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出版者:人民邮电出版社

作者:徐丙立

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2002-7-1

价格:72.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787115103222

丛书系列:

图书标签:

• 计算机类
• 编程
• 【计】
• windows
• 2005
• Windows
• 系统编程
• API
• 内核
• 驱动程序
• Win32
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• 架构

深入理解 Linux 内核：从实践到原理 图书简介 在当今的软件世界中，操作系统是构建一切应用和服务的基石。对于追求卓越性能、稳定性和深层系统理解的开发者而言，掌握 Linux 内核的运行机制是至关重要的能力。本书《深入理解 Linux 内核：从实践到原理》并非一本聚焦于特定应用程序开发或用户空间编程的指南，而是将读者的视野完全导向操作系统的核心——Linux 内核。 本书旨在为具备一定 C 语言基础和计算机系统知识的读者，提供一个全面、深入且高度实践性的 Linux 内核学习路径。我们不会涉及图形界面编程、Web 服务框架的构建，也不会探讨 Windows 平台下的特定系统调用或 API 设计，而是将全部篇幅用于剖析 Linux 内核的内部运作、数据结构、调度机制以及内存管理策略。 内容结构与核心主题 本书的内容组织遵循“理论阐述、源码剖析、实践验证”的路线图，确保读者不仅理解“是什么”，更能理解“为什么”以及“如何实现”。 第一部分：环境搭建与内核编译基础 在深入内核之前，建立一个可靠的实验环境至关重要。本部分详细介绍了如何搭建一个功能完备的 Linux 开发环境，包括交叉编译工具链的配置、QEMU 等虚拟化工具的使用，以及如何从源码编译一个定制化的内核。 内核源码获取与版本选择： 分析不同内核版本的特性差异，指导读者选择适合学习和实验的版本。 编译配置（Kconfig）： 深入讲解 Kconfig 系统的运作机制，让读者学会如何根据需求开启或关闭内核功能，理解配置选项背后的系统设计权衡。 内核模块化编程（LKM）： 这是与用户空间交互的第一道门槛。详细讲解模块的加载、卸载流程，以及如何利用 `printk` 等内核级调试工具进行输出。重点剖析模块初始化函数的执行顺序和错误处理机制。 第二部分：进程管理与调度机制 进程是操作系统的核心抽象。本书将彻底揭示 Linux 如何管理并发任务，并确保系统资源的公平与高效分配。 进程描述符（`task_struct`）： 对这个至关重要的内核数据结构进行逐字段的深度解析，理解进程状态、内存映射指针、调度信息等如何集成于此。 上下文切换的秘密： 详细剖析硬件层面的上下文切换过程，包括寄存器保存与恢复，以及内核如何操纵栈帧来切换执行流。 调度器原理： 重点讲解 CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）的算法细节。包括 `sched_entity` 结构、虚拟运行时间（`vruntime`）的计算，以及红黑树在调度类中的应用。我们将分析实时调度策略（如 FIFO 和 RR）与分时调度的区别，并指导读者如何通过修改调度器参数来观察系统行为的变化。 系统调用（Syscall）机制： 深入分析从用户态到内核态的入口点，包括软中断或陷阱（如 `int 0x80` 或 `sysenter`/`syscall`）的执行过程，以及系统调用表（`sys_call_table`）的查找与执行流程。 第三部分：内存管理——虚拟化与物理的桥梁 内存管理是决定系统性能和稳定性的关键。本书将聚焦于 Linux 如何在抽象的虚拟地址空间和复杂的物理内存布局之间建立高效的映射。 虚拟内存区（VMA）： 解释进程地址空间是如何被划分为不同的 VMA 区域，以及 `mm_struct` 如何描述这些区域。 页表结构： 深入探讨多级页表（PGD, PUD, PMD, PTE）的结构，分析 TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响。 物理内存分配： 详细介绍伙伴系统（Buddy System）的分配与回收算法，分析其如何处理不同大小的内存页请求，并着重讲解 Slab/SLUB/SLOB 分配器在管理小对象时的优化策略。 内存回收与置换（Paging）： 分析内核如何通过 LRU 列表（Active/Inactive Lists）来决定哪些页面应该被换出，并讲解交换分区的运作流程。 第四部分：中断、异常与并发控制 在多核时代，并发是无处不在的挑战。本部分深入探讨内核如何处理硬件中断，以及如何保证数据结构在并发访问下的完整性。 中断处理流程： 从硬件中断信号的产生，到中断控制器（如 APIC）的响应，再到内核中注册的中断处理函数（ISR）的执行顺序，进行全面梳理。 中断上下文与进程上下文： 强调两者在可执行操作上的严格区别，并解释为什么某些内核函数不能在中断上下文中被调用。 同步原语深度剖析： 详细分析自旋锁（Spinlocks）、互斥锁（Mutexes）、信号量（Semaphores）以及读写信号量（RW Semaphores）的内部实现和适用场景。重点在于分析它们在不同处理器架构（如 x86-64）下的原子操作实现。 RCU（Read-Copy-Update）： 作为现代高性能内核中至关重要的同步机制，本书将用专门的章节来讲解 RCU 的原理、它的“宽限期”概念，以及如何安全地使用 RCU 进行数据结构的更新，避免传统锁带来的性能瓶颈。 第五部分：进程间通信（IPC）与文件系统基础 虽然本书不侧重于用户态编程，但了解内核提供的 IPC 机制和基础的文件系统抽象是必要的。 内核中的 IPC 机制： 探讨 System V IPC（共享内存、消息队列）和 POSIX IPC 在内核层面的实现框架，而不是如何使用它们。 VFS（Virtual Filesystem Switch）： 剖析 VFS 层的设计目标和核心结构（如 `superblock`、`inode`、`dentry`、`file` 结构），解释 Linux 如何实现对不同底层文件系统（如 ext4, XFS）的统一接口。 学习目标 阅读完本书后，读者将能够： 1. 清晰地描述 Linux 内核启动的完整流程，并能定制自己的内核映像。 2. 深入理解调度器算法，并能够通过内核探针（Kprobes/Ftrace）追踪进程调度事件。 3. 分析系统性能瓶颈时，能直接定位到内存分配器或同步机制的低效点。 4. 阅读和理解 Linus Torvalds 提交的最新内核代码，并能自行调试内核崩溃（Panic）。 5. 区分内核代码中的各种并发控制手段，并在编写内核模块时正确应用。 本书完全聚焦于 Linux 操作系统内部的 C 语言实现细节，对于希望从应用层“跃升”至系统底层，真正掌握操作系统设计精髓的工程师，是不可或缺的参考资料。

