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出版者:电子工业出版社

作者:电子工业出版社

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-12-01

价格:35.0

装帧:

isbn号码:9787505364547

丛书系列:

图书标签:

• PowerBuilder
• PB7
• 程序设计
• 开发工具
• 数据库
• 客户端开发
• Visual Basic
• 软件开发
• 编程入门
• 经典教程

好的，这是一份关于一本名为《深入理解Linux内核》的图书简介，内容详尽，旨在吸引对操作系统底层技术感兴趣的读者。 --- 图书名称：《深入理解Linux内核：从硬件到应用的全景解析》 作者：[虚构作者名，例如：王志强、李明德] 出版信息：[虚构出版社，例如：电子工业出版社、人民邮电出版社] --- 图书简介： 《深入理解Linux内核：从硬件到应用的全景解析》是一部面向系统程序员、内核开发者、资深系统工程师以及所有渴望洞悉现代操作系统奥秘的读者的重量级著作。本书以当前主流的稳定版Linux内核（如5.x系列或6.x系列早期版本）为蓝本，进行全面、深入的剖析，旨在揭示Linux系统在处理复杂任务、管理系统资源以及实现高性能运行背后的核心机制。 本书的结构设计遵循“自底向上、逐步深入”的原则，确保即便是面对高度抽象的内核概念，读者也能建立起清晰、直观的认知框架。我们坚信，理解Linux的性能和行为，必须从硬件交互的基础开始。 第一部分：奠基与启动——引导流程的奥秘 本部分着重于系统的“生命起源”——从按下电源按钮到第一个用户进程启动的全过程。 第一章：体系结构概述与汇编基础 首先回顾现代x86-64架构的特性，重点关注保护模式、分页机制以及中断描述符表（IDT）。我们将详细讲解BIOS/UEFI如何初始化硬件，并将控制权移交给Bootloader（如GRUB）。随后，深入分析Bootloader如何加载内核镜像，并设置初始的页表，最终跳转到内核的入口点（`start_kernel`）。这一章对理解后续所有内存管理和中断处理至关重要。 第二章：内核初始化与数据结构建立 内核的“苏醒”过程是复杂而精妙的。本章详述`start_kernel`函数内部的调用链，包括页内存管理器的初始化（Buddy System的建立）、伙伴系统、slab分配器的准备工作，以及如何初始化核心数据结构如进程描述符（`task_struct`）的骨架。我们将探讨内存区域描述符（`mem_map`）的建立，以及如何配置早期的内核日志系统。 第三章：中断与异常处理框架 硬件与软件交互的桥梁——中断。本章细致讲解了可编程中断控制器（APIC）的配置、中断向量的分配与映射。我们不仅讲解中断的硬件触发流程，更深入分析内核如何通过通用中断处理框架（如中断描述符、中断处理程序链表）来分发和处理来自计时器、键盘、磁盘等设备的信号。理解中断延迟的根源，始于本章。 第二部分：资源管理的核心——内存、进程与调度 这是操作系统的“心脏”部分，决定了系统资源的分配效率和公平性。 第四章：虚拟内存管理（VMM）的精髓 内存管理是Linux最复杂但也是最核心的模块之一。本章详细拆解虚拟地址到物理地址的转换过程，重点分析多级页表结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新机制以及Huge Pages的应用场景。我们将深入研究内核内存分配器，包括Slab/SLUB/SLOB的演进与选择，以及用户空间内存分配（如`malloc`背后的`brk`/`mmap`系统调用）是如何与内核协同工作的。我们还会分析内存压缩（kswapd）和内存去重（KSM）的工作原理。 第五章：进程管理与上下文切换 进程（Process）与线程（Thread）的本质区别在Linux中被统一模型所抽象。本章详述`task_struct`的完整结构，以及进程描述符的生命周期管理。我们详尽分析上下文切换（Context Switch）的开销与优化，包括寄存器保存、栈的切换，以及TLB的维护策略。