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出版者:Addison Wesley Publishing Company

作者:Apple Computer Inc

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-08-09

价格:USD 44.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780201408485

丛书系列:

图书标签:

• Macintosh
• Apple
• 操作系统
• 编程
• 历史
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• 计算机
• 软件开发
• 经典
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好的，这是一本名为《深入理解Linux内核》的图书简介。 --- 《深入理解Linux内核》 内容提要 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析当代操作系统核心——Linux内核的内部工作机制。它不仅仅是一本API手册或概念概述，更是一部系统级的工程解构之作，旨在揭示Linux内核如何管理硬件资源、调度进程、处理中断、维护文件系统以及实现复杂的内存管理策略。 本书的目标读者是那些希望超越“使用者”层面，真正理解操作系统底层运作原理的软件开发者、系统工程师、内核模块编写者以及计算机科学专业的学生。通过对内核源码结构、关键数据结构以及核心算法的详尽解析，读者将能够构建起一个坚实的理论基础，从而能够更有效地调试、优化和定制Linux系统。 第一部分：基石——内核结构与启动流程 本部分首先为读者奠定理解内核的宏观框架。我们将从一个宏大的视角审视Linux内核的整体架构，阐明单体内核设计中的各个关键子系统如何协同工作。 内核的组织与层次结构： 详细介绍内核的模块化设计，包括核心层、子系统层以及驱动层之间的界限与交互方式。我们探讨了内核与用户空间之间的清晰隔离，以及系统调用的实现机制。 引导过程的剖析（Boot Process）： 深入追踪从BIOS/UEFI启动到内核成功接管控制权的全过程。我们将详细分析引导加载程序（Bootloader，如GRUB）的角色，内核映像的解压和初始化，以及早期内存的建立过程。这一阶段对理解系统初始化至关重要。 架构相关代码（Architecture Dependence）： 鉴于Linux支持多种硬件平台，本章专门讨论x86-64架构下的特定初始化流程，包括页表的建立、保护模式的进入以及处理器的特权级别转换。 第二部分：并发与调度——生命线的掌控者 进程和线程是操作系统的核心抽象。本部分将聚焦于Linux如何有效地管理和调度这些并发实体，确保资源的高效利用和系统的响应性。 任务结构与上下文切换： 详细解析`task_struct`这一核心数据结构，它是内核对进程（或线程）进行描述的蓝图。我们将逐步演示一个完整的上下文切换（Context Switch）过程，包括寄存器状态的保存与恢复，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）的管理。 抢占式调度器（Preemptive Scheduling）： 重点剖析当前主流的完全公平调度器（Completely Fair Scheduler, CFS）。我们不仅解释CFS背后的“虚拟运行时”（vruntime）概念，还深入研究其红黑树数据结构如何实现对CPU时间的精确、公平分配。同时，对实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的实现细节也进行了阐述。 同步原语与锁机制： 并发环境下，同步是防止数据竞争的关键。本书详尽介绍了内核中使用的各种同步机制，包括原子操作（Atomic Operations）、自旋锁（Spinlocks）、互斥体（Mutexes）以及用于更复杂场景的信号量（Semaphores）和读写信号量（RW Semaphores）。我们强调了在不同内核抢占级别下选择正确锁机制的重要性。 第三部分：内存管理——资源的精细分配 内存是系统中最宝贵且最易引发性能瓶颈的资源。本部分将揭示Linux内核如何实现虚拟内存管理，以及如何有效地将物理硬件与抽象的进程地址空间隔离开来。 虚拟内存子系统： 详细讲解内核如何维护进程的虚拟地址空间布局（VMA）。我们深入分析了页表（Page Tables）的层次结构，以及内核如何处理缺页异常（Page Faults）——这是将磁盘数据加载到物理内存的关键时刻。 物理内存管理： 重点介绍“伙伴系统”（Buddy System）算法，这是内核分配和回收物理页框（Page Frame）的主要机制。同时，我们探讨了“区域”（Zones）的概念，用于处理不同内存类型的限制（如DMA区域）。 缓存与回写： 深入研究内核如何使用高速缓存（如页缓存 Page Cache）来加速文件I/O操作。我们将分析回写机制（Writeback），即数据何时从缓存安全地同步到持久存储，以及如何避免数据丢失。 第四部分：I/O与设备驱动——连接世界的桥梁 本部分关注内核如何与外部设备进行高效、可靠的通信。 块设备与文件系统交互： 探讨块I/O层（Block I/O Layer）的设计，包括I/O调度器的作用（如Deadline、NOOP的演变）。我们将详细解析文件系统如何通过VFS（Virtual Filesystem Switch）层来统一管理各种具体的文件系统（如ext4, XFS）。 字符设备与中断处理： 介绍如何编写基本的字符设备驱动程序，理解中断描述符表（IDT）和中断向量的映射。我们将剖析硬中断（IRQ）的接收、下半部（Bottom Halves，包括软中断和Tasklets）的工作原理，确保对高频中断的响应既快速又不会阻塞关键内核路径。 现代I/O框架： 对更现代的异步I/O机制，如`io_uring`，进行专门的分析，展示其如何通过绕过传统内核路径，显著提升高性能网络和存储应用的吞吐量。 第五部分：系统调用与安全机制 本部分关注用户空间程序如何请求内核服务，以及内核内置的安全防护措施。 系统调用（System Calls）的实现： 详细描绘用户态程序发起系统调用、触发陷阱（Trap）、内核态代码执行，以及最终返回用户态的全流程。我们探讨了系统调用表（Syscall Table）的结构和优化。 进程间通信（IPC）： 详尽介绍共享内存、消息队列、信号量以及Socket等主要的IPC机制在内核中的具体实现。 安全增强： 探讨现代Linux内核中集成的安全特性，如安全增强型Linux（SELinux）或AppArmor的基本工作原理，以及内核如何通过地址空间布局随机化（ASLR）等技术来缓解缓冲区溢出等安全威胁。 结语 《深入理解Linux内核》提供了一条清晰、技术严谨的学习路径，旨在帮助读者建立起对Linux操作系统的系统级、工程化的认识。掌握这些底层原理，是构建下一代高性能、高可靠性软件系统的必要前提。 ---

