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出版者:Sams Publishing

作者:Mitch Waite

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1985-08

价格:USD 24.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780672224034

丛书系列:

图书标签:

• Unix
• 编程
• 高级
• 系统编程
• C语言
• Linux
• 开发
• 技术
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• 程序员

《深入Linux内核与系统调用编程实战》 本书旨在为有志于精通现代操作系统底层机制和系统级应用开发的工程师提供一本深度、全面且极具实践指导意义的参考手册。 面对当前信息技术领域对高性能、高可靠性和深度定制化需求的日益增长，理解操作系统如何调度资源、管理内存以及响应应用程序请求是构建下一代复杂系统的基石。本书避开了传统教材中对基础概念的重复阐述，而是直接深入到 Linux 2.6 及以上内核的实际工作原理中，结合最新的系统编程范式，为读者构建起一座从用户空间到内核空间的坚实桥梁。 第一部分：现代Linux内核架构与内存管理深度剖析 本部分致力于揭示现代Linux内核的宏观结构和微观运作细节，重点关注那些直接影响应用性能和稳定性的核心子系统。 第一章：内核编译、引导与模块化设计 我们首先探讨如何从源码级别理解Linux内核的构建过程，包括配置文件的精细调整（`make menuconfig`的深度解析）、交叉编译环境的搭建，以及Boot Loader（如GRUB2）如何与内核交互完成初始化。随后，深入讲解LKM（Loadable Kernel Modules）的生命周期管理，包括模块的加载、卸载、参数传递机制，以及如何利用内核日志系统（`printk`家族及其KMSG管理）进行高效调试。这一章不仅是理论介绍，更提供了针对特定硬件架构（如x86-64）进行定制化内核编译的详细实践步骤。 第二章：进程调度与上下文切换的真相 本章超越了对`fork()`和`execve()`的表面理解。我们详细分析CFS（Completely Fair Scheduler）的红黑树数据结构及其时间片分配算法。重点解析了上下文切换（Context Switching）的完整流程，包括寄存器状态保存、TLB刷新机制，以及系统调用进入和返回路径中特权级别转换的汇编级细节。此外，对实时进程调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）在工业控制和高性能计算中的应用场景进行了深入讨论。 第三章：虚拟内存管理（VMM）的精髓 内存是操作系统的核心资源。本章对Linux的虚拟内存系统进行了地毯式扫描。详细阐述了页表结构（Paging Structure）在多级翻译中的作用，TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存效应与刷新机制。重点内容包括： 内存分配器： 深入剖析Slab/SLUB/SLOB分配器的设计哲学，理解它们如何解决小对象分配的碎片化问题，并介绍`kmalloc()`和`vmalloc()`的本质区别。 缺页异常处理： 完整追踪一个Page Fault从硬件触发到内核处理的全过程，包括Demand Paging、Copy-on-Write (COW) 机制的实现细节及其性能权衡。 内存映射： 解析`mmap()`系统调用的内部工作流，如何将文件或匿名内存区域安全地映射到进程地址空间，以及Huge Pages (大页) 技术在数据库和虚拟化场景下的性能优化策略。 第二部分：系统调用接口与进程间通信（IPC）的底层实现 此部分是连接用户程序与内核服务的桥梁，专注于系统调用的执行流程、同步机制以及高效的进程间数据交换技术。 第四章：系统调用的内部机制与性能考量 本章系统地讲解了从用户态程序发起系统调用到内核态执行目标函数的完整路径。内容涵盖： 系统调用入口： x86-64架构下，理解`syscall`指令如何触发陷阱（Trap）或中断。 系统调用表（Syscall Table）： 查找与执行过程，以及用户空间与内核空间数据结构传递的安全校验机制。 性能优化： 探讨如何通过VDSO (Virtual Dynamic Shared Object) 机制实现对特定系统调用（如`gettimeofday`）的零开销查询，以及io_uring作为下一代异步I/O框架的底层设计与编程范式。 第五章：进程间通信（IPC）的高级技术 本书不满足于介绍传统的管道（Pipe）和信号（Signal），而是聚焦于现代高性能IPC机制： 共享内存（Shmem）与消息队列： 深入分析基于 System V IPC 和 POSIX IPC 的实现差异，特别关注MQUEUE在原子操作和消息边界处理上的优化。 套接字（Sockets）的内核实现： 剖析`AF_UNIX`（域套接字）如何提供比网络套接字更快的本地通信路径，以及Zero-Copy技术（如`sendfile()`）在数据传输中如何避免数据在内核缓冲区和用户缓冲区间的多次复制。 第六章：同步、互斥与内核数据保护 在多核系统中，正确管理并发访问是至关重要的。本章深入探讨内核如何保护其自身的数据结构： 锁机制的深入理解： 详细对比自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）、读写信号量（RW Semaphores）的应用场景与性能特征。 RCU (Read-Copy-Update) 机制： 重点解析RCU作为Linux内核中最高效的读多写少场景下的同步原语，从其数据结构和待处理列表的实现机制进行透彻讲解。 原子操作： 基于CPU硬件提供的原子指令，解释C11/GCC扩展的`__sync_fetch_and_add`等原语在无锁数据结构设计中的应用。 第三部分：文件系统、I/O子系统与网络协议栈集成 本部分将读者带入数据持久化和网络通信的领域，重点关注I/O调度器和网络协议栈的性能瓶颈分析。 第七章：VFS与主流文件系统的结构 本书解析VFS（Virtual File System）层，理解其如何抽象底层的文件系统操作。随后，我们深入考察Ext4和XFS等主流日志文件系统的Inode结构、数据块分配策略、Journaling（日志）机制，以及它们在处理大量小文件写入时的性能差异。探讨Inotify事件通知机制的内核实现细节。 第八章：块设备I/O调度器与异步I/O 系统地介绍块层I/O的完整路径，从用户的`read/write`请求到物理磁盘的扇区读写。重点分析Deadline、CFQ（Legacy）和BFQ（Budget Fair Queueing）等I/O调度算法的设计目标和适用场景。io_uring在此章节将作为现代异步I/O的主流技术进行深度实践，展示如何通过预先提交的命令队列，极大地减少系统调用开销。 第九章：内核网络栈的生命周期 本章针对网络性能优化工程师设计，详细描述一个TCP/IP数据包在内核中的旅程： Socket-to-Socket路径： 从用户空间`sendto`到内核协议栈处理，重点分析NAPI（New API）如何避免高负载下的中断风暴。 TCP拥塞控制算法： 探讨CUBIC、BBR等现代算法的设计思想，以及如何通过内核参数（如`net.ipv4.tcp_wmem`）进行调优。 数据结构： 深入理解`sk_buff` (Socket Buffer) 结构体的内存布局和其在协议栈中流转的开销。 附录：系统调试与故障排查实战工具集 提供一套实用的、基于内核提供的工具和技术，用于定位和分析性能瓶颈： eBPF/BCC工具集： 详细演示如何使用`tracepoints`、`kprobes`和`uprobes`动态地追踪系统调用延迟、函数执行时间及锁争用情况，实现对生产环境的非侵入式性能监控。 内核追踪： 使用`ftrace`和`perf`工具进行深度事件追踪和性能剖析。 本书的编写风格注重代码逻辑的严谨性、理论推导的完整性，并辅以大量的代码片段和真实场景下的故障分析案例，旨在将读者从“会用API”的层面提升至“理解系统为何如此运行”的专家级别。它不是一本面向初学者的入门读物，而是为那些需要深入定制、调试或开发高性能系统软件的工程师量身打造的进阶宝典。

