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出版者:人民邮电出版社

作者:伊恩 • 米尔（Ian Miell）

出品人:异步图书

页数:332

译者:吴佳兴

出版时间:2018-2

价格:79.00元

装帧:平装

isbn号码:9787115474582

丛书系列:

图书标签:

• docker
• 计算机
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• ♥自学编程
• ●2018
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• 开发运维

图书简介：《深入理解Linux内核与系统编程》 本书旨在为系统级开发者、高级运维工程师以及所有渴望彻底掌握Linux操作系统底层机制的技术人员，提供一本全面、深入、且极具实践指导意义的指南。 区别于侧重于应用部署或特定工具链（如容器化技术）的著作，本书将读者的焦点完全引向Linux系统的“心脏”——内核的源代码结构、内存管理、进程调度、文件系统工作原理以及系统调用接口的实现细节。 目标读者群体： 对操作系统原理有扎实的理论基础，但缺乏对Linux内核源码级理解的工程师。 需要进行内核模块开发、性能调优或驱动程序编写的专业人士。 希望深入理解程序如何在操作系统中真正被执行的软件架构师。 --- 第一部分：内核的基石——架构与引导 本部分将带领读者穿越Linux启动的复杂流程，从BIOS/UEFI固件的初始化开始，逐步解析引导加载程序（如GRUB）如何将控制权移交给内核。 1.1 现代内核结构剖析： 详细讲解单体内核（Monolithic Kernel）的优势与挑战，对比微内核架构的演进思路。重点剖析内核的核心数据结构（如`task_struct`、内存描述符）的布局及其在C语言和汇编语言层面的实现。 1.2 引导序列与初始化： 深入分析`start_kernel()`函数的执行路径，理解内核如何设置初始的页表、初始化中断描述符表（IDT），并为第一个用户空间进程——`init`进程——的诞生做准备。我们将追踪汇编代码如何过渡到C代码的初始化流程。 1.3 中断与异常处理机制： 阐释硬件中断如何映射到软件向量，理解中断处理的上下文切换开销。详细介绍系统调用（System Call）的入口点，特别是现代x86-64架构中如何利用`syscall`/`sysenter`指令实现快速路径，以及与传统中断入口的区别。 --- 第二部分：资源的生命线——内存管理深度探索 内存是操作系统最核心的资源。本部分将彻底揭示Linux如何高效、安全地管理物理内存和虚拟内存，这是所有高性能应用的基础。 2.1 虚拟内存与物理内存的映射： 详细讲解多级页表（PGD, PUD, PMD, PTE）的结构，以及MMU（内存管理单元）如何在硬件层面实现地址转换。书中将包含具体的页表遍历示例代码片段。 2.2 内存分配策略： 深入分析内核内部的内存分配器。着重探讨Slab/SLUB/SLOB分配器的设计哲学，它们如何解决内核小对象分配的碎片化问题。对比`kmalloc()`、`vmalloc()`和用户空间的`mmap()`在内核视角下的区别。 2.3 页面回收与交换（Swapping）： 解析内核的内存压力处理机制。理解LRU（Least Recently Used）列表在页面回收中的作用，以及内核如何权衡主动内存回收（如pdflush/kswapd）与系统性能之间的关系。探讨不可回收内存（如缓存、缓冲区）的管理策略。 --- 第三部分：时间的掌控者——进程调度与同步机制 理解进程如何被安排执行，以及并发的挑战，是编写健壮并发程序的关键。 3.1 进程与线程的内核表示： 剖析`task_struct`结构体的完整内容，解释Copy-on-Write (COW)机制在`fork()`和`vfork()`中的应用，以及`clone()`调用如何提供细粒度的线程控制。 3.2 进程调度器详解（CFS）： 彻底分析完全公平调度器（Completely Fair Scheduler, CFS）的运行原理。讲解虚拟运行时（vruntime）的概念，以及红黑树（Red-Black Tree）如何在调度实体选择中发挥作用。探讨实时（Real-Time）调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的优先级抢占机制。 3.3 同步原语的实现： 深入研究内核层面的同步机制：自旋锁（Spinlocks）、信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）。分析在多核环境下，这些锁如何通过禁用中断或使用原子操作（Atomic Operations）来保证临界区的原子性。 --- 第四部分：数据流的通道——文件系统与I/O子系统 本部分关注数据如何持久化以及数据如何在内核和用户空间之间高效流动。 4.1 虚拟文件系统（VFS）： 详细介绍VFS层，包括`superblock`, `inode`, `dentry`, `file`结构体之间的关系，它们如何抽象化底层文件系统（如Ext4, XFS）的差异。 4.2 关键文件系统的内部机制： 选择主流文件系统（如Ext4）进行案例分析，剖析其日志（Journaling）机制如何保证数据一致性，以及数据块的分配与寻址方式。 4.3 I/O 栈的演进与现代异步I/O： 从传统的缓冲I/O（Buffer Cache）到页缓存（Page Cache）的演进。重点解析AIO（Asynchronous I/O）的内核实现，特别是`io_uring`接口的设计哲学，如何通过零拷贝（Zero-Copy）和事件驱动的方式，极大地提升高并发I/O的效率。 --- 第五部分：内核扩展与调试 理论知识最终需要转化为可运行的代码。本部分提供必要的工具和实践指导。 5.1 内核模块的生命周期： 讲解如何编写、编译和加载/卸载内核模块（LKM）。强调模块编程中必须遵守的规范，如锁的使用、内存分配的注意事项，以及如何避免内核崩溃。 5.2 性能分析与调试技术： 介绍利用内核自带的强大工具进行深度调试。详细讲解Kprobes/Jprobes如何实现非侵入式的函数跟踪，如何使用ftrace来分析调度延迟和中断延迟。展示如何通过分析`/proc/kallsyms`和`/sys/kernel/debug`来定位性能瓶颈。 本书的每一个章节都配备了大量的伪代码、真实的内核代码片段分析以及实验性的代码示例，确保读者不仅“知道”Linux如何工作，更能“看到”它是如何实现的。这不是一本面向初学者的入门手册，而是一部献给渴望深入底层、挑战系统极限的工程师的深度参考宝典。

