O'Reilly：深入理解LINUX内核（第3版）（涵盖2.6版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 博韦，西斯特 著，陈莉君，张琼声，张宏伟 译

图书标签:

• Linux内核
• 操作系统
• 内核原理
• OReilly
• 技术经典
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• 系统编程
• 技术书籍

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787508353944

版次：1

商品编码：10100237

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-01-01

用纸：胶版纸

页数：896

编辑推荐

　　《深入理解LINUX内核（第3版）》为了彻底理解是什么使得Linux能正常运行以及其为何能在各种不同的系统中运行良好，你需要深入研究内核本质的部分。内核处理CPU与外界间的所有交互，并且决定哪些程序将以什么顺序共享处理器时间。它如此有效地管理有限的内存，以至成百上千的进程能高效地共享系统。它熟练地统筹数据传输，这样CPU 不用为等待速度相对较慢的硬盘而消耗比正常耗时更长的时间。

内容简介

　　为了透彻理解Linux的工作机理，以及为何它在各种系统上能顺畅运行，你需要深入到内核的心脏。cPu与外部世界的所有交互活动都是由内核处理的，哪些程序会分享处理器的时间，以什么样的顺序来分享。内核不遗余力地管理有限的内存，以使数以千计的进程有效地共享系统资源。内核还精心组织数据传送，使得cPu不再受限于慢速硬盘。
　　《深入理解Linux内核》第三版将引领你畅游内核中用到的主要数据结构、算法和编程技巧。如果你的确想了解计算机内部的实现机理，那么作者透过现象探寻本质，提供了颇有价值的深入分析。本书针对具体的Intel平台，讨论了其重要特征，逐行剖析了相关的代码片段。但是，本书涵盖的内容不仅仅局限于代码的机理，还解释了Linux运作方式的理论支撑。
　　本书第三版涵盖Linux 2.6，从中可以看到几乎内核每个子系统都有相当大的变化，首当其冲的是内存管理和块设备部分。本书集中讨论了如下内容：
　　内存管理，包括文件缓冲、进程交换以及直接内存访问（DMA）
　　虚拟文件系统层和第二及第三扩展文件系统
　　进程创建及调度
　　信号、中断及设备驱动程序的主要接口
　　定时
　　内核中的同步
　　进程间通信（IPC）
　　程序执行
　　本书将使你熟悉Linux所有的内在工作机理，但本书不仅仅是一种学术演练。你将了解到什么条件会促使Linux产生性能，你还会看到，Linux在各种环境下如何满足进程调度、文件访问及内存管理期间系统提出的快速响应要求。本书有助于你充分展现Linux系统的魅力。

作者简介

　　博韦，计算机科学专业博士，意大利罗马大学Tor vergata分校全职教授。　　
　　切萨蒂 数学和计算机科学博士，罗马大学Tor vergata分校工程学院计算机科学系助理研究员。

目录

前言
第一章 绪论
Linux与其他类Unix内核的比较
硬件的依赖性
Linux版本
操作系统基本概念
Unix文件系统概述
Unix内核概述
第二章 内存寻址
内存地址
硬件中的分段
Linux中的分段
硬件中的分页
Linux中的分页
第三章 进程
进程、轻量级进程和线程
进程描述符
进程切换
创建进程
撤消进程
第四章 中断和异常
中断信号的作用
中断和异常
中断和异常处理程序的嵌套执行
初始化中断描述符表
异常处理
中断处理
软中断及tasklet
工作队列
从中断和异常返回
第五章 内核同步
内核如何为不同的请求提供服务
同步原语
对内核数据结构的同步访问
避免竞争条件的实例
第六章 定时测量
时钟和定时器电路
Linux计时体系结构
更新时间和日期
更新系统统计数
软定时器和延迟函数
与定时测量相关的系统调用
第七章 进程调度
调度策略
调度算法
调度程序所使用的数据结构
调度程序所使用的函数
多处理器系统中运行队列的平衡
与调度相关的系统调用
第八章 内存管理
页框管理
内存区管理
非连续内存区管理
第九章 进程地址空间
进程的地址空间
内存描述符
线性区
缺页异常处理程序
创建和删除进程的地址空间
堆的管理
第十章 系统调用
POSIX API和系统调用
系统调用处理程序及服务例程
进入和退出系统调用
参数传递
内核封装例程
第十一章 信号
信号的作用
产生信号
传递信号
与信号处理相关的系统调用
第十二章 虚拟文件系统
虚拟文件系统(VFS)的作用
VFS的数据结构
文件系统类型
文件系统处理
路径名查找
VFS系统调用的实现
文件加锁
第十三章 I/O体系结构和设备驱动程序
I/O体系结构
设备驱动程序模型
设备文件
设备驱动程序
字符设备驱动程序
第十四章 块设备驱动程序
块设备的处理
通用块层
I/O调度程序
块设备驱动程序
打开块设备文件
第十五章 页高速缓存
页高速缓存
把块存放在页高速缓存中
把脏页写入磁盘
sync()、fsync()和fdatasync()系统调用
第十六章 访问文件
读写文件
内存映射
直接I/O传送
异步I/O
第十七章 回收页框
页框回收算法
反向映射
PFRA实现
交换
第十八章 Ext2和Ext3文件系统
Ext2的一般特征
Ext2磁盘数据结构
Ext2的内存数据结构
创建Ext2文件系统
Ext2的方法
管理Ext2磁盘空间
Ext3文件系统
第十九章 进程通信
管道
FIFO
System V IPC
POSIX消息队列
第二十章 程序的执行
可执行文件
可执行格式
执行域
exec函数
附录一 系统启动
附录二 模块
参考文献
源代码索引