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这本书的封面设计就给我一种非常专业且有深度学究的气质，淡蓝色的主色调搭配银色的标题字样，既有科技感又不失沉稳。翻开目录，我看到的是一个条理清晰、层层递进的知识体系，从最基础的Windows进程、线程模型，到内存管理、文件I/O，再到更复杂的API接口，每一个章节的标题都精准地概括了其核心内容。我尤其期待关于线程同步和进程间通信的部分，因为这正是我在实际开发中经常遇到的瓶颈，作者能否用清晰易懂的语言阐释这些抽象的概念，并提供实用的代码示例，将是这本书价值的体现。

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作为一名正在准备微软认证考试的学生，我深知扎实的系统知识是基础。之前我尝试阅读过一些官方文档，但那些过于晦涩的语言让我望而却步。这本书的语言风格相对来说更加亲民，虽然讲解的内容是高度技术性的，但作者通过大量的类比和比喻，将复杂的概念变得生动有趣。比如，在解释内存管理的部分，作者用“图书馆”来比喻虚拟内存，将“页面错误”比作“在书架上找不到需要的书”，这种生动的描述让我瞬间茅塞顿开，不再感到枯燥乏味。我非常期待书中关于错误处理和异常机制的章节，希望能从中学习到更鲁棒的程序设计方法。

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我是一名有着几年开发经验的程序员，虽然日常工作主要围绕着应用层开发，但对于底层系统原理一直有着浓厚的兴趣。市面上关于Windows编程的书籍不少，但我总觉得很多都停留在API的罗列和简单的使用说明上，缺乏对原理的深入剖析。这本书的出版，恰好满足了我对系统级知识的渴求。从试读章节来看，作者在讲解Windows API时，并没有止步于“怎么用”，而是深入探讨了“为什么这么设计”、“背后的机制是什么”。这种探究式的写作风格，让我对Windows操作系统的内部运作有了更直观的、更深层次的理解，感觉就像是给我的编程视野打开了一扇新的窗户。