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**颠覆了我对Unix编程的认知** 说实话，在读《Advanced Unix Programmers Guide》之前，我自诩对Unix已经 quite 熟悉了。每天都在命令行里遨游，各种工具信手拈来，觉得这系统也就那样了。然而，这本书简直就是一本“降维打击”，它用一种我从未设想过的方式，重新构建了我对Unix系统编程的认知框架。原本以为只是简单的函数调用，背后却隐藏着如此复杂而优雅的设计。书中对内存管理、线程同步、网络协议栈的剖析，简直是“庖丁解牛”，精准地展现了Unix如何高效地处理海量请求和复杂任务。我尤其着迷于作者对性能优化方面的讲解，那些关于系统调优、避免死锁、以及如何利用底层API提升程序效率的技巧，简直是“秘籍”一般的存在。每一次阅读，我都能从中挖掘出新的知识点，找到之前解决问题时的“盲区”。这本书的语言风格也很有特色，虽然内容严谨，但又不乏一些作者个人的见解和幽默感，使得阅读过程不至于枯燥乏味。它不是那种“照本宣科”的书，而是像一位经验丰富的老友，在娓娓道来自己毕生的武功秘籍。这本书的出现，彻底颠覆了我过去的编程习惯，让我开始从更宏观、更底层的角度去审视和设计我的Unix应用程序。

