碎片整理在这些新型文件系统中的实现。 第八章：块设备 I/O 栈与 I/O 调度器 块设备抽象层（Block Layer）： 请求队列（Request Queue）的构建与管理。 I/O 调度器的选择与优化： 详细分析 Deadline、CFQ（或现代内核中的 MQ/Kyber）调度器的算法，以及如何针对 SSD 和 HDD 优化队列排序。 异步 I/O（AIO）与 io_uring： 重点剖析 `io_uring` 这一革新性接口，如何通过环形缓冲区实现极低延迟的零拷贝异步 I/O。 第四部分：硬件的对话——设备驱动与中断处理 本部分是实践性最强的一环，指导读者如何编写稳定、高效的内核模块，与底层硬件直接交互。 第九章：内核模块的构建与调试 模块的生命周期管理： 编写 `module_init()` 和 `module_exit()`，处理模块参数的传递。 内核符号的导出与引用： 使用 `EXPORT_SYMBOL` 和 `module_use` 来管理模块间的依赖关系。 内核调试技术： 掌握 `printk` 调试、Magic SysRq Key 的使用，以及利用 KDB/KGDB 进行远程调试。 第十章：中断、异常与定时器机制 中断处理流程： 从硬件中断信号到 CPU 响应的完整路径，Top Half 与 Bottom Half（软中断/Tasklet/Workqueue）的设计模式。 工作队列（Workqueues）与软中断： 解释为何不能在中断上下文执行耗时的操作，以及如何安全地延迟执行任务。 系统定时器： 高精度事件的实现，包括 `jiffies`、高精度定时器（HRT）与时钟源（Clock Source）的协同工作。 第十一章：字符设备驱动与并发控制 Cdev 骨架搭建： 实现 `file_operations` 结构体，处理 `open`, `read`, `write`, `ioctl` 等关键接口。 同步原语的内核应用： 深入探讨自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）在并发驱动中的正确使用场景与陷阱。 中断安全与共享资源保护： 编写驱动时如何确保在多处理器环境中访问共享硬件寄存器的安全性。 --- 目标读者： 有 C 语言基础，希望从应用层深入到操作系统内核层的开发者。 需要定制内核特性、开发高性能 I/O 设备的嵌入式系统工程师。 对系统底层原理有强烈好奇心，致力于成为系统架构师的技术人员。 本书不侧重于特定应用场景的快速入门，而是以“知其所以然”为核心，提供了一套完整、严谨的 Linux 内核知识体系和工程实践方法。阅读本书后，您将能够自信地分析内核日志、优化系统性能瓶颈，并独立开发复杂可靠的内核级软件。

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这本书的封面设计得很有现代感，色彩搭配大胆，给人一种神秘又充满科技力量的感觉。初读之下，我立刻被作者对于信息安全的深刻洞察所吸引。它不是那种教科书式的枯燥讲解，而是充满了生动的案例和深入的思考。作者似乎有着丰富的实战经验，对于网络世界的阴暗面和光明面都有着独到的见解。读完之后，我对网络安全领域有了全新的认识，不再仅仅停留在表面的概念，而是开始思考更深层次的伦理和技术挑战。这本书的语言风格非常流畅，逻辑性极强，让人读起来欲罢不能，仿佛跟随作者进行了一场惊心动魄的数字探险。它成功地将复杂的技术概念转化为易于理解的故事，对于任何想了解网络世界运作机制的人来说，都是一本极佳的入门读物。

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老实说，我原本以为这会是一本比较晦涩难懂的书，但事实证明我的担忧是多余的。作者采用了非常平易近人的笔触，将原本高深莫测的领域，用一种近乎娓娓道来的方式呈现出来。尤其是在讲解一些核心原理时，作者总能找到绝佳的比喻来帮助读者建立直观认识，这一点做得非常出色。我尤其喜欢书中对“攻防转换”哲学的探讨，它教会了我如何从攻击者的角度去审视防御体系的薄弱环节。这本书的排版和用词选择也体现了专业性，没有过多使用生僻的行话，即使是初学者也能快速跟上节奏。读完后，我感到自己像是被一位经验丰富的导师引领着，走过了一段充满智慧的旅程。

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这本书的文字功底着实令人佩服，作者对语言的驾驭能力非常高超。读这本书就像是走进了一个逻辑严密、结构精巧的迷宫，每走一步都能发现新的线索和风景。我特别欣赏作者在阐述观点时所采用的对比手法，常常能将看似对立的两个概念巧妙地联系起来，引发读者的深度思考。比如，书中关于“自由与控制”的讨论，角度非常新颖，让我对数字时代的权力结构有了更清晰的认识。它不仅关注技术本身，更深入探讨了技术背后的社会影响和哲学命题。内容组织上，章节之间的过渡非常自然，使得整本书的阅读体验非常连贯和沉浸。这本书远超我对于“入门”类书籍的预期，它更像是一部引人深思的社会观察手记。

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这本书给我带来的冲击力是巨大的，它彻底颠覆了我对某些网络现象的固有看法。作者的叙事方式极具感染力，仿佛每一个章节都在向你揭示一个不为人知的秘密。阅读过程中，我时常会停下来，反复咀嚼某些句子，因为它们蕴含的信息量实在太大了。书中对某些安全协议和防御机制的剖析，细致入微，让人不得不感叹作者知识的广度和深度。它并非提供现成的“秘籍”，而是引导你建立起一套独立思考和分析问题的框架。这种启发性的写作方式，对我个人在处理日常数字生活中的安全问题时，提供了强大的思维工具。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的重塑。

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这本书的后劲十足，读完很久之后，其中的一些论点依然在我的脑海中回荡。它成功地营造了一种紧张刺激的氛围，仿佛每时每刻都有潜在的威胁在网络空间中涌动。作者对于未来技术趋势的预判非常精准，这使得本书的内容具有很强的时效性和前瞻性。我注意到书中对信息伦理和道德边界的探讨非常审慎，显示出作者极高的职业素养。它不仅仅是一本技术读物，更像是一部关于数字时代责任感的宣言。阅读体验是极度专注的，我几乎无法放下手中的书。这本书为我打开了一扇通往更深层次理解信息世界的窗户，其价值远超其纸面价格。

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