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这本《Inside Macintosh》实在是一部令人震撼的巨著，它不像是一本技术手册，更像是一份深入苹果生态系统的探险指南。当我翻开第一页时，就被那种扑面而来的专业性所震慑，它丝毫没有试图用简化的语言来迎合初学者，而是直接将读者带入了操作系统内核的深层结构。书中对内存管理机制的剖析，简直是教科书级别的典范。它详细描述了早期的Mac OS是如何巧妙地平衡资源有限性与复杂功能实现的，特别是对于堆栈和堆的细致划分，以及如何处理跨进程的资源共享问题，那些精妙的设计思想至今仍能给现代开发者带来启发。阅读过程中，我感觉自己不再是一个简单的应用程序编写者，而更像是一个系统架构师，试图理解那些隐藏在用户界面之下的庞大机器是如何运转的。这种沉浸式的学习体验，是其他任何简化版的开发指南都无法比拟的。特别是对QuickDraw图形子系统的讲解，那种对图形渲染管线的逐层解析，让我对“像素”这个最基本的概念有了全新的认识，理解了为何早期的Macintosh在图形处理上能有如此出色的表现。整本书的编排逻辑严密，层层递进，即便是初次接触底层细节的开发者，只要付出足够的耐心，也能从中梳理出清晰的脉络。