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**一本值得反复揣摩的技术巨著** 要说《Advanced Unix Programmers Guide》这本书，我只能用“叹为观止”来形容。它所呈现的内容，远超我对于一本“编程指南”的期待。作者不仅对Unix系统的工作原理有着近乎本能的理解，更将这些复杂的概念，以一种极其清晰、逻辑严谨的方式呈现在读者面前。从内存布局的细节，到信号传递的机制，再到网络套接字的精巧设计，书中每一个知识点都经过了深入的挖掘和细致的阐述。我特别欣赏书中对于并发编程的讲解，作者并没有停留在表面，而是深入剖析了各种同步原语（如互斥锁、条件变量）的工作原理，以及它们在实际应用中可能出现的各种问题和解决方案。这种“刨根问底”的精神，使得我对多线程程序的编写和调试有了质的飞跃。书中的案例代码都非常精炼且具有代表性，它们不仅仅是演示，更是对书中理论的有力佐证。我经常会花费大量时间去理解和消化书中的例子，每一次的理解都像是在脑海中构建起一座新的知识大厦。这本书的价值在于它的“恒久”，它不会因为技术的更新而过时，而是会随着你经验的增长，为你展现出更多层面的意义。

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**让我从“使用者”蜕变为“开发者”的里程碑** 在我开始阅读《Advanced Unix Programmers Guide》之前，我一直以为自己已经是一个合格的Unix用户了。我能够熟练地使用各种命令行工具，编写一些简单的shell脚本，也对一些常用的系统服务有所了解。然而，这本书的出现，让我深刻地意识到，我之前的认知是多么的浅显。它就像一把钥匙，为我打开了一扇通往Unix系统“内部世界”的大门。作者用一种近乎“解剖”的方式，详细地讲解了Unix系统的核心组件，包括进程管理、内存管理、文件系统、网络通信等等。我惊讶地发现，原来我们每天使用的各种命令和API，背后都隐藏着如此复杂而精妙的设计。书中对系统调用的详细说明，以及对各种底层机制的深入剖析，让我彻底理解了程序是如何与操作系统进行交互的。我最喜欢的部分是关于信号处理和异常捕获的内容，它让我深刻理解了程序的健壮性是多么重要，以及如何通过合理的错误处理机制来提高程序的稳定性。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的引导，它让我开始从一个“使用者”的角度，转变为一个能够理解并深度参与到系统设计和开发的“开发者”角度。它为我未来的编程生涯奠定了坚实的基础，也让我对Unix系统产生了更深的敬畏之情。

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**开启了我对系统底层探索的全新视角** 《Advanced Unix Programmers Guide》绝对是我近几年来读过的最有价值的技术书籍之一。它不仅仅是一本介绍Unix系统编程的书，更像是一扇通往系统底层奥秘的窗口。作者以极其详尽的笔触，剖析了Unix系统内核与用户空间应用程序之间的交互原理，让我对进程的创建与销毁、线程的生命周期管理、以及各种系统调用的具体实现有了全新的认识。书中对异步I/O、文件系统缓冲、以及进程间通信的深入探讨，为我解决实际开发中遇到的性能瓶颈提供了宝贵的思路。我尤其喜欢书中对各种“坑”的警示，那些关于竞态条件、资源泄露、以及程序异常处理的案例分析，让我避免了在项目开发中走许多不必要的弯路。这本书的深度和广度都令人惊叹，它涵盖了从基础概念到高级主题的方方面面，并且始终保持着严谨的科学态度。阅读过程中，我常常会结合自己的开发经验，将书中的理论与实际相结合，这种融会贯通的感觉，让我对Unix系统编程有了更加深刻的理解和驾驭能力。它不仅仅是一本“工具书”，更是一本能够启发思考、提升思维层次的“思想启蒙书”。

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**一本值得反复研读的编程圣经** 初次翻开《Advanced Unix Programmers Guide》，我便被其深邃的内容和严谨的逻辑所吸引。这本书并非市面上那些浅尝辄止的入门教程，它真正深入到了Unix系统编程的核心，为我揭示了许多隐藏在日常命令和API之下的精妙机制。从进程间通信的各种方式，到信号处理的细腻之处，再到文件I/O的底层原理，每一个章节都像是一场精心策划的探险，引导我一步步解开Unix系统的神秘面纱。作者的讲解清晰而透彻，即使是那些初次接触的概念，也能被梳理得井井有条。尤其让我印象深刻的是关于并发编程的章节，它不仅介绍了多线程和多进程模型，更深入剖析了它们在实际应用中的性能考量和潜在陷阱。阅读这本书的过程中，我常常会停下来，思考书中提出的问题，尝试着去复现那些例子，每一次的实践都让我对Unix有了更深刻的理解。这本书的价值在于它的厚重感和实用性，它不仅仅是理论的堆砌，更是无数实践经验的提炼。我相信，无论是在校学生还是经验丰富的开发者，只要对Unix系统编程有浓厚的兴趣，这本书都将是他们不可多得的宝藏。它会帮助你从一个“会用”Unix的人，变成一个“懂”Unix的人，甚至成为一个能够驾驭Unix系统，创造出强大应用的工程师。

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