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☆☆☆☆☆

出版者:Apress

作者:Sander van Vugt

出品人:

页数:424

译者:

出版时间:2008-12-02

价格:USD 44.99

装帧:Paperback

isbn号码:9781430216223

丛书系列:

图书标签:

• unix
• server
• linux
• Ubuntu Server
• Server Administration
• Linux
• System Administration
• DevOps
• Cloud Computing
• Networking
• Security
• Virtualization
• Automation

深入理解 Linux 内核与系统级编程 一本面向资深开发者与系统架构师的权威指南 本书并非关于 Ubuntu 服务器管理或特定操作系统部署的实用手册。相反，它将带您深入探索 Linux 操作系统的核心机制，聚焦于内核层面的工作原理、高级系统调用、内存管理以及并发控制的精妙设计。本书旨在为那些渴望超越应用层、直接与操作系统底层交互，构建高性能、高可靠性系统的专业人士提供一套全面的理论框架与实践蓝图。 --- 第一部分：解构 Linux 内核架构 本部分将彻底剖析现代 Linux 内核的组织结构，为后续的深入学习打下坚实的理论基础。 第一章：从用户态到内核态的旅程 我们将详细解析 CPU 权限级别（Ring 0, Ring 3）的差异与切换机制。重点阐述中断（Interrupts）和异常（Exceptions）如何被硬件触发，以及内核如何捕获和处理这些事件。内容涵盖中断描述符表（IDT）的结构、中断处理流程的各个阶段，以及软中断（SoftIRQs）在延迟处理中的关键作用。 第二章：进程与线程的本质 超越基础的 `fork()` 和 `pthread_create()` 调用，本书深入探讨进程描述符（`task_struct`）的内部结构，分析其如何承载一个进程的所有状态信息。我们将详细比较传统进程与轻量级进程（线程）在内核中的表示差异，并深入研究调度器（Scheduler）的设计哲学。重点剖析完全公平调度器（CFS）的红黑树数据结构、虚拟运行时（vruntime）的计算逻辑，以及实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的应用场景和优先级继承机制。 第三章：内存管理的宏观与微观视角 内存是操作系统资源中最关键的部分之一。本章将系统地介绍 Linux 内存管理单元（MMU）的硬件支持，以及内核如何抽象化物理内存。我们将详细解析伙伴系统（Buddy System）如何管理物理页框（Pages），slab/slub 分配器如何高效处理小对象的分配与回收。更进一步，我们将深入探讨虚拟内存（VM）子系统的核心——页表（Page Tables）的层次结构（PML4, PDPT, PD, PT），并解释地址转换的完整过程。 第四章：虚拟内存与地址空间布局 本章专注于用户空间和内核空间的内存划分，以及内存映射（Memory Mapping）机制。我们将全面解析 `mmap()` 系统的行为，区分私有映射与共享映射的区别。深入探讨按需调页（Demand Paging）的工作流程，包括缺页异常（Page Fault）的处理过程，以及内核如何动态地将数据从磁盘或交换分区（Swap）加载到物理内存中。我们还将讨论内存碎片化问题及其内核缓解策略。 --- 第二部分：系统调用与内核接口编程 本部分侧重于如何高效、安全地利用内核提供的丰富接口，并理解这些接口背后的同步与并发挑战。 第五章：系统调用的实现细节 系统调用是用户程序与内核交互的唯一桥梁。本章将解析不同架构（如 x86-64）下系统调用的入口机制（如 `syscall` 指令），以及参数传递、上下文保存与恢复的汇编级细节。我们将重点分析系统调用表（`sys_call_table`）的查找过程，并探讨如何通过 vDSO/vsyscall 机制实现部分系统调用的用户态加速。 第六章：文件系统与 VFS 抽象层 Linux 的统一文件访问接口——虚拟文件系统（VFS）是其强大灵活性的基石。本章将详细介绍 VFS 的核心数据结构：超级块（Superblock）、inode、dentry 和 file 结构体，以及它们如何抽象化底层的文件系统实现（如 ext4, XFS）。我们将深入研究文件打开、读写操作（`open`, `read`, `write`）的 VFS 层面处理流程，以及内核如何管理文件描述符表。 第七章：同步、互斥与并发控制 在多核处理器环境下，构建无锁或高效加锁的并发代码至关重要。本章将系统地介绍内核中的同步原语：自旋锁（Spinlocks）、信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）的适用场景与底层机制。更重要的是，我们将探讨RCU (Read-Copy-Update) 机制的精髓，理解它在读多写少场景中实现极高性能并发访问的原理。 第八章：内核模块化编程与调试技术 掌握如何扩展和调试内核是系统级开发者的必备技能。本章将指导读者编写和加载自定义内核模块（LKM），理解模块的初始化和退出流程。重点讨论使用 `printk` 之外的调试工具，如 KDB/KGDB 调试器，以及如何利用 ftrace 和 BPF (Berkeley Packet Filter) 工具链进行性能分析和事件跟踪，从而在不重启系统的情况下定位复杂问题。 --- 第三部分：网络协议栈的深度解析 本部分将深入到 Linux 网络子系统的核心，解析数据包从网络接口卡（NIC）进入内核，到最终交付给应用程序的全过程。 第九章：网络数据流与零拷贝技术 我们将追溯一个外部数据包如何穿越硬件中断，进入内核空间。核心内容包括对 NAPI (New API) 机制的深入分析，理解它如何平衡中断开销和轮询效率。我们将详细介绍 `sk_buff` (Socket Buffer) 结构的内部布局，以及内核如何使用 DMA（直接内存访问）技术来减少 CPU 介入，实现高效的数据传输。 第十章：TCP/IP 协议栈的内核实现 本书不满足于 TCP 协议的理论知识，而是剖析内核中 TCP 状态机的具体实现，包括连接的建立、数据的有序传输（序列号与确认号的管理）。重点分析拥塞控制算法（如 Cubic, BBR）在内核中的集成方式，以及如何通过 `netlink` 接口或 `/proc/sys/net` 调整运行时参数。此外，还将介绍 UDP 的快速路径处理流程。 第十一章：Socket 编程的高级内核视角 Socket 接口是用户程序与网络栈的交互点。本章将揭示 `socket()`, `bind()`, `listen()`, `accept()` 调用在内核中的具体执行路径。我们将探讨 TCP 缓冲区管理（发送队列和接收队列）的机制，以及 `select()`, `poll()`, 和 epoll 这三种 I/O 多路复用机制在内核中的实现差异和性能权衡。 --- 结语 本书的最终目标是培养读者一种“系统思维”——即在任何性能瓶颈或复杂错误出现时，能够自信地追踪其根源，无论是位于用户空间的代码、系统调用、内核抽象层、内存管理还是硬件中断处理流程。通过对这些底层机制的透彻理解，您将有能力设计和维护下一代对性能要求极高的分布式系统和基础设施软件。 目标读者： 操作系统内核开发者、高性能计算工程师、需要进行系统级性能调优的资深软件架构师，以及渴望深入理解计算原理的计算机科学研究人员。 前置知识要求： 扎实的 C 语言基础，熟悉汇编语言基础知识，对数据结构和算法有深入理解。熟悉至少一门系统编程语言（如 Go, Rust）的并发模型将有所助益。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