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此书给我带来的冲击更多来自于它所蕴含的“哲学高度”。它不仅仅是一本技术文档，更是一部关于人机交互哲学史的侧写。在系统调用和中断处理的描述中，你能清晰地感受到设计者对于用户体验的执着——即便是最底层的操作，也必须服务于最终呈现在用户面前的流畅感。书中对“一致性”的强调贯穿始终，无论是界面元素还是底层API的设计，无不体现出要为所有开发者提供一个可预测、可信赖的平台环境的决心。这种对平台完整性和开发者体验的统一重视，是许多后续操作系统设计中常常被忽略的平衡点。阅读过程如同与那些伟大的设计者进行了一场跨越时空的对话，他们的思考深度和对细节的把控，超越了单纯的技术实现层面，上升到了构建一个完整数字世界的宏大叙事。对于任何一个有志于构建持久化、有生命力的软件系统的工程师来说，这本书都是一个绕不开的里程碑，它提供了一套构建健壮系统的底层逻辑范式。

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读完这本《Inside Macintosh》，我最深的感受是，它完美地体现了“少即是多”的设计哲学，尽管篇幅浩瀚，但核心思想却极为精炼。它向我们展示了如何在资源极其受限的硬件上构建出丰富、一致的用户体验。书中的数据结构定义和接口描述，那种清晰的模块化思想，即便放在今天来看，也显得非常超前。特别是关于应用程序资源（Resource）的管理部分，它如何将代码、图形、字体等信息有效地打包并由系统动态加载和引用，这套机制的精巧程度令人叹服。它不是将所有功能都固化在可执行文件中，而是采用了高度灵活的引用机制，这极大地节省了宝贵的磁盘空间和内存。这种设计思路，对于理解现代应用程序的模块化加载和动态链接技术的发展脉络至关重要。可以说，这本书不仅仅是关于“如何做”，更是关于“为何要这么做”的深层哲学探讨。它培养了一种对效率和优雅并重的工程审美观。

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这本书的语言风格可以说是极其“硬核”且毫不妥协，它根本没有考虑读者的阅读舒适度，完全是面向需要深入理解和修改系统级的工程师撰写的。如果你指望找到什么轻松的笑话或者循序渐进的比喻，那完全是缘木求鱼。它更像是一份官方的、近乎法律条文的规范集。但正是这种冷峻的精确性，成就了它的权威性。例如，在描述操作系统事件处理循环时，那种对事件队列的生命周期和优先级处理的描述，简直是严谨到了令人发指的地步。每一个指针操作，每一个跳转地址，都必须经过深思熟虑。我尤其对其中关于工具箱函数（Toolbox Routines）的章节印象深刻，它不是简单地罗列函数签名，而是深入探讨了这些函数在执行过程中对系统状态的影响，以及它们是如何巧妙地规避早期硬件限制的。这本书要求读者具备极高的专注力，任何一个疏忽都可能导致对整个机制的误解。它像一把手术刀，精确地剖开了系统的每一层组织，没有丝毫的含糊不清，这对于任何希望掌握系统底层工作原理的人来说，都是无价之宝。

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说实话，这本书的阅读体验与其说是在学习编程，不如说是在进行一次穿越时空的考古之旅。它详尽地记录了那个计算资源极其匮乏的年代，工程师们是如何用近乎艺术的智慧来榨取每一滴性能的。我特别欣赏其中对文件系统和驱动程序模型的那一部分论述。书中对设备驱动程序的接口定义描述得极其细致，每一个参数的含义，每一个状态码的背后的逻辑，都被阐释得清清楚楚，这简直是黑客精神的体现——不满足于表面的调用，非要搞清楚“幕后”究竟发生了什么。这种对细节的执着，让我想起了那些在深夜里为了修复一个微小Bug而奋战的先驱们。这种对“知其所以然”的追求，是现代快速迭代的开发文化中越来越稀缺的品质。它强迫你慢下来，去体会每一行代码背后的历史和妥协，而不是仅仅复制粘贴现成的API调用。对我个人而言，这本书最大的价值不在于教会我如何写出能在当前系统上运行的代码，而在于塑造了我对软件工程本质的理解：优秀的设计是永恒的，而工具和平台总会过时。

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