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出版者:电子工业出版社

作者:艾克武

出品人:

页数:807

译者:

出版时间:2000-4

价格:79.00元

装帧:

isbn号码:9787505356924

丛书系列:

图书标签:

• 网络技术
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• 网络工程
• 数据通信
• TCP/IP
• 网络协议
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• 网络规划
• 网络设计
• 路由器交换机

《深入理解Linux内核架构与实践》 内容简介： 本书旨在为系统级程序员、内核开发者以及对操作系统底层原理有浓厚兴趣的技术人员提供一份详尽、深入且贴近实战的Linux内核剖析指南。我们聚焦于现代Linux内核的核心机制、设计哲学以及在真实世界环境中的高效实现，而非侧重于基础网络协议栈的搭建或应用层网络编程范式。 全书内容围绕进程调度、内存管理（特别是虚拟内存与物理内存的映射、伙伴系统与slab分配器）、文件系统核心（如ext4/XFS的元数据管理与页缓存机制）以及系统调用接口的实现细节展开。我们采用自顶向下、再由内而外的方式，首先概述整个内核的模块化结构，随后逐层剥开其复杂的内部构造。 第一部分：内核的基石与启动流程 本部分将详细解析Linux系统的启动过程，从BIOS/UEFI到引导加载程序（如GRUB）的接管，直至内核的解压缩、初始化和第一个用户态进程（init/systemd）的诞生。我们将深入探讨Bootlineterfs的作用，以及内核如何建立初始的内存映射结构。重点内容包括中断描述符表（IDT）的初始化、时钟源的配置，以及早期内存分配器的建立。理解这些基础步骤对于调试内核早期崩溃至关重要。 第二部分：进程管理与调度策略 进程和线程是操作系统的核心抽象。本书将花费大量篇幅探讨Linux内核如何管理这些实体。我们不仅仅停留在`task_struct`结构的描述，而是深入研究调度器的演进。特别关注完全公平调度器（CFS）的实现原理，包括其核心数据结构——红黑树的运作方式，以及虚拟运行时间（vruntime）的计算与选择机制。对于实时（RT）调度策略（如SCHED_FIFO和SCHED_RR），我们将剖析其在优先级继承和抢占点上的特殊处理。此外，对于上下文切换的汇编级实现细节（如寄存器保存与恢复），也将进行深入的分析，揭示其性能开销的来源。 第三部分：精细的内存管理艺术 内存是现代计算资源中最宝贵且最易被误用的资源。本书将系统地讲解Linux内核的内存管理单元（MMU）的抽象与实现。 虚拟内存（VM）系统：详细阐述页表（Page Table）的层级结构（4级/5级），以及内核如何通过`mm_struct`来管理进程的地址空间。我们将剖析按需调页（Demand Paging）的机制，包括缺页异常（Page Fault）的处理流程，内核如何决定是从交换区（Swap）还是直接从文件系统加载数据。 物理内存管理：深入解析伙伴系统（Buddy System），理解它如何高效地管理和分配不同大小的物理页帧，以及合并（Coalescing）操作的内部逻辑。对于内核对象的小型分配，我们将详细剖析Slab/SLUB/SLOB分配器的设计，解释它们如何通过缓存对象来减少内存碎片和提高分配速度。 内存回收与压力管理：探讨工作负载内存回收（kswapd）的触发机制，OOM Killer（Out-Of-Memory Killer）的评分算法及其与`cgroups`的交互，确保系统在极端内存压力下仍能保持一定程度的稳定性。 第四部分：文件系统与I/O子系统 本书侧重于文件系统元数据操作和缓存机制，而非特定文件系统的用户级使用教程。 虚拟文件系统（VFS）：解析VFS层如何提供统一的接口来屏蔽底层EXT4、XFS或Btrfs的差异。重点剖析`superblock`、`inode`和`dentry`这三大核心数据结构的相互关系和生命周期管理。 页缓存与回写：深入研究页缓存（Page Cache）在加速文件I/O中的作用，以及内核如何通过`buffer_head`和`address_space`结构来管理脏页（Dirty Pages）的回写策略。我们将分析`pdflush`/`bdi`机制如何异步地将数据刷入持久化存储，以保证系统性能和数据一致性。 第五部分：系统调用与内核模块化 系统调用是用户空间与内核交互的唯一安全通道。我们将详细分析系统调用入口（Syscall Entry）的实现，包括陷阱/中断分派、参数传递和返回处理，尤其关注现代内核如何使用vDSO来加速部分系统调用的执行。 此外，本书将探讨内核模块（LKM）的加载、初始化和卸载机制，包括符号解析和地址重定位，为定制化内核功能或驱动开发提供坚实的基础知识。 目标读者： 本书假定读者已经具备扎实的C语言基础，熟悉基本的数据结构与算法，并对操作系统的基本概念（如进程、内存、I/O）有宏观的了解。它适合于希望从“使用”Linux转向“理解和修改”Linux内核的专业人士。全书辅以大量的内核源代码引用和逻辑流程图，确保理论与实践的紧密结合。

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