前言/序言

《 O'Reilly：深入理解LINUX内核（第3版）（涵盖2.6版） 》 序言 在计算机科学的浩瀚星海中，操作系统扮演着至关重要的角色，它是软硬件之间的桥梁，是数字世界的基石。而 Linux 内核，作为开源操作系统的核心，以其稳定性、灵活性和强大的性能，赢得了全球开发者的青睐，并在服务器、嵌入式设备、桌面乃至超级计算机领域占据着举足轻重的地位。 本书并非一本简单的入门指南，它更像是一位经验丰富的向导，将带领读者穿越 Linux 内核的复杂迷宫，深入探索其精妙的设计与运作机制。我们将一同揭开那些隐藏在日常计算背后的神秘面纱，理解指令是如何转化为机器行为，数据是如何在系统中流转，以及各种进程和线程是如何和谐共存的。 特别地，本版将聚焦于 Linux 内核的 2.6 版本系列。这个版本系列是 Linux 内核发展史上的一个重要里程碑，引入了许多关键性的改进和新特性，极大地提升了系统的性能、可伸缩性和易用性。通过深入分析 2.6 版本，我们能够更好地理解现代 Linux 内核的演进轨迹，并为掌握更高级的内核概念打下坚实的基础。 本书的目标读者是那些对操作系统原理有浓厚兴趣，并且希望深入了解 Linux 内核内部工作机制的开发者、系统管理员、研究人员以及有志于此的计算机科学专业学生。无论您是初次接触内核开发，还是已经在该领域有所建树，本书都将为您提供宝贵的见解和实用的知识。 在阅读本书之前，建议您对 C 语言有一定的了解，并对基本的计算机体系结构和操作系统概念有所认识。虽然本书会尽量阐述清楚，但扎实的编程基础和先备知识将使您的学习之旅更加顺畅。 让我们一起踏上这场激动人心的内核探索之旅，领略 Linux 内核的智慧与魅力。 第一部分：内核概览与基础概念 第一章：Linux 内核的宇宙 Linux 内核，这颗开源世界的璀璨明珠，并非一个静态的实体，而是一个不断演进、充满活力的生态系统。本章将为您勾勒出 Linux 内核的宏大图景，从其诞生之初的朴素理想，到如今成为驱动全球数十亿设备的强大引擎。我们将探讨 Linux 内核的设计哲学——开源、模块化、可定制性，以及它如何通过社区的共同努力，不断突破技术瓶颈，实现自我完善。 我们将审视内核的整体架构，理解其作为操作系统的核心，如何管理硬件资源，为用户空间提供统一的接口。您将了解到内核如何与硬件交互，如何为应用程序创建虚拟的执行环境，以及它如何应对海量的并发请求。此外，本章还会简要介绍 Linux 内核的开发流程和社区协作模式，让您对这个庞大而活跃的项目有初步的认识。 第二章：程序执行的生命周期 程序的执行并非一蹴而就，它经历着一系列复杂而精密的生命周期。本章将深入剖析一个程序从用户空间的诞生，到在内核中经历的种种蜕变。我们将详细讲解进程的概念，理解进程是程序的一次独立执行实例，拥有独立的内存空间和系统资源。 您将了解到如何创建进程，包括 fork() 系统调用的作用，以及子进程和父进程之间的关系。我们将探讨进程的各种状态——运行、就绪、阻塞，以及它们是如何在内核调度器的指挥下进行切换的。同时，本章还会介绍进程间通信（IPC）的基本机制，这是不同进程之间进行信息交换和协调的必要手段。 第三章：内存的艺术：地址空间与分页 内存是计算机的生命线，而 Linux 内核在管理内存方面展现出了令人惊叹的艺术。本章将带您深入理解 Linux 的内存模型，特别是其虚拟内存和物理内存的管理方式。您将了解到为什么我们需要虚拟内存，它如何为每个进程提供一个独立的、统一的地址空间，从而简化程序开发并增强安全性。 