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我是一名对Windows内部原理有着强烈好奇心的技术爱好者。虽然我不是一名专业的Windows开发人员，但我一直对操作系统如何工作有着浓厚的兴趣。这本书的出现，就像是为我打开了一扇了解Windows内部运作的窗口。我非常期待书中关于Windows API的设计哲学，以及作者是如何组织和阐述这些繁杂的API的。我希望能够从中了解到Windows是如何处理用户输入的、程序是如何与硬件交互的，以及操作系统是如何管理和分配资源的。这些知识不仅能够满足我的好奇心，也能帮助我更好地理解和使用Windows操作系统。

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我是一名资深的Windows开发人员，我一直认为，要写出高质量、高性能的Windows应用程序，必须深入理解操作系统的核心机制。这本书的内容，从目录的布局和章节的标题来看，似乎能够满足我这样的需求。我尤其关注书中关于Windows注册表（Registry）、服务（Services）以及系统事件日志（Event Logging）的章节。这些部分往往是企业级应用开发中不可或缺的，但很多资料都只是浅尝辄止。我希望这本书能够提供更深入的原理介绍和实用的编程技巧，帮助我更好地管理和监控Windows系统中的关键信息。

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对于许多初学者来说，Windows系统编程往往是一道难以逾越的鸿沟。我记得我刚开始接触Windows API的时候，常常被各种陌生的函数和结构体搞得晕头转向，不知道从何下手。这本书的作者似乎深谙初学者的痛点，在讲解过程中，他会循序渐进，从最基本、最常用的API开始，逐步引入更复杂的概念。而且，书中提供的代码示例都经过精心设计，简洁明了，易于理解和运行。这让我相信，即使是没有太多系统编程经验的开发者，也能通过这本书建立起坚实的Windows系统编程基础。

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这本书吸引我的一个重要因素是其对Windows内部架构的系统性介绍。我一直对Windows的整体设计理念和各个组件之间的协作关系非常感兴趣。从书名来看，它应该会涵盖从用户模式到内核模式的转换，以及各种关键的系统服务如何协同工作。我特别期待书中关于内存管理、进程调度和I/O模型的部分，因为这些是操作系统最核心的功能，理解它们对于编写高效、稳定的程序至关重要。作者能否将这些复杂的概念用一种易于理解的方式呈现出来，并辅以清晰的图示和代码示例，是我非常关注的。

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在我多年的Windows开发经历中，我曾遇到过许多棘手的性能问题和稳定性挑战。很多时候，这些问题都根源于对Windows系统底层机制的理解不足。这本书的出现，让我看到了解决这些问题的希望。我非常看重书中关于错误处理、资源管理以及并发编程的章节。我希望作者能够提供一套系统性的方法论，帮助我识别和解决潜在的Bug，并编写出更健壮、更可靠的Windows应用程序。特别是关于异常处理和调试技巧的部分，如果能够深入讲解，那将对我日后的开发工作产生巨大的积极影响。

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我是一个对技术细节有着极致追求的程序员，尤其是在性能优化方面，我总是希望能够深入到操作系统的层面去寻找突破口。这本书中关于线程调度、进程间通信（IPC）的章节，让我看到了希望。我非常好奇作者将如何讲解这些对性能至关重要的技术。例如，在解释同步原语（如互斥量、信号量）时，作者能否给出具体的性能比较，以及在不同场景下推荐使用哪种同步机制？此外，书中关于内存映射文件（Memory-Mapped Files）和管道（Pipes）的介绍，也让我充满了期待，我希望从中能够学到更高效的数据共享和进程间通信技巧，从而在我的项目中提升程序的并发性能。

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在一次偶然的机会下，我接触到了这本书的作者在技术论坛上的一些分享，他对Windows系统内核的见解让我印象深刻，由此也对他的著作产生了浓厚的兴趣。这本书的开篇就直接切入了Windows的核心概念，比如句柄（Handle）和消息循环（Message Loop），这些虽然是Windows编程的基石，但真正理解其背后的运作原理却非易事。作者在讲解这些内容时，不仅仅是给出定义，还详细阐述了它们在整个系统架构中的作用，以及与其他组件之间的交互方式。这使得我能够从更宏观的角度去审视Windows应用程序的构建过程，而不仅仅是停留在孤立的API调用上。

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