我对服务器性能调优的章节抱有相当大的期待，因为这是区分普通管理员和专家级工程师的关键领域。这本书在CPU调度器（如CFS）的配置优化上，仅仅停留在`sysctl`命令的几个基本参数调整上。我原本期望能看到如何利用perf工具进行深度火焰图分析，以识别应用程序中的热点代码路径，并据此调整CPU亲和性或中断处理程序的位置，但这些高端的性能诊断和优化技术在书中完全不见踪影。内存管理方面，对NUMA架构下的内存分配策略和跨节点访问延迟的优化讨论也相当薄弱，仅仅解释了Huge Pages的概念，却没能提供在数据库或内存数据库应用中如何有效地启用和验证这些页表。网络栈的调优，例如TCP窗口大小的调整、拥塞控制算法的选择（如BBR与CUBIC的对比），这些对高吞吐量场景至关重要的技术点，也仅仅是一带而过，没有提供任何基于实际网络负载测试的调优建议。这本书的性能部分，仿佛是停留在硬件资源充足的时代，对于资源受限或追求极致性能的现代环境指导意义有限。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和章节结构本身是清晰的，对于初次接触Ubuntu Server的用户来说，其引导性是毋庸置疑的。然而，作为一本声称面向“管理”的书籍，其对“维护”和“故障恢复”流程的论述却显得过于理想化和流程化，缺乏对现实世界中系统崩溃的应对策略。例如，当系统因不当的内核升级或驱动程序冲突而无法正常启动时，书中并未提供详细的“单用户模式”恢复步骤、如何使用Live CD环境挂载根文件系统进行修复，或者如何有效地利用GRUB菜单进行引导参数修改来绕过有问题的启动项。此外，对于灾难恢复计划（DRP）的构建，书中仅强调了备份的重要性，但对于构建异地容灾方案所需的自动化数据同步工具（如rsync的高级用法或专门的复制工具），以及如何进行定期的恢复演练和验证，这些至关重要的环节都没有被充分展开。一本实用的管理书籍，应当教会读者如何在“黑暗时刻”挽救系统，而这本书在展现系统运维的阴暗面和提供坚实的“急救”指南方面，明显不足。