我们将重点讲解分页机制，这是虚拟内存得以实现的核心技术。您将理解页表的作用，它如何将虚拟地址映射到物理地址，以及缺页中断是如何发生的，并由内核进行处理。此外，本章还会介绍内存分配的策略，包括内核自身的内存分配器，以及用户空间应用程序如何请求和释放内存。 第四章：并发的交响曲：进程与线程 现代计算环境离不开并发，而 Linux 内核在处理并发方面表现出色。本章将为您揭示进程与线程的奥秘。我们将区分进程和线程的概念，理解线程是进程内更小的执行单元，它们共享进程的资源，但拥有独立的执行栈。 您将了解到用户线程和内核线程的区别，以及它们是如何在内核中进行管理的。本章还会深入探讨线程同步的机制，包括互斥锁、信号量以及条件变量，这些工具是如何确保并发访问共享资源时的正确性和避免竞态条件的。理解并发是掌握现代操作系统设计的关键一步。 第二部分：内核核心组件详解 第五章：CPU 调度：谁在主宰舞台 CPU 调度是操作系统最核心的功能之一，它决定了哪些进程或线程能在何时获得 CPU 时间。本章将带您深入了解 Linux 内核的 CPU 调度器。我们将探讨不同的调度策略，如时间片轮转、优先级调度，以及 Linux 2.6 内核中引入的先进调度算法，例如 O(1) 调度器和 CFS（Completely Fair Scheduler）。 您将理解调度器是如何权衡公平性、响应时间和吞吐量这些相互冲突的目标的。本章还会介绍进程调度的过程，包括上下文切换的开销，以及调度器如何应对 I/O 密集型和 CPU 密集型任务。理解 CPU 调度是优化系统性能和响应能力的关键。 第六章：系统调用：用户与内核的界碑 系统调用是用户空间程序与内核进行交互的唯一途径。本章将为您详细解析系统调用的工作机制。您将了解到系统调用是如何被设计和实现的，以及它们是如何跨越用户空间和内核空间的界碑的。 我们将介绍常见的系统调用，如 read()、write()、open()、close()、fork()、execve() 等，并分析它们在内核中的具体实现。本章还会探讨系统调用的性能影响，以及如何通过系统调用来访问文件系统、网络通信和其他系统资源。 第七章：中断与异常：事件的响应者 计算机系统中的各种事件，如硬件设备的到来、错误的发生，都需要内核及时响应。本章将深入讲解中断和异常的处理机制。您将理解硬件中断是如何触发的，以及中断处理程序（ISR）是如何被内核调用来处理这些事件的。 我们将分析不同类型的中断，以及内核如何通过中断向量表来查找对应的处理程序。此外，本章还会介绍异常，如除零错误、非法内存访问等，以及内核如何捕获和处理这些异常，从而保证系统的稳定运行。 第八章：同步与锁：协作的艺术 在多处理器和多线程环境下，同步机制是保证数据一致性和避免竞态条件的关键。本章将详细讲解 Linux 内核中的同步原语。您将深入理解自旋锁（spinlocks）、互斥锁（mutexes）、信号量（semaphores）等基本锁机制的工作原理。 我们将探讨不同锁的适用场景，以及它们在性能和功能上的权衡。此外，本章还会介绍更高级的同步技术，如原子操作和读写锁，并分析它们如何用于解决复杂的并发问题。 第三部分：内核关键子系统 第九章：进程间通信（IPC）：信息的传递 进程虽然拥有独立的地址空间，但它们需要互相沟通才能完成复杂的任务。本章将深入探讨 Linux 内核提供的各种进程间通信（IPC）机制。