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出版者:O'Reilly Media

作者:Christian Benvenuti

出品人:

页数:1064

译者:

出版时间:2005-12-29

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780596002558

丛书系列:

图书标签:

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• Kernel
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• 系统编程
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• 分布式系统

深入解析现代操作系统内核设计与实现 一本面向资深工程师、系统架构师及高级操作系统研究人员的深度指南 本书聚焦于揭示当代主流操作系统（特指类Unix/Linux体系结构，但内容更具普适性）内部机制的复杂性和精妙之处，旨在为读者提供一个从硬件抽象层到用户态接口的全面、细致的蓝图。我们不关注某一特定发行版或应用层工具的使用，而是深入探究操作系统如何管理资源、调度进程、处理中断、以及构建起稳定、高效的并发执行环境。 --- 第一部分：内核基础与启动流程的严谨剖析 本卷旨在建立坚实的理论基础，理解操作系统从“零”开始运行的复杂过程，以及其与底层硬件的紧密耦合关系。 1. 启动序列的重构与解析： 我们将详细剖溯从固件（BIOS/UEFI）初始化到内核完全加载并开始执行用户态程序的完整链条。这包括对引导加载程序（Bootloader，如GRUB的内部机制）的逆向分析，理解其如何建立初步的内存映射、设置处理器特权级别（Rings），以及如何安全地将控制权移交给内核的入口点。特别关注早期内存管理单元（MMU）的初始化，这是后续所有复杂操作的基础。 2. 核心数据结构与自举： 深入探讨内核在自举阶段所依赖的核心数据结构，例如进程描述符（Process Descriptor）的雏形、早期的中断描述符表（IDT）的构建。我们将分析内核如何从一个相对扁平的结构逐步过渡到支持复杂并发环境的动态数据结构。 3. 硬件抽象层（HAL）与设备交互的原理： 系统如何通过HAL与不同的CPU架构（如x86-64的特权指令集、内存寻址模式）进行交互。重点分析中断控制器（如APIC）的编程模型，以及内核如何注册和处理硬件产生的异步事件。这部分内容将避免讨论具体的驱动程序编写，而是聚焦于内核如何与硬件接口进行契约式通信。 --- 第二部分：内存管理的宏观与微观结构 内存管理是操作系统的核心艺术。本部分将深入探讨操作系统如何抽象物理内存，提供虚拟地址空间，并高效地满足不同工作负载的需求。 4. 虚拟内存系统的构建与转换： 详细阐述分页机制（Paging）的实现细节，包括多级页表的遍历过程、TLB（Translation Lookaside Buffer）的管理策略及其对性能的影响。我们将分析内核如何实现地址空间的切换，以及页错误（Page Fault）处理的完整生命周期，包括如何区分有效和无效错误，并执行页面调入或内存保护操作。 5. 物理内存的组织与分配策略： 摒弃简单的“伙伴系统”（Buddy System）描述，转而深入探讨内存区域管理器（Zone Management）的内部算法。分析内核如何处理内存碎片化问题，以及“水线”（Watermarks）机制在保证系统响应性方面的作用。讨论如何实现对特定内存类型（如DMA区域）的隔离和分配。 6. 进程间内存共享与保护机制： 分析内存映射（mmap）系统调用的底层工作原理，理解其如何用于文件加载、匿名映射和共享内存（如System V或POSIX共享内存）。重点对比写时复制（Copy-on-Write, CoW）机制在fork/exec流程中的实现效率和原子性保证。 --- 第三部分：并发控制与调度器的深度剖析 理解系统如何在一个CPU或多CPU环境下有效、公平地执行多个并发任务，是系统性能优化的关键。 7. 进程与线程模型： 明确区分进程（Process）与线程（Thread）在内核中的表示形式。深入分析调度实体（Schedulable Entity）的概念，以及内核如何统一管理不同粒度的并发单元。探讨内核如何处理线程组和信号传递的复杂性。 8. 高级调度算法的理论与实践： 我们不只是简单介绍“优先级调度”或“时间片轮转”，而是聚焦于现代高性能调度器（如CFS或其变种）的内部度量和公平性保证机制。分析权重（Weight）、虚拟运行时（vruntime）的概念，以及调度器如何在抢占点（Preemption Points）做出复杂的决策。重点分析负载均衡（Load Balancing）机制在多核系统中的实现，包括跨CPU的迁移成本分析。 9. 同步原语的内核实现： 探讨内核内部如何实现锁机制以保护自身数据结构。分析自旋锁（Spinlocks）与互斥锁（Mutexes）在不同场景下的适用性，以及信号量（Semaphores）在内核同步中的角色。特别关注如何处理优先级反转（Priority Inversion）问题，以及在不可中断睡眠状态（Uninterruptible Sleep）下锁机制的特殊行为。 --- 第四部分：I/O 栈的异步处理与数据流模型 本部分专注于系统如何高效地与外部世界进行交互，重点在于事件驱动模型和数据传输的优化。 10. 中断、软中断与任务队列： 详述硬件中断的延迟和处理开销。深入解析软中断（Softirqs）、任务队列（Tasklets）和工作队列（Workqueues）之间的层级关系和适用场景，理解内核如何平衡立即执行的响应性和延迟执行的上下文切换成本。 11. I/O 模型的演进与内核抽象： 分析传统的阻塞I/O模型如何演变为现代的异步I/O（AIO）框架。重点解析内核中用于表示I/O请求的数据结构（如I/O Request Block），以及I/O 提交与完成路径的优化策略。讨论内核如何通过零拷贝（Zero-Copy）技术减少数据在内核态和用户态之间的不必要移动。 12. 虚拟化环境下的内核交互（侧重于Hypervisor交互）： 探讨当操作系统运行在虚拟机监控程序（Hypervisor）之上时，其对底层硬件的感知和访问是如何被修改的。分析陷入（Trap）机制、影子页表的管理开销，以及内核为提高虚拟化性能所采用的半虚拟化（Paravirtualization）接口的内部工作原理。 --- 本书的价值在于其对“为什么”而非“如何使用”的深入探究。它提供了构建、调试和优化复杂系统所需的核心理论深度，是理解现代计算平台基石的必备参考书。

