UNIX系统V/386第4版设备驱动程序界面/驱动程序-核心界

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出版时间:1992-11
价格:30.00元
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isbn号码:9787505315747
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  • UNIX
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具体描述

深入理解现代操作系统内核与设备交互:下一代系统编程的基石 图书名称: 现代操作系统内核架构与设备驱动程序设计实践 作者: [此处可填入虚构的专家姓名,例如:王立群、李明哲] 出版社: [此处可填入虚构的出版社名称,例如:创新科技出版社] --- 内容简介: 在当今高度依赖高性能计算和实时数据处理的时代,操作系统内核的效率和灵活性直接决定了整个计算系统的上限。本书摒弃对过时或特定历史版本操作系统的深入探讨,完全聚焦于当前主流的、面向未来的操作系统内核架构,特别是那些在高性能服务器、云计算环境和嵌入式实时系统中占据核心地位的内核模型。我们旨在为系统程序员、内核开发者以及高级系统架构师提供一套全面、深入且具有极强实践指导意义的知识体系,用以驾驭复杂的硬件抽象层(HAL)和设备驱动程序(Device Driver)的设计与实现。 本书的编写严格遵循模块化、可移植性与安全性三大核心原则,全面覆盖了从硬件初始化到内核I/O子系统调度的全景图。 第一部分:现代内核的基石与抽象(Foundation & Abstraction) 本部分将对现代操作系统的核心结构进行一次彻底的解构和重塑。我们不会纠结于早期的单片内核演变历史,而是直接深入到微内核(Microkernel)的现代变种、混合内核(Hybrid Kernel)的优化策略以及安全增强型内核(如使用形式化验证或内存安全语言重写的部分)的最新进展。 进程与线程模型的新范式: 探讨现代内核如何处理用户空间与内核空间的上下文切换优化,重点分析轻量级进程(LWP)与用户级线程调度器的交互机制。我们将详细剖析内存保护机制的硬件支持(如SMEP/SMAP, MTE)如何被内核集成,以应对日益严峻的安全威胁。 内存管理的高级技术: 摒弃对传统分页机制的表面介绍,深入讲解大页(Huge Pages)的动态管理、内存压缩(Memory Compaction)算法的实时性考量、以及NUMA(非一致性内存访问)架构下内核的内存放置策略,这些是构建万亿级并发服务的基础。 中断处理与调度器的协同: 深入研究自旋锁(Spinlock)与互斥锁(Mutex)在多核环境下的性能瓶颈,并详细介绍现代内核如何利用读/写无锁数据结构(Lock-Free/Wait-Free Structures)来最小化内核级竞争。特别关注中断延迟(Interrupt Latency)的量化分析及中断处理程序(ISR)的设计规范,确保实时性。 第二部分:下一代I/O子系统与设备交互(Next-Gen I/O & Device Interaction) 这是本书的核心驱动力所在。我们将彻底革新对传统块设备和字符设备接口的理解,转而关注异步I/O、高性能网络栈以及异构计算设备的集成。 异步I/O框架的深度剖析: 详细介绍`io_uring`(或同类平台的异步I/O框架)的设计哲学,包括其环形缓冲区(Ring Buffer)的内存布局、事件批处理(Batching)机制以及如何实现零拷贝(Zero-Copy)的极致优化。我们将对比分析同步API(如传统`read`/`write`)在现代高并发场景下的局限性。 现代块设备驱动模型: 抛弃过时的请求队列模型,聚焦于多队列(Multiqueue)I/O架构(如NVMe/SCSI的最新规范)。讲解驱动程序如何与内核的I/O调度器(如BFQ、MQ-Deadline的现代演进)协同工作,实现对固态存储介质带宽和延迟的精细控制。 网络驱动程序的性能突破: 探讨数据平面开发包(如DPDK)与内核网络栈(如eBPF卸载)的集成策略。深入讲解中断合并(Interrupt Coalescing)、接收端扩展(RPS/RFS)的配置与调优,以及如何设计最小化系统调用的网络I/O路径。 第三部分:异构计算与可编程硬件接口(Heterogeneous Computing & Programmable Hardware) 本书紧密跟踪行业前沿,将系统编程的视野扩展到CPU之外的计算资源。 GPU/加速器驱动集成: 详细描述现代内核如何通过Direct Access Frameworks(如VFIO/PCI Passthrough)安全地将物理硬件资源隔离并分配给用户空间。分析内存虚拟化(如IOMMU/SMMU)在确保隔离性和数据一致性方面扮演的关键角色。 可编程内核组件(eBPF与模块化): eBPF(扩展的伯克利数据包过滤器)已成为内核扩展和可观测性的主流。本书将提供大量的实践案例,展示如何使用eBPF安全地钩挂(Hook)到内核函数、跟踪系统调用、并实现不重启系统即可更新的网络策略或安全策略。强调eBPF验证器的作用,确保扩展代码的安全性。 驱动程序生命周期管理与调试: 针对现代模块化内核,讨论驱动程序的动态加载、版本兼容性检查以及热插拔(Hot-Plug)支持。重点介绍基于内核调试器(KDB/KGDB的现代替代品)和追踪工具(Tracing Tools)的系统级故障诊断流程,强调如何从海量内核日志中快速定位I/O死锁或内存泄漏问题。 目标读者: 本书面向具备C语言基础,并对操作系统原理有一定了解的系统级软件工程师、内核模块开发者、高性能计算(HPC)系统集成专家,以及希望深入理解操作系统如何高效管理和调度硬件资源的资深技术人员。 本书的价值在于: 它不是对历史API的重述,而是对当前及未来数年内主导系统架构的驱动原理、性能优化手段和安全边界的权威性总结与前瞻性指导。掌握本书内容,意味着掌握了构建下一代高吞吐、低延迟系统的核心能力。