您将了解到管道（pipes）、消息队列（message queues）、共享内存（shared memory）和套接字（sockets）等 IPC 方法。 我们将逐一分析每种 IPC 机制的特点、工作原理和适用场景。本章还会讲解如何利用这些机制来构建分布式系统和并发应用程序，以及它们在系统性能和安全性上的影响。 第十章：文件系统的奥秘：数据的组织与访问 文件系统是用户与存储设备交互的界面，它负责数据的组织、存储和检索。本章将深入解析 Linux 内核的文件系统实现。您将了解到虚拟文件系统（VFS）的作用，它如何为各种具体的文件系统提供统一的接口。 我们将探讨常见文件系统，如 Ext4、XFS 等的工作原理，包括 inode、目录项、数据块等关键概念。本章还会讲解文件 I/O 的过程，包括缓存机制、磁盘读写，以及文件的权限和属性管理。 第十一章：设备驱动模型：硬件的代言人 设备驱动是内核与硬件设备沟通的桥梁。本章将为您揭示 Linux 内核的设备驱动模型。您将了解到字符设备、块设备和网络设备驱动的开发流程和接口。 我们将重点关注 Linux 2.6 内核中引入的设备模型，以及它如何简化驱动程序的编写和管理。本章还会介绍驱动程序的注册、注销机制，以及如何处理设备的热插拔。 第十二章：网络协议栈：连接世界的神经 网络通信是现代计算机系统中不可或缺的一部分。本章将深入解析 Linux 内核的网络协议栈。您将了解到 TCP/IP 协议族的实现，包括 IP 层、TCP 层和 UDP 层。 我们将分析数据包的封装和解封装过程，以及套接字（sockets）是如何提供用户接口进行网络通信的。本章还会探讨网络 I/O 的性能优化，以及防火墙和路由等网络相关的功能。 第四部分：内核的高级主题与实践 第十三章：性能调优与监控 理解内核的运作机制是为了更好地优化系统性能。本章将提供一系列性能调优和监控的实用技巧。您将学习如何使用各种工具，如 `top`、`vmstat`、`iostat`、`strace` 等来诊断系统瓶颈。 我们将探讨 CPU、内存、I/O 和网络等方面的性能问题，并提供相应的调优策略。本章还会介绍内核参数的调整，以及如何通过内核模块来扩展系统功能。 第十四章：内核的调试与开发 如果您有志于深入内核开发，本章将为您提供必要的指导。您将了解到如何设置内核开发环境，包括交叉编译、内核镜像的生成和引导。 我们将介绍常用的内核调试技术，如 `printk`、`gdb`、`kgdb`，以及如何使用跟踪工具来分析内核的行为。本章还会讲解如何编写和加载简单的内核模块，以及如何参与到 Linux 内核的社区开发中。 结论 《 O'Reilly：深入理解LINUX内核（第3版）（涵盖2.6版） 》为读者提供了一个深入探索 Linux 内核的详尽路径。通过对内核概览、核心组件、关键子系统以及高级主题的系统性讲解，本书旨在帮助读者建立对 Linux 内核的深刻理解。从进程管理、内存模型到调度机制、文件系统，再到网络协议栈和设备驱动，本书逐一剖析了 Linux 内核的复杂运作。 本书所涵盖的 Linux 2.6 版本系列，是 Linux 内核发展中的一个重要阶段，其中包含的诸多创新和改进，为理解现代 Linux 内核的演进奠定了基础。通过学习本书，读者不仅能够掌握 Linux 内核的工作原理，更能为进行系统性能调优、内核开发以及深入理解操作系统原理打下坚实的基础。 我们希望本书能够成为您在 Linux 内核探索之旅中不可或缺的伙伴，激发您对底层技术的好奇心，并引导您在操作系统领域不断深入，有所建树。

