Linux基础及应用习题解析与实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:谢蓉

出品人:

页数:202

译者:

出版时间:2008-6

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787113080556

丛书系列:

图书标签:

• Linux
• 基础
• 应用
• 习题
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Linux系统内核精讲与性能调优实战 内容简介： 本书深入剖析了现代Linux操作系统的核心机制与运行原理，旨在为系统级工程师、资深开发者以及希望彻底掌握Linux底层技术的读者提供一套全面且实用的技术指南。全书结构清晰，从基础概念入手，逐步深入到复杂的功能模块，并结合大量的实际案例和性能优化策略，确保读者能够将理论知识转化为解决实际问题的能力。 第一部分：Linux内核结构与编译 本部分详细介绍了Linux内核的整体架构，包括单体内核与微内核的对比分析，并着重阐述了Linux作为一种混合型内核的独特设计哲学。读者将学习到内核的初始化流程，从Bootloader到用户空间第一个进程`init`的启动过程，理解BIOS/UEFI与内核之间的交互机制。 重点章节涵盖了内核的内存管理子系统。我们将深入探讨虚拟内存、物理内存的组织方式，包括伙伴系统（Buddy System）如何管理物理页帧，以及Slab/SLUB/SLOB分配器在内核对象分配中的作用。此外，我们还将详细解析进程地址空间布局（VMA）、页表机制（Paging），以及缺页异常（Page Fault）的处理流程，解释为什么内存操作的性能至关重要。 内核模块化是Linux的一大特色。本书详细讲解了内核模块的编译、加载与卸载，包括如何编写自定义的字符设备驱动程序骨架。读者将学习到模块间的依赖关系管理、参数传递机制，以及如何利用`module_init`和`module_exit`宏正确地初始化和清理资源。 为了确保系统的稳定性和可定制性，内核编译与配置是必不可少的一环。我们将指导读者如何从源码开始，配置、编译并安装一个新的内核版本。内容涵盖`make menuconfig`的导航技巧，关键配置选项（如调度器类型、文件系统支持、调试选项）的选择依据，以及如何针对特定硬件平台进行交叉编译的实践经验。 第二部分：进程管理与调度 进程是操作系统的核心抽象。本部分着重于进程与线程的生命周期管理。我们将剖析Linux中进程描述符（`task_struct`）的内部结构，理解PID、TID与CLID的关系。内容将扩展到进程创建（`fork`和`vfork`的差异）、上下文切换（Context Switch）的汇编级实现细节，以及僵尸进程和孤儿进程的清理机制。 调度算法的精妙之处是本书的另一大亮点。我们不仅介绍传统的CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）的工作原理，包括虚拟运行时（vruntime）的计算、红黑树的使用，以及调度实体的选择过程，还将深入探讨实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的应用场景和优先级继承协议。 为了应对多核系统的挑战，我们会详细讲解负载均衡（Load Balancing）机制，包括周期性唤醒、拉取负载和迁移任务的策略。读者将学习到如何通过`/proc/sys/kernel/`下的参数微调调度器的行为，以满足高吞吐量或低延迟的不同需求。 第三部分：系统调用与中断处理 系统调用（System Call）是用户空间程序与内核交互的唯一安全通道。本书将详尽解析系统调用的实现路径，从用户空间的库函数调用（如glibc的封装）到内核态的陷阱（Trap）处理，再到系统调用号的分发与执行。我们将以常见的`read`, `write`, `mmap`为例，展示数据如何在用户空间和内核空间之间安全地传递。 中断（Interrupt）与异常（Exception）是硬件与软件协同工作的基石。本部分详细描述了中断向量表、中断描述符表（IDT）的结构。内容包括硬件中断的接收流程、中断处理的下半部机制——软中断（SoftIRQ）和工作队列（Workqueue）的使用场景区分，以及为什么内核必须在中断上下文（Interrupt Context）中保持执行时间极短的原则。 第四部分：同步机制与并发控制 在多处理器环境中，并发访问共享资源是导致Bug和性能瓶颈的常见原因。本书全面梳理了Linux内核提供的同步原语。这包括自旋锁（Spinlock）的用途与限制、信号量（Semaphore）的应用，以及互斥锁（Mutex）的实现细节。我们会分析在不同场景下（如中断上下文、持有中断禁止状态）选择哪种同步机制的最佳实践。 更进一步，我们将探讨RCU（Read-Copy-Update）机制。RCU作为内核中最重要的高性能并发技术之一，本书将用大量篇幅解释其“快读慢写”的哲学，包括其延迟保证、数据结构的遍历模式以及各种RCU变体的应用场景，如SRC/RCU和callback机制。 第五部分：Linux性能分析与调优 理论知识的最终价值体现在性能提升上。本部分专注于提供一套系统的性能分析工具链与方法论。 我们将重点介绍基于eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）的新一代动态追踪技术。通过`bcc`工具集（如`execsnoop`, `biosnoop`, `profile`），读者可以无侵入式地监控系统事件、跟踪函数调用栈、分析I/O延迟和网络栈的性能瓶颈。 针对CPU性能，我们将讲解性能计数器（PMC）的使用，如何通过`perf`工具捕获硬件事件（如Cache Misses, TLB Misses），并结合火焰图（Flame Graph）进行可视化分析，快速定位热点函数。 在内存和I/O方面，本书涵盖了缓存污染的识别、NUMA架构下的内存放置策略，以及如何调优调度器和文件系统VFS层以减少延迟。例如，如何正确设置`vm.swappiness`、`dirty_ratio`等内核参数，以及分析磁盘I/O调度器（如MQ/BFQ）的性能影响。 第六部分：内存管理深度优化 本部分将内存管理的复杂性推向极致。我们将探讨内核的内存回收（Reclaim）机制，包括页回收的触发条件、LRU列表的管理，以及如何利用CGroup来限制进程的内存使用并进行OOM（Out-of-Memory）处理。 此外，针对大型数据库和虚拟化场景，本书深入讲解了Huge Pages（大页）的配置与使用，分析它们如何减少TLB Miss率，以及在应用层面如何通过`madvise`等系统调用来优化内存访问模式。 总结： 本书拒绝停留在表面的命令介绍，而是致力于揭示Linux系统的“黑箱”内部工作原理。通过对内核源代码级别的探索和大量的实战调优案例的剖析，读者将建立起一个坚实、全面的Linux系统底层认知框架，能够自信地诊断和解决最棘手的系统性能问题。

