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出版者:北京大学出版社

作者:(美)Charlie Russel Sharon Crawford

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-04-01

价格:268.0

装帧:

isbn号码:9787900632142

丛书系列:

图书标签:

• Windows 2000 Server
• 系统管理
• 服务器管理
• 网络管理
• Active Directory
• 组策略
• IIS
• DNS
• DHCP
• 安全管理

《Linux系统内核原理与实践》 本书是一部深入剖析当代主流操作系统——Linux内核设计思想、核心数据结构、关键子系统实现机制的权威性技术著作。它旨在为具有一定操作系统基础的开发者、系统架构师以及高级系统工程师提供一个全面、透彻、实战导向的内核学习蓝图。 --- 第一部分：内核基础与编译环境搭建 第一章：Linux内核概述与发展脉络 本章首先界定了操作系统的核心职能，并将Linux内核置于现代操作系统的技术谱系中进行定位。详细阐述了Linux从Minix衍生到当前多架构支持的演进历程，强调了其遵循GPL协议的开放性对生态系统的深远影响。内容涵盖了单体内核（Monolithic Kernel）与微内核（Microkernel）的设计哲学对比，并清晰阐述了Linux作为混合式内核所采用的平衡策略。 第二章：源码获取、配置与编译 精确指导读者如何从官方渠道获取最新稳定版或特定历史版本的内核源码。重点讲解了内核配置工具——`menuconfig`、`xconfig`、`gconfig`的使用方法和差异。读者将学习如何根据目标硬件和应用需求，精细化地启用或禁用内核特性、驱动模块，从而生成满足特定性能或资源限制的定制化内核。随后，提供详细的交叉编译和原生编译流程，包括编译工具链的准备、Makefiles的理解以及启动映象（如`vmlinuz`）的生成过程。 第三章：内核模块化编程入门 现代Linux内核的灵活性很大程度上依赖于模块化架构。本章深入讲解Linux内核模块（LKM）的生命周期管理，包括模块的加载（`insmod`）、卸载（`rmmod`）、初始化函数和退出函数的编写规范。通过实际示例，演示如何编写一个简单的“Hello World”模块，并展示如何使用内核日志系统（printk）进行调试输出。此外，还探讨了模块的依赖关系管理和符号导出机制。 --- 第二部分：核心数据结构与内存管理 第四章：进程与线程的抽象 系统调度的基础是进程和线程的管理。本章详细解析Linux中进程的抽象表示——`task_struct`结构体，剖析其内部字段的含义，例如进程状态标志、PID/TID管理、内存描述符指针等。区别和对比进程与线程在内核中的实现异同，重点阐述了轻量级进程（LWP）的概念。 第五章：调度器深度解析 本章聚焦于Linux 2.6及后续版本中引入的完全公平调度器（CFS, Completely Fair Scheduler）。详细解释CFS如何通过虚拟运行时（vruntime）概念实现公平性，以及红黑树在调度实体管理中的作用。同时，涵盖实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）以及调度类的分层结构，包括中断调度（IRQ）和实时任务调度。 第六章：虚拟内存与物理内存管理 内存管理是内核最复杂的子系统之一。本章首先建立虚拟地址到物理地址转换的理论基础，讲解页表（Page Table）的层级结构（三级/四级）。随后，深入探讨物理内存的管理，包括伙伴系统（Buddy System）如何高效地分配和回收具有2的幂次大小的内存块。最后，讲解内存池（Mempools）和可分配/不可分配内存区域的区分。 第七章：内核空间的内存分配器 除了伙伴系统管理的大块内存外，内核还需要管理小内存对象的频繁分配和释放。本章重点介绍Slab/SLUB/SLOB分配器的设计原理，解释它们如何解决内存碎片化问题并提高缓存局部性。提供实例说明如何使用内核API（如`kmalloc`, `vmalloc`）进行不同约束下的内存分配，并讨论内存泄漏的调试技巧。 --- 第三部分：系统调用、中断与设备驱动 第八章：系统调用接口的实现 系统调用是用户空间与内核交互的唯一桥梁。本章解析x86_64架构下系统调用的执行流程，从用户空间的库函数（如glibc）封装开始，经过陷阱（Trap）或中断向量，最终定位到内核中的系统调用处理函数。详细展示系统调用表（syscall table）的结构，并剖析参数传递和返回值机制。 第九章：中断处理与异常机制 深入剖析硬件中断是如何被CPU接收、内核如何识别并分发处理程序的机制。讲解中断描述符表（IDT）的配置。重点区分硬中断（IRQ）与软中断、tasklet和工作队列（Workqueues）的用途和应用场景，阐述如何在中断上下文和进程上下文中安全地执行代码。 第十章：字符设备驱动模型 本章作为设备驱动的入门，聚焦于最基础的字符设备驱动的开发。详细介绍Linux字符设备驱动的三大核心结构：`file_operations`、`cdev`和`class`。通过一个完整的示例（如一个虚拟字符设备），演示如何实现`open`, `read`, `write`, `ioctl`等关键操作，并讲解设备节点的创建与权限管理。 第十一-十三章：块设备、网络子系统与文件系统 后续章节将扩展对其他核心子系统的介绍： 块设备I/O栈： 分析请求队列（Request Queue）、I/O调度器（如Deadline, Noop, MQ）如何优化磁盘访问，以及缓冲区缓存（Buffer Cache）和页缓存（Page Cache）的作用。 网络协议栈： 讲解数据包从网卡驱动进入内核，经过套接字层、传输层（TCP/UDP）到网络层（IP）的处理流程。介绍socket API与内核数据结构（如`sk_buff`）的对应关系。 虚拟文件系统（VFS）： 阐述VFS层如何提供统一的接口来抽象化各种具体文件系统（如Ext4, XFS）。重点解析inode、dentry和superblock等关键VFS对象的作用。 --- 第四部分：同步机制、调试与性能分析 第十四章：内核同步原语 在多处理器环境下，保证数据一致性至关重要。本章详尽分析Linux内核提供的同步机制：自旋锁（Spinlocks）、互斥体（Mutexes）、信号量（Semaphores）的适用场景和底层区别。特别强调顺序锁（Seqlocks）和读写信号量（RW Semaphores）的使用时机。 第十五章：内核调试与追踪技术 教授读者如何高效地定位内核级错误。内容涵盖：使用GDB/KGDB进行远程内核调试、利用Kprobes/Jprobes进行动态代码插装、内核日志分析以及使用`ftrace`框架进行函数调用追踪和性能瓶颈分析。 第十六章：性能分析工具集 本章介绍用于深入分析系统性能的工具，例如`perf`工具的使用，如何利用硬件性能计数器（PMC）来分析CPU缓存命中率、分支预测失误等底层指标。结合实际案例，演示如何通过性能数据来指导内核代码的优化方向。 --- 本书特点： 1. 代码驱动： 每一项关键机制的讲解都紧密结合最新的Linux内核源码片段（以稳定版内核为例）。 2. 实践为重： 穿插大量的驱动开发、内核模块编写和性能调优的实战案例。 3. 架构视角： 侧重于理解不同子系统间的协同工作方式，而非孤立地介绍API。 目标读者： 操作系统专业学生、嵌入式系统工程师、需要深入理解和定制Linux底层功能的系统程序员。

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