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作为一名专注于安全加固的工程师，我对任何服务器管理书籍中关于系统安全的部分都抱有最高的审视标准。遗憾的是，这本书在安全章节的处理上，显得过于保守和脱节于当前的威胁模型。它花了不少篇幅讲解了iptables的配置，这本身是基础且必要的，但对于现代网络防御体系中至关重要的NFtables的迁移和高级规则集编写，却鲜有涉及。更令人不解的是，它对容器化安全，即Docker和Kubernetes环境下的网络隔离和镜像层级安全扫描流程几乎没有涉及，这仿佛是把这本书的时间线定在了十年前。在用户身份和访问管理（IAM）方面，书中对PAM（Pluggable Authentication Modules）的自定义和强化配置策略介绍得非常模糊，更不用提如何集成企业级的LDAP或Kerberos进行单点登录（SSO）的部署细节了。对于抵御高级持续性威胁（APT）时，如何利用审计框架（auditd）进行细粒度的内核事件监控和告警，这本书的描述如同纸上谈兵，缺乏实际操作的脚本和故障排除指南，使得安全部分显得肤浅且不具备实操价值。

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我带着极大的热情翻开了这本书，希望能从中找到一些关于存储和文件系统管理的“独家秘籍”，毕竟对于任何服务器而言，数据的完整性和I/O性能至关重要。然而，我的期望很快就破灭了。书中的LVM（逻辑卷管理）介绍中规中矩，讲述了如何创建和调整大小，但对于更高级的RAID级别（如RAID 10、RAID 6）在不同硬件下的性能差异分析，以及如何结合mdadm进行软件RAID的复杂故障排查，几乎是一笔带过。更让我失望的是，对于ZFS或Btrfs这种革命性的文件系统，书中只是蜻蜓点水般地提到了它们的快照功能，却完全没有深入探讨如何利用它们的校验和机制来对抗“比特腐烂”（Bit Rot），也没有讲解如何构建高性能的分布式文件系统集群（如Ceph或GlusterFS）。我迫切想看到关于存储层面的基准测试数据，比如在不同块大小和队列深度下，ext4与XFS在特定工作负载下的吞吐量和延迟对比，但这些专业数据分析在书中是缺失的。这使得这本书在服务器存储优化的讨论上，显得力不从心，缺乏足够的深度来满足对数据可靠性和性能有极致要求的读者。

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这本关于Linux系统管理的著作，坦白说，让我这位资深系统架构师感到有些意犹未尽。书中对网络服务的配置讲解得过于基础，像是面向完全的初学者。例如，在深入探讨高性能Web服务器集群的最佳实践时，作者仅仅停留在安装和启动Nginx的表面流程，对于如何利用Keepalived或HAProxy实现零宕机切换、如何精细调优内核参数以应对每秒数万次的并发请求，这些关键的“实战”内容几乎只字未提。我本来期待能看到关于SELinux或AppArmor在强制访问控制（MAC）层面如何与传统权限管理（DAC）协同工作的深度剖析，尤其是在处理微服务容器化场景下的安全上下文隔离策略，但这些内容在全书中似乎被刻意回避了。此外，对于现代数据中心越来越依赖的自动化运维工具如Ansible或SaltStack的集成应用，书中只是在最后的附录中草草提及，完全没有展示如何将服务器的初始配置、日常补丁管理乃至灾难恢复流程通过代码化实现，这在强调效率和标准化的今天，无疑是一个巨大的缺憾。总而言之，这本书更像是一本“Ubuntu Server 101”的入门指南，而非一本能指导专业人士应对复杂企业环境挑战的进阶手册。

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