评分☆☆☆☆☆

虽然是经典书，但是盛名之下其实难副。我是对照着英文原版看的，无论翻译好坏，英文原版写得也比较一般。例如驱动层的介绍，组织得比较差，没有做到循序渐进，各种细节穿插，让人读得时候累，看完后发现其实书本也没讲多少东西（很多东西没讲，比如netpoll、gso等）。而...  

评分☆☆☆☆☆

342页图15-15中listening状态若是否下一个判断是否learning,图中出现两个listening 350页图15-20中,bpdu报文格式有问题,mac源地址在前,目的mac在后,和业界惯例不符,英文原版就是如此,不知道为什么. 还有一处笔误,在273页，原文是“ And a similar choice must be made going ...  

评分☆☆☆☆☆

书很不错,作者文笔也很好,而且东南的影印质量也高, 不过主要讲述的是3层以下(包括3层),所以不是做防火墙或者内核开发的,没多大必要看.. 如果只是想熟悉tcp,TCP/IP Architecture, Design and Implementation in Linux会更好,虽然只是2.4内核,不过原理都差不多. 我最后两部分...  

评分☆☆☆☆☆

书很不错,作者文笔也很好,而且东南的影印质量也高, 不过主要讲述的是3层以下(包括3层),所以不是做防火墙或者内核开发的,没多大必要看.. 如果只是想熟悉tcp,TCP/IP Architecture, Design and Implementation in Linux会更好,虽然只是2.4内核,不过原理都差不多. 我最后两部分...  

评分☆☆☆☆☆

书很不错,作者文笔也很好,而且东南的影印质量也高, 不过主要讲述的是3层以下(包括3层),所以不是做防火墙或者内核开发的,没多大必要看.. 如果只是想熟悉tcp,TCP/IP Architecture, Design and Implementation in Linux会更好,虽然只是2.4内核,不过原理都差不多. 我最后两部分...  

评分☆☆☆☆☆

作为一名开发者，我深知理解网络协议栈的底层运作对于编写高效、可靠的网络应用程序至关重要。我希望这本书能像一位经验丰富的向导，带领我穿越 Linux 内核的网络迷宫。我特别关注书中对网络设备驱动程序的介绍，希望能了解网卡驱动程序是如何与内核网络栈进行交互的，以及数据包是如何从硬件层面被传递到内核的。我对中断处理机制在网络数据接收中的作用也充满好奇，例如中断是如何被屏蔽和恢复的，以及 `NAPI`（New API）是如何优化网络中断处理的。在我看来，理解 Linux 内核如何实现 TCP 的流量控制和拥塞控制算法是至关重要的，我希望书中能够详细解释这些算法的原理以及在 Linux 内核中的具体实现。例如，TCP 的滑动窗口机制是如何在内核中实现的，如何动态调整发送窗口的大小以避免网络拥塞。我还希望书中能够介绍 Linux 内核是如何处理 UDP 协议的，包括数据包的封装、解封装以及差错校验。如果书中能提供一些关于网络性能调优的实际案例，例如如何通过调整 `sysctl` 参数来优化网络性能，或者如何利用 `tc` 工具来配置流量整形和优先级，那将是极其宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

