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出版者:Charles River Media

作者:Ashfaq A. Khan

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-02-27

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781584500964

丛书系列:

图书标签:

Linux
编程
实用
系统编程
C语言
开发
技巧
开源
Unix
命令行

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具体描述

《深入理解 Linux 内核：从源代码看驱动开发与系统调用》书籍简介本书旨在带领读者深入Linux内核的腹地，揭示其精妙的设计哲学与实现细节。与市面上许多侧重于应用程序开发或基本命令操作的书籍不同，我们聚焦于Linux内核的“心脏”——源代码。通过剖析关键模块和核心机制，本书将为您构建一个全面而深入的Linux系统理解框架，特别侧重于驱动程序开发和系统调用的实现原理。本书内容概述第一部分：Linux 内核架构与基础章节一：Linux 内核的演进与设计哲学深入探讨Linux内核从早期版本至今的演进历程，分析其模块化、可移植性、开源协作等核心设计理念。介绍宏观的内核架构，包括用户空间与内核空间的分离，以及它们之间的交互机制。理解Linux内核所遵循的自由软件精神及其对整个生态的影响。章节二：编译与配置你的第一个内核提供一套详细的步骤，指导读者从零开始下载、配置和编译一个定制化的Linux内核。解释`make menuconfig`等配置工具的使用，以及不同配置选项的含义及其对系统性能和功能的影响。通过实际操作，让读者亲身体验内核定制化的过程，为后续深入学习奠定基础。章节三：模块化编程：动态加载与卸载深入讲解Linux内核模块（LKMs）的工作原理，包括模块的加载、卸载、符号导出与导入。学习如何编写简单的内核模块，例如一个输出“Hello, Kernel!”的模块，并理解其生命周期。探讨模块化设计的优势，以及它如何使得内核更加灵活和易于维护。章节四：中断处理与同步机制剖析Linux内核中中断的产生、识别与处理流程。深入理解中断上下文与进程上下文的区别，以及它们对代码编写的要求。详细讲解内核中常用的同步原语，如自旋锁（spinlock）、互斥锁（mutex）、信号量（semaphore）等，并分析它们的使用场景和注意事项，避免竞态条件。第二部分：深入驱动程序开发章节五：字符设备驱动程序开发详解将驱动程序开发作为核心，从最基础的字符设备驱动入手。学习如何注册和注销字符设备，实现`open`、`read`、`write`、`ioctl`等核心文件操作函数。通过编写一个简单的LED控制驱动或按键输入驱动，让读者掌握字符设备驱动的基本框架。章节六：块设备驱动程序：理解磁盘I/O 介绍块设备与字符设备在接口和数据传输方式上的差异。深入分析块设备驱动的请求队列（request queue）机制，以及I/O调度器的作用。指导读者如何实现一个模拟的块设备驱动，理解数据块的读写过程。章节七：网络设备驱动：数据包的传输探讨网络设备驱动在TCP/IP协议栈中的位置和作用。学习网络设备驱动与网络协议栈的接口，理解数据包的接收（rx）和发送（tx）流程。通过分析一个简单的网卡驱动代码片段，讲解数据帧的处理、DMA（Direct Memory Access）的使用等关键技术。章节八：总线、设备与驱动模型（Device Model）深入讲解Linux内核的设备模型，包括总线（bus）、设备（device）和驱动（driver）的概念。理解设备模型如何实现硬件设备的统一管理和驱动程序的匹配。学习如何使用设备模型来注册和管理设备，以及驱动程序如何绑定到设备。章节九：内存管理与DMA 深入探讨Linux内核的内存管理机制，包括物理内存分配、虚拟内存管理（页表、TLB等）。重点讲解DMA（Direct Memory Access）在高性能设备驱动中的应用，以及如何正确地进行DMA映射和同步。章节十：电源管理与功耗优化介绍Linux内核的电源管理框架，包括CPU频率调整、设备休眠与唤醒等。探讨驱动程序如何配合电源管理框架，实现设备的低功耗运行。第三部分：系统调用的奥秘章节十一：系统调用的工作原理详细解析用户空间程序如何发起系统调用，以及内核如何响应。讲解系统调用号（syscall number）、系统调用表（syscall table）和陷阱（trap）指令的作用。通过调试工具（如`strace`），观察系统调用的实际执行过程。章节十二：编写自己的系统调用指导读者如何在Linux内核中添加一个新的系统调用。学习如何修改内核源代码，实现系统调用的功能，并将其添加到系统调用表中。探讨添加新系统调用的潜在风险和注意事项。章节十三：常见的系统调用剖析精选并深入剖析几个具有代表性的系统调用，如`fork`、`execve`、`open`、`read`、`write`、`mmap`等。分析这些系统调用在内核中的具体实现，以及它们如何与文件系统、进程调度、内存管理等子系统交互。章节十四：进程与线程管理接口深入研究与进程和线程管理相关的系统调用，如`clone`、`exit`、`waitpid`、`sched_setscheduler`等。理解Linux内核是如何管理进程和线程的，包括PCB（Process Control Block）和TCB（Thread Control Block）等数据结构。第四部分：实战与进阶章节十五：调试内核与驱动程序介绍多种内核调试技术，包括`printk`、`kgdb`/`kdb`、`ftrace`、`perf`等。学习如何设置内核调试环境，以及如何定位和修复内核bug。章节十六：文件系统接口与驱动简要介绍Linux常见的文件系统（ext4, XFS, Btrfs等）的内部结构。探讨文件系统驱动的接口，以及如何在内核中实现对新型存储介质的支持。章节十七：实时Linux与性能优化介绍实时Linux（RT Linux）的概念和基本原理。探讨如何对Linux内核进行性能调优，以满足实时性要求。章节十八：安全机制与权限控制深入讲解Linux内核的安全模型，包括用户ID、组ID、权限位、DAC、MAC等。分析内核如何实现访问控制，以及驱动程序在安全方面的考量。本书特色源代码导向：本书以Linux内核的源代码为核心，摒弃了浮于表面的描述，力求让读者理解“为什么”和“怎么样”。理论与实践结合：每一项技术都辅以详尽的理论讲解和可运行的代码示例，让读者在实践中掌握知识。深度与广度兼备：覆盖了驱动程序开发的关键领域，并深入剖析了系统调用的底层实现，为读者构建全面的内核知识体系。循序渐进：从基础概念到高级主题，内容安排循序渐进，适合有一定C语言基础并希望深入了解Linux内核的开发者。目标读者嵌入式系统开发者操作系统内核研究者对Linux底层技术感兴趣的应用程序开发者希望深入理解Linux系统工作原理的学生和教师系统管理员和运维工程师（用于理解和排查系统问题）学习本书，您将能够：深刻理解Linux内核的工作机制和设计思路。独立开发高质量的Linux设备驱动程序。掌握系统调用的实现细节，并能够编写自己的系统调用。自信地进行内核调试和问题排查。为更高级的操作系统开发和研究打下坚实的基础。通过本书的学习，您将不再仅仅是Linux的使用者，更能成为Linux内核的探索者与构建者。