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出版者:人民邮电出版社

作者:黄晓华

出品人:

页数:140

译者:

出版时间:2001-11-1

价格:22.0

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787115098245

丛书系列:

图书标签:

• qmail
• 邮件服务器
• 系统管理
• 网络安全
• Linux
• 服务器配置
• 邮件系统
• 技术指南
• 运维
• 网络管理

《深入理解Linux内核：从汇编到系统调用》 书籍简介 在当今的计算领域，Linux内核作为开源操作系统的基石，其复杂性与重要性不言而喻。本书并非聚焦于特定应用层工具或网络邮件传输代理的配置与优化，而是将读者的视野提升至操作系统最核心的层面，系统性地剖析Linux内核的内部运作机制。我们旨在为那些渴望超越“使用”层面，真正理解“为何如此运作”的系统架构师、高级程序员和内核开发者提供一本详尽的、可操作的参考指南。 本书的结构设计遵循从底层硬件抽象到高层系统服务的渐进路径，确保读者能够建立起坚实的理论基础和直观的实践认知。我们摈弃了对单一软件（如邮件系统）的深入探讨，转而关注操作系统共性的、跨越所有应用的基础设施。 第一部分：内核的基石——启动与硬件抽象 本部分是理解整个内核运行环境的起点。我们将详细追溯系统加电后，引导程序（Bootloader，如GRUB）如何将控制权移交给内核，以及内核映像如何在内存中解压和初始化自身。 引导过程与内存布局： 深入解析BIOS/UEFI与Bootloader的协同工作，首次进入内核时内存页表的建立过程。我们不仅会介绍分段到分页的转换，还会细致描绘内核代码、数据段、初始化栈等关键区域在物理和虚拟地址空间中的映射关系。 中断与异常处理： 硬件中断是内核响应外部事件的生命线。本章将详述中断描述符表（IDT）的结构，硬件中断的向量分配机制，以及内核如何通过中断处理程序（ISR）安全地保存现场、处理中断服务例程（如时钟中断、I/O中断），并恢复执行。异常，如缺页异常（Page Fault）和通用保护错误（General Protection Fault），的捕获与处理流程也被作为重中之重进行讲解。 CPU架构特定代码（Arch-Specific Code）： 内核为了实现跨平台兼容性，抽象出了一套统一的接口。本部分会重点剖析x86-64架构下的特定实现细节，包括程序状态字（FLAGS寄存器）、任务切换的上下文保存机制，以及如何利用MSRs（Model Specific Registers）进行性能计数和调试。 第二部分：进程与线程管理——并发的艺术 操作系统最核心的任务之一就是管理并发执行流。本书对进程和线程的描述将超越教科书式的定义，深入到内核数据结构和调度算法的实现层面。 进程描述符（`task_struct`）的深度解析： 我们将逐个字段解析`task_struct`结构体，揭示它如何承载一个进程的所有状态信息，包括进程ID、状态标志、内存管理信息、信号处理结构等。理解这个数据结构的精妙设计是理解进程生命周期的关键。 内存虚拟化与地址空间管理： 内存是进程赖以生存的环境。本章详细阐述了虚拟内存到物理内存的映射机制。重点剖析了页表的层次结构（PML4、PDPT、PD、PT），以及内核如何通过TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新和缓存失效来维护内存一致性。缺页异常的处理流程，包括匿名映射和文件映射的按需调入策略，将被细致描述。 调度器：从CFS到实时调度： 现代Linux主要采用完全公平调度器（CFS）。本书将用大量篇幅讲解CFS的“虚拟运行时”（vruntime）概念、红黑树的维护，以及它是如何保证不同优先级进程获得公平CPU时间的。此外，对实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的抢占机制和优先级继承协议也会进行深入探讨，以满足对低延迟有要求的应用场景分析。 第三部分：系统调用与用户空间交互 系统调用是用户空间程序与内核进行交互的唯一“合法的”桥梁。理解这个接口的性能开销和实现机制至关重要。 系统调用的陷阱机制： 我们将详述从用户态（Ring 3）通过`syscall`或`sysenter`指令进入内核态（Ring 0）的完整流程。这包括了系统调用号的查找、参数的传递，以及内核如何安全地执行相应服务例程。 核心系统调用的实现剖析： 我们不会泛泛而谈，而是选取几个具有代表性的系统调用进行源码级分析，例如： `fork`/`execve`： 深入解析如何复制进程的上下文、内存映射（写时复制Copy-on-Write, COW）以及加载新程序映像的过程。 文件I/O（`read`/`write`）： 探索虚拟文件系统（VFS）层如何隐藏底层文件系统的差异，以及请求如何路由到具体的文件系统驱动。 信号（Signals）的处理机制： 信号作为一种异步通知机制，其在用户态和内核态之间的传递、阻塞、恢复机制，以及如何安全地在用户空间执行信号处理函数，是并发编程中不可或缺的一环。 第四部分：内存管理与缓存子系统 内核对物理内存的高效利用是系统性能的决定性因素。 物理内存管理（Buddy System）： 详细介绍内核如何使用伙伴系统（Buddy System）来管理可分配的物理页帧。讨论内存的分配与回收过程，以及如何处理碎片化问题。 slab分配器： 对于频繁创建和销毁的小对象（如inode、dentry等），内核使用slab分配器来减少内存碎片和初始化开销。我们将分析slab/slob/slob 的演进，重点讲解slab缓存的维护和对象的构造/析构过程。 缓存压力与回写机制： 探讨内核如何管理页缓存（Page Cache），包括脏页的产生、何时会被回写（Writeback）到磁盘，以及如何应对内存压力时释放缓存页面的策略。 总结 本书旨在成为一本面向实践的、深入内核源码的工具书。它要求读者具备一定的C语言基础和对计算机体系结构的初步了解。通过对Linux内核核心概念和关键数据结构的系统梳理与源码追踪，读者将能真正掌握操作系统的底层逻辑，从而在性能调优、复杂故障排查和定制化系统开发中游刃有余。这本书提供的知识体系，是构建任何高级系统软件的基础。

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