随着云计算和容器技术的蓬勃发展，Linux 网络栈的重要性不言而喻，而我一直渴望能更深入地理解其内部工作原理，而非仅仅停留在表面的工具使用。这本书的标题《Understanding Linux Network Internals》正是我一直在寻找的。我希望书中能够详细剖析 Linux 内核中网络子系统的整体架构，包括各个模块之间的依赖关系和数据流转路径。特别地，我对网络数据包的生命周期在内核中的每一个阶段都充满了好奇：从网卡接收数据包，到经过网络协议栈的处理（如IP、TCP/UDP校验和计算、分段/重组），再到最终被传递给用户空间的应用程序。我特别关注书中对 `sk_buff` 数据结构及其相关操作的讲解，因为我知道这是 Linux 内核处理网络数据包的核心。我希望能够理解 `sock_alloc()`, `__pskb_copy()`, `skb_queue_tail()` 等函数在数据包处理中的具体作用。此外，我对 Linux 如何实现各种网络服务（如DNS解析、DHCP客户端/服务器、SSH远程登录）的底层网络机制感到好奇，希望书中能对这些常见服务的网络通信过程进行深入的解析。如果书中还能涉及网络性能监控和故障排除的工具和技术，例如 `ss`, `iproute2` 等命令的深层原理，或者如何使用 `perf` 来分析网络性能瓶颈，那将极大地提升这本书的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

对我而言，Linux 网络的核心在于其高度的灵活性和可配置性，而要驾驭这份灵活性，深入理解其内在机制是必不可少的。我期望这本书能提供一个全面而深入的视角，让我理解 Linux 内核是如何实现和管理各种网络协议的，从底层的 IP 协议到上层的 TCP 和 UDP。我特别想知道，当一个数据包进入内核时，它会经历哪些协议层的处理，以及每个协议层是如何对数据包进行解析、校验和转发的。我对 `netfilter` 框架及其在内核中的实现方式特别感兴趣，希望了解 `iptables` 规则是如何被解析和匹配的，以及 NAT（网络地址转换）是如何在内核中实现的。我还对 Linux 如何实现各种网络功能感到好奇，例如 DHCP 客户端的工作原理，DNS 查询的过程，以及 SSH 连接的建立和认证过程所涉及的网络通信。书中能否对网络性能的衡量和分析提供指导，例如如何使用 `iperf` 进行带宽测试，如何使用 `netstat` 或 `ss` 来查看网络连接状态，或者如何使用 `tcpdump` 来捕获和分析网络流量，将是我评价其价值的重要因素。如果书中还能涉及一些关于网络安全的内容，例如防火墙配置、VPN 连接的实现原理，那将极大地提升其吸引力。