评分☆☆☆☆☆

当我读到文件系统和I/O子系统相关的内容时，我更加确定了这本书的定位。我一直以为，它会像一些介绍文件管理软件的书籍一样，用非常直观的图形界面来解释文件是如何存储、如何查找的。比如，它可能会用一个“盒子”来比喻磁盘块，用“标签”来比喻文件索引。我甚至设想过，它会演示一个文件从应用程序请求到最终写入磁盘的整个过程，并且配有详细的图示。然而，这本书展现的是文件系统是如何工作的底层机制，包括各种文件系统的特点（ext3, ext4等），以及它们是如何组织数据、处理元数据，还有I/O的请求是如何被处理、被调度，最终由硬件执行的。这需要读者对磁盘的物理结构、块设备驱动、缓冲区缓存等概念有清晰的认识。我原本期待的，是能够通过简单的案例，理解文件读写操作的性能瓶颈在哪里，以及操作系统是如何优化的。但这本书，直接将你带入了更深层次的原理，让你去理解那些看似简单操作背后所涉及的复杂技术细节，这是一种“授人以渔”的方式，但需要你自己去积累“渔网”的材料。

评分☆☆☆☆☆

在阅读关于进程调度这部分时，我更是体会到了这本书的“深度”。我原本以为，它会像一本通俗的科普读物一样，用一些生动的故事来讲述不同的调度算法，比如哪个算法更像是“公平的老师”，哪个算法更像是“效率至上的经理”。我曾设想过，它会通过一个实际的例子，比如游戏运行时，CPU是如何分配给游戏进程和其他后台进程的。但这本书，直接就深入到了各种调度器（如O(1)调度器、CFS调度器）的内部工作机制，描述了它们的权衡和取舍，以及在不同场景下的优缺点。这要求读者必须具备非常扎实的计算机科学基础，能够理解优先级、时间片、进程状态转换等概念，并且能够分析复杂的代码逻辑。我想象中的，可能会有一些动画或者交互式的演示，来帮助我们直观地理解进程在就绪态、运行态、等待态之间是如何流转的。但这本书，更多的是依赖文字和代码片段，需要读者自己去想象和消化，这无疑增加了学习的难度，但同时也提供了最直接、最权威的知识来源。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程，更像是一场漫长的“硬仗”。我尝试着去理解书中所描述的那些精密的算法和数据结构，比如各种锁的机制，比如文件系统的层次结构。每一个概念的背后，都隐藏着无数个小时的精心设计和反复打磨。我常常需要停下来，反复阅读同一个段落，甚至查阅大量的相关资料，才能勉强抓住一丝脉络。我想象中，这本书会用一种更加“傻瓜式”的方式，将这些复杂的技术进行拆解，就像给初学者讲解基础的物理定律一样。然而，它所呈现的，是直接展示Linux内核的源码级别的一些逻辑和实现细节，对于一个我这样主要接触应用层开发的人来说，简直是“天书”。虽然我知道这必然会是理解内核的必经之路，但它对读者的耐心和毅力是一个极大的考验。我曾设想过，这本书会提供一些非常清晰的流程图，能够一步步地引导我们跟踪一个系统调用的生命周期，或者描绘出CPU在不同任务之间切换的细节。但实际情况是，你需要自己去脑海中构建这些画面，去解析那些代码片段所暗示的逻辑。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，首先就被它厚重的分量所震撼，感觉就像是捧着一本武林秘籍，里面藏着无穷的奥秘。我一直对Linux的世界充满好奇，特别是内核这个被誉为“心脏”的部分，总觉得是通往更深层次理解的关键。坊间对这本书的评价一直很高，说是Linux内核的“圣经”之一，这让我对它的内容充满了期待。然而，当我翻开第一页，一股浓浓的技术气息扑面而来，它不是那种轻松易读的读物，更像是一次严肃的学术探讨。书中涉及的各种概念，诸如进程调度、内存管理、中断处理等等，听起来就如同深邃的宇宙，需要花费大量的时间和精力去探索。我预想中的，可能是通过生动的比喻或者形象的图解，能够循序渐进地引导读者入门。但这本书似乎更倾向于直接将你抛入知识的海洋，期待你具备一定的基础，然后勇敢地潜入。它传递的信息是，要想真正理解，就得付出努力，而不是期望一本“速成”的指南。这种直击核心的方式，虽然挑战性十足，但也正是它吸引人的地方，因为它承诺的，是扎实的、不掺水的知识。

评分☆☆☆☆☆

当我翻到关于内存管理的章节时，我更加坚信这是一本需要“啃”的书。书中所提到的虚拟内存、页表、TLB等概念，听起来就如同高深的数学公式，让人望而生畏。我曾经幻想，这本书会用一些生动的类比，比如把内存比作一个巨大的图书馆，而页表就是图书馆的目录，TLB则是你经常翻阅的书的快速访问索引，以此来帮助理解。但这本书的风格，更像是直接给你一本图书馆的建筑图纸和内部管理条例，让你自己去摸索如何找到一本书，以及如何高效地借阅和归还。我期待的是，它能够提供一些场景化的解释，比如在多任务环境下，操作系统是如何分配内存，又如何在进程间隔离内存的。但它呈现的是更底层的原理和实现细节，需要读者自己去联想和推导。这种方式，对于想要快速获得整体概念的读者来说，可能会感到一些吃力，因为它需要你具备一定的计算机体系结构和操作系统原理的基础知识，才能真正理解它所描述的一切。

评分☆☆☆☆☆

不错不错不错不错不错

评分☆☆☆☆☆

书是新的，是正版。质量很好。

评分☆☆☆☆☆

不错，很新，是正版，值得购买。

评分☆☆☆☆☆

书不错，京东值得信赖，物流也很快。

评分☆☆☆☆☆

给力给力,还是很经典的书书

评分☆☆☆☆☆

经典书籍，开卷有益

评分☆☆☆☆☆

内容精彩，非常值得购买，包装完整。

评分☆☆☆☆☆

书籍印刷还可以，先收藏着慢慢看

评分☆☆☆☆☆

学习学习，啥都得学习啊，不学不会