对CFS（Completely Fair Scheduler）的剖析将是本章的重点，包括其核心数据结构——红黑树，以及时间片分配的公平性保障机制。 第四章：进程调度器深入解析（CFS与实时调度） 本章专注于调度策略。CFS如何通过虚拟运行时（vruntime）确保公平性？负载均衡（Load Balancing）机制在多核系统中的实现细节是什么？我们还将对比CFS与实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的工作差异，以及如何通过`nice`值和`cgroups`来控制进程优先级和资源份额。 第三部分：I/O与设备交互——系统调用的门廊 系统调用是用户空间与内核交互的唯一正式途径。本部分解析I/O栈的深度实现。 第七章：系统调用接口与用户态/内核态转换 本章详细描绘系统调用（如`read`, `write`, `open`）的执行路径。从用户空间的glibc封装，到内核中的系统调用表查找，再到参数的校验和传递。我们将分析不同CPU架构下（特别是x86-64）如何利用特定指令（如`syscall`/`sysenter`）实现快速的模式切换，以及内核栈与用户栈的隔离。 第八章：块设备与文件系统I/O 文件系统是数据的持久化载体。我们将以Ext4为例，剖析其元数据结构、目录项缓存（dentry cache）和inode缓存的维护。随后，深入探究页缓存（Page Cache）在读写操作中的核心作用，以及I/O调度器（如Deadline, Noop, MQ/BFQ）如何优化磁盘访问的物理寻道效率。分析`O_DIRECT`等特殊标志如何绕过缓存机制。 第九章：字符设备、网络栈与驱动模型 本章覆盖了非块设备的交互，特别是网络通信。我们将简要介绍字符设备驱动的注册与文件操作（`fops`）机制。随后，重点解析Linux网络栈的结构，从Socket接口到驱动层的DMA传输，包括数据包如何在内核中经历路由查找、校验、协议栈处理（TCP/IP）。 第四部分：系统的高级特性与调试 理解高级特性对于性能调优和问题排查至关重要。 第十章：同步原语与并发控制 内核是一个高度并发的运行环境。本章详尽介绍内核中用于保护共享资源的关键同步机制：自旋锁（Spinlock）、互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）以及RCU（Read-Copy-Update）。我们会分析不同锁在不同场景下的适用性与性能权衡，特别是RCU在读多写少场景下的性能优势。 第十一章：内核模块、追踪与调试工具 如何安全地扩展内核功能？本章讲解LKM（Loadable Kernel Module）的生命周期管理与符号导出。随后，本书将重点介绍现代内核调试利器：Kprobes、Ftrace框架和eBPF的底层机制。通过实例演示如何使用这些工具来追踪特定函数的执行耗时、分析系统调用延迟和监控调度器行为。 --- 本书特色： 1. 源码导向性强： 每一章节的关键数据结构和算法都直接引用并分析了对应内核版本的源码片段，使理论与实践紧密结合。 2. 聚焦现代实践： 不停留在过时的内核版本，而是紧密围绕当前生产环境中最常使用的内核特性进行讲解。 3. 兼顾宏观与微观： 既提供从启动到关机的高层流程图，也深入到汇编指令和特定锁原语的细节实现。 4. 面向实战问题： 书中穿插了大量“为什么会这样？”、“如何优化？”的实战案例，如缓存伪共享、锁竞争、I/O瓶颈的定位方法。 目标读者： 希望成为Linux内核开发者的工程师。 负责高并发、高性能服务器集群的系统架构师和运维工程师。 正在研究操作系统原理的计算机科学专业学生和研究人员。 希望深入理解自己所用软件性能瓶颈的中间件开发者。 《深入理解Linux内核》不仅仅是一本参考手册，它更像是一份详尽的“寻宝图”，带领你穿越迷雾，直抵操作系统的核心，掌握构建和优化现代计算系统的根本力量。阅读完本书，你将不再是Linux的使用者，而是其深刻的理解者和驾驭者。

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