评分☆☆☆☆☆

我对 Linux 网络的研究，源于对底层技术原理的执着追求。我曾经花了很多时间阅读关于 TCP/IP 协议栈的经典著作，但总觉得隔靴搔痒，无法真正触碰到 Linux 内核的脉搏。我期望这本书能够填补这一空白，提供关于 Linux 内核网络实现的具体细节，例如 `socket` 接口背后的系统调用是如何被内核处理的，`bind()`, `connect()`, `sendmsg()`, `recvmsg()` 等系统调用在内核中是如何映射到具体的网络操作。我特别想了解，当应用程序发起一个网络连接时，TCP 的三次握手过程在内核中是如何实现的，包括状态机的转换、序列号和确认号的生成与管理。同样，对于TCP的四次挥手过程，我也希望能够看到内核层面的详细解释。这本书能否深入讲解 Linux 如何处理网络异常情况，例如连接超时、端口冲突、丢包重传等，也是我非常关心的一点。我期待它能提供一些关于网络栈性能优化的深入见解，例如如何通过调整 `sysctl` 参数来改善网络吞吐量和延迟。如果书中还能包含一些关于高级网络特性的讲解，比如 `SO_REUSEADDR` 的工作原理，`SO_LINGER` 选项的含义，或者 `TCP_NODELAY` 的影响，那将是极大的惊喜。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，一本优秀的Linux网络书籍，应该像一位循循善诱的老师，能够将那些看似晦涩难懂的底层机制，用清晰易懂的语言和生动的比喻呈现出来。我迫切希望这本书能深入讲解 Linux 内核是如何管理网络接口的，包括网卡的驱动程序、MAC地址、IP地址的绑定，以及网络设备的打开、关闭和状态监控。我尤其想知道，当数据包到达网卡时，中断是如何被处理的，`softirq` 和 `tasklet` 在网络数据接收和发送过程中扮演着怎样的角色。对于TCP协议的握手、挥手过程，我希望书中能够提供比TCP/IP经典书籍更深入的Linux内核层面的实现细节，例如各个状态转换时涉及到的具体内核函数调用和数据结构的变化。我还对网络拥塞控制的算法及其在Linux中的具体实现非常感兴趣，希望能了解诸如TCP的慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复等机制是如何在内核中被实现的。此外，关于UDP协议的无连接特性以及其在Linux中的处理流程，我也希望能够有所了解。这本书能否在讲解理论知识的同时，提供一些能够帮助读者动手实践的例子，例如如何使用 `strace` 或 `ltrace` 来跟踪网络相关的系统调用，或者如何编写简单的网络程序来验证学习到的概念，将是我衡量其价值的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股扎实的学究气，让人一看就知道这不是一本泛泛而谈的网络入门读物。我当初选择它，正是因为对 Linux 网络栈底层原理有着强烈的求知欲，想知道数据包在内核中究竟是如何流转的，DNS 查询背后的具体机制是什么，TCP 连接的建立和关闭过程是如何精确控制的，以及各种网络工具（如 tcpdump, netstat）的输出背后究竟隐藏着什么。我对书中是否会详细讲解 socket API 的每一个细节、系统调用与内核交互的模式、以及中断处理在网络数据接收中的作用充满了期待。尤其希望能够深入理解网络设备驱动层面的工作原理，以及网络协议栈与硬件之间的接口如何协调工作，这对于排查复杂的网络故障至关重要。我还需要了解 Linux 如何处理网络安全方面的问题，例如防火墙（iptables）的规则匹配过程，以及网络加密技术（如 IPsec）在内核中的实现。这本书能否清晰地阐述这些内容，将直接决定它是否能够满足我这种“刨根问底”式的读者需求。如果它能提供一些实际的性能调优案例，或者解释如何根据不同的应用场景（如高吞吐量、低延迟）来配置和优化网络参数，那将是锦上添花。我还对书中关于 IPv6 的支持情况感到好奇，以及它在现代网络环境中的适配和配置。最后，这本书的篇幅和内容的深度，能否支撑起“Internals”这个词所承诺的深入洞察，是我衡量其价值的关键。