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坦白讲，市面上关于容器技术的书籍汗牛充栋，但大多都停留在“是什么”的层面，缺乏“为什么”和“怎么做得更好”的深度。这本书的叙事逻辑非常严谨，它不是一本手册，而更像是一部技术演进史加上一本实战指南的结合体。作者对 Linux 命名空间（Namespaces）和控制组（cgroups）这些底层机制的解释，既不过分晦涩，又能让人掌握其核心原理，这对于理解容器的安全隔离模型至关重要。我以前总是依赖于默认设置，遇到问题时束手无策。现在，我能清楚地知道限制 CPU 资源和内存配额对应用性能的具体影响，并且能够根据实际负载进行精细调优。这种对底层原理的尊重和深入挖掘，使得这本书的价值远超一般的工具教程。它帮助我建立了一种基于“约束与隔离”的应用设计哲学，这对我设计下一代分布式系统架构至关重要。

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这本书简直是为我们这些在云原生时代摸爬滚打的工程师量身打造的！我最近接手了一个遗留系统的容器化改造项目，头都大了。传统部署的复杂性和依赖地狱简直让人抓狂，每次想更新个组件，都像是进行一场惊心动魄的赌博。自从开始啃这本书，我的焦虑感直线下降。它不仅仅是教你怎么写 `Dockerfile` 那么简单，而是深入剖析了如何构建真正高效、安全且可维护的镜像。书里关于多阶段构建的讲解，简直是醍醐灌顶，我终于明白了为什么我之前的镜像总是臃肿不堪，部署起来慢吞吞的。特别是关于如何优雅地处理缓存层的策略，那些小技巧，如果不是资深专家手把手教，我们这些半路出家的根本想不到。现在我们团队的构建时间缩短了近一半，这直接转化为我们能更快地交付新功能，客户满意度都提高了。我特别欣赏作者在强调最佳实践时那种务实的态度，没有空泛的理论，全是实战中踩过坑总结出来的金玉良言，感觉就像身边有个技术大牛随时指导。

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对于想要从零开始系统学习容器化技术的初学者来说，这本书的入门体验极佳，但更让我惊喜的是，它对资深开发者也充满了启发性。它的内容组织非常有层次感，从最基础的镜像分层到高级的 Registry 镜像安全策略，过渡得非常自然。我注意到作者在介绍 Dockerfile 指令时，总是会附带一个“反面教材”或者一个“性能陷阱”的提示，这种对比教学法，极大地加深了读者的印象。我之前写 Dockerfile 总是凭感觉，比如什么时候该用 `ADD` 什么时候该用 `COPY` 这种细微差别，书中都有明确的指导和理由。特别是关于如何最小化基础镜像大小的章节，作者提供了一系列精妙的清理和压缩技巧，让我意识到我过去浪费了多少宝贵的存储空间和部署带宽。这本书成功地平衡了广度与深度，让你在学会“如何做”的同时，也理解了“为什么这么做是最好的选择”。

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我是一个刚刚从传统虚拟化环境转到容器化基础设施的系统管理员，对 Docker 这种“轻量级”的封装技术一直持观望态度，总觉得少了点“实在感”。但读完这本书后，我对现代应用部署的范式有了彻底的转变。它没有一上来就用那些深奥的术语把你绕晕，而是用非常生活化的比喻，解释了容器与虚拟机的本质区别，以及为什么在微服务架构下，容器是更优解。最让我印象深刻的是关于网络和存储的章节。以前配置跨主机的网络，各种 IP 路由规则搞得我焦头烂额，但书中对 Overlay 网络和自定义 CNI 插件的解析清晰到令人发指，我第一次真正理解了容器之间是如何“互相看见”的。至于数据持久化，那些关于卷（Volume）的生命周期管理和性能考量，让我意识到之前简单粗暴地挂载共享目录是多么危险。这本书真正做到了由浅入深，它赋予了我信心，让我有底气去规划和维护一套基于容器的生产环境，而不是仅仅停留在运行 `docker run hello-world` 的层面。

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作为一名专注于提升 CI/CD 流程效率的 DevOps 工程师，我一直在寻找那种能真正打通开发到运维“最后一公里”的工具和方法论。这本书在自动化和可重复性方面的论述，对我来说价值连城。它不仅仅是介绍 Docker Compose，而是将容器技术融入到了整个软件交付管道中。我尤其喜欢它详细介绍如何将安全扫描集成到构建流程中的部分。我们过去经常因为镜像里引入了未知的漏洞而导致发布延迟，但这本书提供了一个清晰的蓝图，教你如何在镜像创建的早期阶段就植入质量门禁。更棒的是，它并没有停留在 Docker 本身，而是巧妙地将 Kubernetes 的部署思路融合进来，让你在学习容器化应用打包的同时，也预习了容器编排的思维模型。读完后，我立刻组织了一次内部培训，根据书中的指导重构了我们的 Jenkinsfile，现在每次构建都会自动生成可追溯的SBOM（软件物料清单），这对于合规性要求高的项目来说，简直是雪中送炭。

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还是挺实用的。

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这本书毁在印刷上......

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这本书毁在印刷上......

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各种小技巧

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