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出版者:清华大学出版社

作者:施光伟

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2001-10

价格:31.0

装帧:平装

isbn号码:9787302048305

丛书系列:

图书标签:

• Windows 2000 Server
• 服务器配置
• 系统管理
• 网络管理
• Active Directory
• 组策略
• IIS
• DNS
• DHCP
• 安全管理

深入探索 Linux 内核的奥秘：从源码到实践的全面指南 图书名称： Linux 内核的艺术与工程：系统调用、内存管理与进程调度深度解析 图书简介： 本书并非关于微软操作系统的配置与维护，而是将读者的视野聚焦于一个完全不同的、更为底层且开放的领域——Linux 内核。本书旨在为那些渴望理解现代操作系统核心机制、希望深入探究系统效率瓶颈以及致力于内核模块开发的高级用户、系统管理员和软件工程师提供一本详尽且实用的参考手册。 我们深知，操作系统的心脏在于其内核。本书将系统地、循序渐进地剖析 Linux 内核的复杂结构，从最基础的启动过程，到最核心的资源管理策略，无一不深入探讨。我们摒弃了对用户界面和特定商业软件的讨论，转而专注于那些决定系统性能和稳定性的底层逻辑。 第一部分：内核的基石与启动流程 本部分将为读者构建理解 Linux 内核运作的基础框架。我们将详细解析 x86/x64 架构下，Linux 内核的引导加载过程（Bootstrapping）。从 BIOS/UEFI 启动到 GRUB 加载内核映像，再到内核的自解压和初始化，每一步骤的代码执行路径都将通过源码注释和流程图进行清晰的描绘。 重点章节将深入探讨内核初始化（`start_kernel()`）的宏大叙事，包括对中断描述符表（IDT）、全局描述符表（GDT）的设置，以及如何完成对主页的初始化。此外，本书还将覆盖内核模块化设计的理念，解释如何动态加载和卸载功能代码，确保内核的灵活性和可维护性。 第二部分：进程与线程的管理哲学 进程管理是操作系统的核心任务之一。本书将深入分析 Linux 内核中进程描述符（`task_struct`）的完整结构，以及内核如何维护和切换上下文。我们将详细讲解进程调度器（Scheduler）的历史演变，重点剖析当前主流的完全公平调度器（CFS, Completely Fair Scheduler）的内在机制。读者将了解到 `vruntime` 的计算、红黑树的应用以及“虚拟运行时”如何实现不同优先级进程的公平竞争。 此外，我们对线程模型的探讨将超越简单的用户态概念，直接深入内核对线程的实现——即 Linux 中“万物皆进程”的哲学。我们将对比传统进程与轻量级进程（LWP）的内核开销差异，并详细阐述进程间通信（IPC）的各种内核级机制，如 System V IPC 和 POSIX 消息队列的底层实现细节。 第三部分：内存的艺术：虚拟化与物理管理 内存管理是决定系统性能的关键瓶颈。本书将以极高的粒度解析 Linux 内核的虚拟内存管理子系统（VMM）。我们将从内存分页机制入手，解释多级页表的结构，以及内核如何将进程的虚拟地址空间映射到物理内存。 更关键的是，本书将聚焦于物理内存的分配策略。我们将全面解析伙伴系统（Buddy System）的运作原理，阐述其如何有效地管理和分配连续的物理内存页帧。对于非连续内存的分配， Slab/SLUB 分配器的结构、缓存的创建、对象的初始化和销毁过程将被细致地剖析，帮助读者理解内核数据结构分配的高效性。 此外，本书将专门开辟章节讨论内存回收策略，包括页缓存（Page Cache）的管理、交换（Swapping）机制的触发条件，以及内核如何通过 LRU（Least Recently Used） 算法决定哪些页面可以被回收。 第四部分：系统调用接口与内核/用户空间交互 系统调用（System Call）是用户程序与内核交互的唯一桥梁。本书将系统地梳理 Linux 内核提供的核心系统调用接口。我们将剖析系统调用处理的完整流程，从用户态的软中断触发，到内核态的参数校验、权限检查，直到最终的函数执行和结果返回。 重点案例分析将涵盖文件I/O（如 `read`/`write`）、文件系统操作（如 `open`/`creat`）以及对进程控制（如 `fork`/`execve`）的底层实现。对于希望进行内核级安全审计或性能优化的读者，理解 `syscall` 机制的每一个时钟周期至关重要。 第五部分：中断、异常与设备驱动模型 硬件的响应依赖于高效的中断处理。本书将详细解释中断和异常处理机制，包括中断控制器（如 APIC）的配置、中断向量的分配，以及内核如何通过顶半部（Top Half）和底半部（Bottom Half）——特别是 软中断（Softirqs）和工作队列（Workqueues）——来延迟处理耗时任务，保证中断响应的及时性。 在设备驱动方面，本书将概述字符设备、块设备和网络设备的驱动模型。我们不会停留在理论层面，而是会通过分析一个简单的虚拟字符设备驱动的源码框架，演示如何正确地注册驱动、实现 `file_operations` 结构体，并与用户空间进行数据交换。 本书特色： 本书的深度和广度旨在超越一般的操作系统原理介绍。我们以 Linux 2.6 及其后续稳定版本（如 4.x/5.x 核心思想）为蓝本，强调代码逻辑而非操作系统的特定版本特性。每一个关键算法和数据结构都配有相应的伪代码和关键内核函数注释引用，确保读者能够将理论知识直接映射到实际的内核源代码中。这不是一本教你如何安装或配置操作系统的书籍，而是带你深入其运行的灵魂，理解其设计取舍和工程实现背后的权衡艺术。

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