评分☆☆☆☆☆

我对于 Linux 网络栈的探索，源于对底层原理的深切兴趣，以及希望能够构建更稳定、更高效网络应用的需求。我期望这本书能像一本详尽的“解剖手册”，将 Linux 内核中复杂的网络部分一一剖析。我特别希望书中能够深入讲解网络数据包在内核中的整个生命周期，从数据包的接收、解析、处理，到最终的发送。我需要了解，当一个数据包到达网卡时，中断是如何被处理的，以及 `softirq` 和 `hardirq` 在网络数据接收和发送中的作用。对于 TCP 协议，我希望书中能够提供比传统教材更深入的内核层面的解释，例如 TCP 连接的建立和断开过程，状态机的实现，以及序列号和确认号的管理。我也对 Linux 内核如何实现拥塞控制算法（如 TCP Reno, BBR）非常感兴趣，希望能了解这些算法是如何在内核中被实现的，以及如何进行相应的参数调优。此外，书中对网络安全方面的讲解，例如 iptables 的工作原理，以及如何实现网络隔离和访问控制，也同样吸引着我。我希望这本书能够提供一些实用的网络故障排除指南，帮助我诊断和解决常见的网络问题。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书的扉页，一股沉甸甸的知识分量扑面而来，那种感觉就像是即将踏上一场深入计算机心脏的探索之旅。我始终认为，理解一个操作系统的网络功能，就如同要解剖一头狮子，你不能只满足于看到它奔跑的样子，而是要明白它的肌肉是如何运作，血液是如何循环，神经是如何传递信号的。我期望这本书能够像一位经验丰富的解剖师，带着我一步步剖析 Linux 内核的网络部分，从网卡驱动程序这个最基础的环节开始，讲解数据包如何被捕获、如何被封装、如何通过各个协议层进行处理，直至最终到达应用程序的Socket。我特别关注书中是否会详细介绍网络协议栈的各个层次，比如网络层（IP）、传输层（TCP/UDP）以及应用层（Socket API）之间的交互逻辑，以及它们是如何协同工作的。更重要的是，我希望它能解释清楚在这些过程中，有哪些关键的数据结构（如sk_buff）在扮演着核心角色，它们是如何被创建、修改和销毁的。对于网络中的一些复杂概念，比如拥塞控制算法（如Reno, BBR）在Linux中的具体实现和参数调优，我也充满好奇。能否提供一些关于网络性能瓶颈分析的方法和工具的介绍，例如如何利用eBPF进行深入的网络跟踪和分析，也是我衡量这本书是否“值回票价”的重要标准。如果书中还能触及到网络虚拟化（如veth, bridge）以及容器网络（如Docker, Kubernetes）的实现原理，那将进一步提升它的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种在Linux网络领域摸爬滚打多年的工程师来说，真正能够打动我的，不是那些浅尝辄止的API调用演示，而是能够洞悉背后运行机制的深度解析。我希望这本书能带领我走进 Linux 内核的网络代码世界，理解 `netfilter` 框架是如何实现数据包过滤和网络地址转换（NAT）的，`iptables` 命令背后的内核模块是如何工作的。我想知道，当我执行一个 `ping` 命令时，ICMP 包在内核中经历了怎样的旅程，从用户空间的 `ping` 程序，到 Socket 层，再到 IP 层，最后到达网卡设备。我同样渴望了解，在一个高并发的网络服务器中，TCP 连接是如何被高效地管理的，`epoll` 机制是如何实现高吞吐量的，以及 TCP 的状态转换（SYN, ESTABLISHED, FIN等）在内核中有何对应的实现。书中对网络错误处理机制的讲解也至关重要，例如如何诊断和解决网络丢包、延迟和连接拒绝等问题。我对书中是否会包含一些关于网络性能优化的实践指南，比如如何调整 TCP 缓冲区大小、如何配置网卡驱动参数、以及如何利用 `sysctl` 进行内核参数优化，抱有极大的期望。此外，对于 IPv6 的相关实现和配置，以及在多宿主环境下的网络路由策略，我也希望能够得到清晰的阐述。这本书能否真正解答我心中对 Linux 网络“为什么”的疑问，是我评价它的关键。

评分☆☆☆☆☆

我一直坚信，只有深入理解事物的底层运作，才能真正掌握它们。对于 Linux 网络，我渴望能够一窥其内部的奥秘。我希望这本书能够带领我深入 Linux 内核，理解网络子系统的各个组件是如何协同工作的，从网卡驱动到 Socket 层。我尤其关注书中对网络数据包在内核中的处理流程的讲解，例如数据包是如何从网卡接收，经过协议栈处理，最终被传递到应用程序的 Socket 接口。我对 `sk_buff` 数据结构以及它在网络数据处理中的作用充满了好奇，希望能理解它在数据包的封装、解封装、修改和传递过程中的关键作用。我还希望书中能够详细介绍 TCP 协议的可靠性机制，例如序列号、确认号、重传机制以及流量控制和拥塞控制算法在 Linux 内核中的具体实现。此外，对于 UDP 协议的无连接和不可靠特性，我也希望能得到清晰的阐述。我期待书中能够提供一些关于网络性能优化和故障排除的实用技巧，例如如何调整 TCP 参数以获得更好的性能，或者如何使用 `strace` 或 `tcpdump` 来诊断网络问题。如果书中能包含一些关于网络虚拟化和容器网络实现的内容，那将是额外的惊喜。

评分☆☆☆☆☆

在看网桥， 说理还好， 就是啰嗦。。。。纰漏亦不少。。可以一看

评分☆☆☆☆☆

介绍的是3层以下的协议和实现。如果想看TCP等上层协议的实现，不建议看这本，这本应该写给路由器开发人员的。

评分☆☆☆☆☆

在看网桥， 说理还好， 就是啰嗦。。。。纰漏亦不少。。可以一看

评分☆☆☆☆☆

很翔实，我主要看了Neighboring子系统，没想到ARP可以讲这么多。

评分☆☆☆☆☆

很翔实，我主要看了Neighboring子系统，没想到ARP可以讲这么多。