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这本书的装帧和字体选择,透露出一种严谨到近乎固执的专业态度。拿到手里,能感受到纸张的质感,那种略微粗糙但印刷清晰的触感,仿佛在提醒你,你正在阅读的不是一本可以轻松翻阅的入门读物,而是一份需要被认真对待的技术手册。我个人对于这种厚重的技术书籍有一种莫名的信赖感,它意味着作者投入了大量的时间去验证、去打磨每一个技术细节,而不是为了追求快速上市而草草了结。我尤其好奇书中对那些历史遗留问题是如何处理的——毕竟,像“V/386”这样的标识,暗示着对特定历史架构的关注。在如今万物皆虚拟化的时代,重温这些基础的硬件交互机制,反而能帮助我们更好地理解现在抽象层次下的设计决策,明白那些看似理所当然的便利背后,究竟牺牲了多少早期开发的复杂性。

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这本书的封面设计倒是挺有意思的,那种深沉的蓝色调,配上那种经典的等宽字体,一下子就让人感觉回到了那个充满着命令行和编辑器光标闪烁的年代。光是看着书脊,就能想象到里面得有多少硬核的知识点。我记得我当初买这本书的时候,是刚接触到Linux内核开发没多久,对于“设备驱动”这个概念还停留在理论层面,完全没有实战经验。那时候市面上的参考书,要么过于偏向概念,讲不清楚具体如何操作;要么就是针对某个特定硬件平台写得太细,通用性不强。所以,当我看到这本书的标题,特别是提到了“界面”和“驱动程序”,还带着一个“V/386”的字样,就觉得它可能提供了一个更扎实、更底层,同时又不失现代感的视角。我希望它能像一个经验丰富的老工程师,手把手地带我理解硬件和操作系统之间那层薄薄的“契约”,让我明白,每一次I/O操作背后,到底发生了哪些“魔法”。这本书的厚度也很有说服力,沉甸甸的感觉,就像是知识的重量,让人不敢轻视。

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我购买这本书的主要动机,是希望能够找到一套清晰的框架来理解设备驱动的生命周期管理。从模块的加载、初始化,到设备等待队列的管理,再到中断处理程序的设计与优化,每一个环节都充满了陷阱和挑战。我最希望能看到的是关于错误恢复机制的深度探讨。在实际工作中,驱动程序崩溃往往是系统中最难定位的问题之一,因为它涉及到时序性、硬件响应速度等不可控因素。这本书如果能提供一套系统的、可复制的调试方法论,而不是简单罗列API函数,那它对于我来说的价值就无可估量了。我希望它能教会我如何像一个真正的“硬件侦探”那样去思考,去追踪那些在内核深处悄无声息发生的、导致系统不稳定的微小事件。这种对鲁棒性和可靠性的追求,才是驱动程序艺术的精髓所在。

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说实话,我拿到这本书的时候,是想找一本能够系统梳理操作系统如何与外部设备交互的教材。我之前看过的几本关于操作系统的书,大多将I/O和设备管理部分处理得比较抽象,涉及到底层寄存器操作或者中断处理的部分,往往是一笔带过,美其名曰“非核心内容”。但这恰恰是我最感兴趣,也是工作中经常遇到的瓶颈所在。我特别关注那些关于“边界”的描述,即操作系统内核空间与用户空间之间的那道无形的墙,以及驱动程序如何充当翻译官的角色。我期待这本书能深入剖析这种跨越边界的机制,比如系统调用是如何被内核捕获并转发给相应的驱动模块的。我希望它能提供详尽的流程图和代码示例,最好能覆盖到不同类型的设备——无论是块设备、字符设备还是网络设备——它们各自在内核中是如何被抽象和管理的。这种对底层细节的执着,才是一个真正想搞底层开发的工程师所需要的“燃料”。

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在选择技术书籍时,我向来注重其“实用性”与“前瞻性”之间的平衡。这本看起来年代感十足的书籍,恰恰提供了一个难得的机会去审视那些经过时间考验的核心原理。我关注的重点在于其对“接口”的定义——即驱动程序需要遵循的规范和契约。操作系统作为一个宏大的工程,其稳定性很大程度上依赖于这些接口的清晰和不变性。我非常想知道,书中是如何解释和处理中断共享、DMA(直接内存访问)的安全机制,以及驱动程序如何与内核调度器协同工作,以实现对有限资源的公平分配。如果书中能提供一些关于性能调优的实践案例,比如如何减少上下文切换的开销,或者如何设计低延迟的I/O路径,那这本书就不仅仅是一本参考书,更像是一部关于系统性能哲学的论述。这种对“为什么”和“怎么做”的深入挖掘,是任何快速更新的技术文档都无法替代的。

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