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让我印象深刻的是这本书对系统性能优化的讨论部分。很多基础教程往往在网络和内存管理部分就戛然而止，但这本书将内核参数调优、I/O调度器选择乃至系统调用层面的性能考量都囊括了进来，这使得本书的受众群明显向上延伸，不再局限于纯粹的入门新手。作者对于不同硬件架构下如何进行最优配置的探讨，展现了其深厚的底层功底。特别是关于虚拟文件系统（VFS）和缓存机制的论述，其深度已经达到了中高级系统管理员的水准。对于那些希望从“会用Linux”迈向“精通Linux性能调优”的读者来说，这本书提供了从基础理论到高级实践的完整路线图，是一本可以长期放在手边，随时查阅和学习的工具书。

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这本书的语言风格非常接地气，读起来就像是一位经验丰富的工程师在手把手地指导你，而不是冷冰冰的学术报告。作者大量使用了贴近日常工作场景的案例和比喻，使得原本晦涩难懂的Shell脚本编程和网络配置瞬间变得鲜活起来。例如，在讲解管道和重定向时，作者引入了一个形象的“流水线”模型，一下子就让初学者明白了数据流动的方向和控制点。这种叙事手法极大地降低了入门门槛，让那些对命令行心存畏惧的人也能迅速建立起信心。更赞的是，书中穿插了一些“老兵心得”或者“常见陷阱”的提示，这些往往是官方文档中不会提及，却在实际工作中至关重要的经验之谈，读起来让人感觉物超所值，仿佛是花钱请了一位资深顾问。

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从一个实验指导的角度来看，这本书的设计哲学是高度实战导向的。每一个理论章节后面几乎都紧跟着一系列精心设计的、由浅入深的实验项目。这些实验的设计非常巧妙，它们不仅验证了前述的理论知识，更重要的是，它们模拟了真实的工业环境问题。例如，有一个实验要求我们搭建一个简单的多层服务架构并进行故障排查，这几乎等同于小型企业服务器的日常维护工作。手册的引导非常细致，它不会直接告诉你答案，而是提供足够的线索和检查点，引导你通过自己的思考去解决问题，充分体现了“授人以渔”的教育理念。完成这些实验后，那种成就感是看书无法比拟的，它真正将“知道”转化为了“做到”。

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深入阅读这本书后，我最深刻的感受是它在理论深度与实践操作之间找到了一个近乎完美的平衡点。它并没有满足于停留在表面的“如何操作”，而是深入挖掘了命令背后的工作原理和设计哲学。比如讲解进程调度时，它不仅列出了不同的调度算法，还用生动的比喻解释了它们在高并发环境下的优劣权衡。这种深挖到底的写作风格，使得学习者能够建立起一个完整的知识体系框架，而不是零散的知识点堆砌。很多其他教材可能草草带过“为什么”，而这本书会花大量篇幅去阐述“为什么是这样”，这对于培养一个独立思考和解决未知问题的能力至关重要。通过这样的学习路径，我感觉自己不再是简单地模仿操作，而是真正开始理解Linux系统的“灵魂”所在，这对于未来的系统维护和优化工作打下了坚实的基础。

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这本书的排版真是让人眼前一亮，不同于市面上那些充斥着密密麻麻文字和生硬代码块的教科书。它在视觉设计上显然投入了不少心思，配色方案既专业又不失活泼，每一章的结构都清晰可见，让人一眼就能抓住重点。尤其是那些复杂的概念，作者似乎很擅长将它们拆解成易于理解的小块，配上图示简直是绝了。我记得有一次在学习文件系统权限管理时，遇到了一些棘手的场景，但这本书中的插图将那种层级关系和逻辑流程描绘得淋漓尽致，比单纯看文字描述高效多了。而且，书中的排版细节，比如恰到好处的留白和字体选择，都极大地提升了阅读体验，长时间阅读也不会感到视觉疲劳，这对于需要反复钻研技术细节的学习者来说，绝对是加分项。这种对用户体验的关注，让我觉得作者不仅是技术专家，更是个懂读者的教育家。

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