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出版者:人民邮电出版社

作者:曹军生

出品人:

页数:406

译者:

出版时间:2000-12

价格:42.0

装帧:精装

isbn号码:9787115088512

丛书系列:

图书标签:

• Windows 2000
• Advanced Server
• 服务器
• 操作系统
• 网络管理
• 系统管理
• 配置
• 维护
• 指南
• 手册
• IT技术

《Linux系统内核深度解析与驱动程序开发实战》 图书简介 本书旨在为具备一定计算机基础，渴望深入理解和驾驭 Linux 操作系统的专业人士、系统工程师和高级开发人员提供一套全面、深入且极具实战价值的技术指南。我们不触及 Windows 2000 Advanced Server 的任何领域或技术栈，本书的焦点完全聚焦于构建、优化和扩展 Linux 生态系统的核心——操作系统内核以及与之紧密相关的硬件交互层。 第一部分：Linux 内核架构的宏观洞察 本部分将构建读者对 Linux 内核这一复杂系统的整体认知框架。我们将从最底层的硬件抽象层（HAL）开始，逐步向上剖析，直至用户空间的应用接口。 第一章：启动过程的奥秘：从 BIOS/UEFI 到第一个进程 详细阐述 Linux 系统启动的完整流程。内容涵盖：BIOS/UEFI 初始化、引导加载程序（Boot Loader，重点介绍 GRUB2 的工作原理和配置）的加载过程、内核映像的解压与自检、内存管理的早期设置（如页表的初始化）以及 `init` 进程（或 systemd 的前身）的诞生。我们将深入分析 `vmlinuz` 文件格式以及如何通过内核启动参数（Boot Parameters）来影响系统的初始化行为，例如设置控制台、内存限制或调试选项。 第二章：进程与线程管理：调度的艺术 这是内核复杂性的核心体现。本章将彻底解构 Linux 内核的进程管理机制。 进程描述符（`task_struct`）： 详尽分析该关键数据结构的所有字段及其在系统状态跟踪中的作用。 上下文切换（Context Switching）： 深入探讨软硬件协同完成上下文切换的底层细节，包括寄存器保存、TLB 刷新等。 调度器深度剖析： 重点分析最新的 完全公平调度器（CFS - Completely Fair Scheduler） 的算法原理、虚拟运行时（vruntime）的计算、红黑树的使用以及负载均衡（Load Balancing）机制。同时，会对比分析实时调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）的实现差异。 中断处理与软中断： 区分硬中断（IRQ）与软中断（SoftIRQ/Tasklet/Workqueue）的执行时机和执行上下文，这对性能调优至关重要。 第二章：内存管理单元（MMU）的统治 本章致力于揭示 Linux 如何高效地管理物理和虚拟内存。 虚拟内存映射： 讲解进程地址空间布局（Text, Data, Heap, Stack, Mmap 区域）的划分，以及内核如何通过页表（Page Tables，三级或四级结构）将虚拟地址转换为物理地址。 物理内存管理： 深入 `buddy system`（伙伴系统）的分配与回收机制，理解 `slab/slub/slob` 分配器如何为内核数据结构服务，以及内存碎片化对性能的影响及应对策略。 内存交换与锁定： 分析页面置换（Swapping）的触发条件、机制，以及如何使用 `mlock()` 等系统调用来保证关键数据的驻留性。 第二部分：系统调用接口与虚拟文件系统（VFS） 本部分关注用户空间如何与内核交互，以及数据持久化是如何被抽象和实现的。 第四章：系统调用的实现与边界 系统调用是用户空间请求内核服务的唯一合法途径。 陷阱机制： 详细分析 x86 架构下 `syscall`/`sysenter` 等指令如何触发从用户态到内核态的转换。 系统调用表： 解析内核如何通过系统调用号查找并执行对应的内核函数。 参数传递与返回值处理： 探讨内核如何安全地接收和返回用户空间指针，以及错误码（`errno`）的设置机制。 第五章：虚拟文件系统（VFS）的核心设计 VFS 是 Linux 抽象化各种存储介质的关键。 VFS 核心结构： 深入讲解 `superblock`、`inode`、`dentry` 和 `file` 四大核心对象之间的关系和职责划分。 操作集（Operations Sets）： 分析 `struct file_operations` 和 `struct inode_operations` 等结构体如何实现面向对象的设计模式，使得 ext4、XFS 等具体文件系统只需实现这些接口即可接入 VFS。 缓存机制： 探讨 dentry 缓存（Dcache）和 inode 缓存的作用及其对文件系统性能的决定性影响。 第三部分：设备驱动程序开发实战 本部分是本书的实战高潮，专注于如何编写稳定、高效的 Linux 设备驱动。 第六章：驱动程序的基本结构与生命周期 模块化编程： 学习如何使用 `module_init()` 和 `module_exit()` 编写可加载和卸载的内核模块。 字符设备驱动： 编写一个完整的、符合现代内核规范的字符设备驱动，包括设备注册、主/次设备号的获取和分配。 I/O 操作的实现： 重点剖析 `read()` 和 `write()` 系统调用的驱动层实现，特别是如何处理阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-blocking）I/O。 第七章：中断处理与并发控制 驱动程序必须正确处理并发访问和硬件中断。 中断请求（IRQ）处理： 注册和释放 IRQ 向量，区分顶半部（Top Half，快速执行，禁止睡眠）和底半部（Bottom Half，延迟执行，如 Tasklet 和工作队列 Workqueue）。 同步机制： 详尽介绍内核中的并发控制原语：自旋锁（Spinlocks）、互斥体（Mutexes）、信号量（Semaphores）和 RCU（Read-Copy Update）机制，并明确指出在不同场景下的适用性。 第八章：总线架构与设备模型 现代 Linux 驱动与硬件的交互基于复杂的设备模型。 PCI/USB 子系统： 讲解 PCI/USB 设备的枚举过程，驱动程序如何通过匹配设备 ID 来探查和绑定到特定硬件。 设备树（Device Tree）： 对于嵌入式和新一代架构，深入解析设备树文件（DTS）的结构以及内核如何解析它来识别硬件资源（I/O 内存、中断线）。 第四部分：性能调优与内核调试 第九章：内核性能分析与追踪 掌握内核性能问题的诊断工具。 Kprobes/Ftrace： 学习如何使用内核探针技术动态地在内核函数中插入跟踪点，用于精确测量函数执行时间和调用路径。 BPF/eBPF 简介： 介绍 eBPF 作为下一代可编程内核基础设施的潜力，用于高效、安全地进行系统级监控和跟踪，而无需修改和重新编译内核。 系统性能工具： 实践使用 `perf` 工具进行采样、统计和火焰图生成，以定位 CPU 周期和缓存未命中瓶颈。 第十章：内核调试与故障排除 内核日志（printk）： 掌握日志级别的控制与查看方法。 Oops 与 Panic： 分析内核崩溃报告（Oops Message）的结构，学习如何使用 `kdump` 捕获崩溃时的内存映像（vmcore）进行离线分析。 KDB/KGDB 远程调试： 介绍如何设置 GDB 配合 KGDB 对正在运行的内核代码进行断点调试。 本书内容严格遵循最新的 Linux 内核版本特性，旨在培养读者从“使用”Linux 到“理解和改造”Linux 的能力，完全聚焦于开源操作系统的核心技术栈。

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