O'Reilly：深入理解LINUX內核（第3版）（涵蓋2.6版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 博韋，西斯特 著，陳莉君，張瓊聲，張宏偉 譯

圖書標籤:

• Linux內核
• 操作係統
• 內核原理
• OReilly
• 技術經典
• 深入理解
• 源碼分析
• 2
• 6內核
• 係統編程
• 技術書籍

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787508353944

版次：1

商品編碼：10100237

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2008-01-01

用紙：膠版紙

頁數：896

編輯推薦

　　《深入理解LINUX內核（第3版）》為瞭徹底理解是什麼使得Linux能正常運行以及其為何能在各種不同的係統中運行良好，你需要深入研究內核本質的部分。內核處理CPU與外界間的所有交互，並且決定哪些程序將以什麼順序共享處理器時間。它如此有效地管理有限的內存，以至成百上韆的進程能高效地共享係統。它熟練地統籌數據傳輸，這樣CPU 不用為等待速度相對較慢的硬盤而消耗比正常耗時更長的時間。

內容簡介

　　為瞭透徹理解Linux的工作機理，以及為何它在各種係統上能順暢運行，你需要深入到內核的心髒。cPu與外部世界的所有交互活動都是由內核處理的，哪些程序會分享處理器的時間，以什麼樣的順序來分享。內核不遺餘力地管理有限的內存，以使數以韆計的進程有效地共享係統資源。內核還精心組織數據傳送，使得cPu不再受限於慢速硬盤。
　　《深入理解Linux內核》第三版將引領你暢遊內核中用到的主要數據結構、算法和編程技巧。如果你的確想瞭解計算機內部的實現機理，那麼作者透過現象探尋本質，提供瞭頗有價值的深入分析。本書針對具體的Intel平颱，討論瞭其重要特徵，逐行剖析瞭相關的代碼片段。但是，本書涵蓋的內容不僅僅局限於代碼的機理，還解釋瞭Linux運作方式的理論支撐。
　　本書第三版涵蓋Linux 2.6，從中可以看到幾乎內核每個子係統都有相當大的變化，首當其衝的是內存管理和塊設備部分。本書集中討論瞭如下內容：
　　內存管理，包括文件緩衝、進程交換以及直接內存訪問（DMA）
　　虛擬文件係統層和第二及第三擴展文件係統
　　進程創建及調度
　　信號、中斷及設備驅動程序的主要接口
　　定時
　　內核中的同步
　　進程間通信（IPC）
　　程序執行
　　本書將使你熟悉Linux所有的內在工作機理，但本書不僅僅是一種學術演練。你將瞭解到什麼條件會促使Linux産生性能，你還會看到，Linux在各種環境下如何滿足進程調度、文件訪問及內存管理期間係統提齣的快速響應要求。本書有助於你充分展現Linux係統的魅力。

作者簡介

　　博韋，計算機科學專業博士，意大利羅馬大學Tor vergata分校全職教授。　　
　　切薩蒂 數學和計算機科學博士，羅馬大學Tor vergata分校工程學院計算機科學係助理研究員。

目錄

前言
第一章 緒論
Linux與其他類Unix內核的比較
硬件的依賴性
Linux版本
操作係統基本概念
Unix文件係統概述
Unix內核概述
第二章 內存尋址
內存地址
硬件中的分段
Linux中的分段
硬件中的分頁
Linux中的分頁
第三章 進程
進程、輕量級進程和綫程
進程描述符
進程切換
創建進程
撤消進程
第四章 中斷和異常
中斷信號的作用
中斷和異常
中斷和異常處理程序的嵌套執行
初始化中斷描述符錶
異常處理
中斷處理
軟中斷及tasklet
工作隊列
從中斷和異常返迴
第五章 內核同步
內核如何為不同的請求提供服務
同步原語
對內核數據結構的同步訪問
避免競爭條件的實例
第六章 定時測量
時鍾和定時器電路
Linux計時體係結構
更新時間和日期
更新係統統計數
軟定時器和延遲函數
與定時測量相關的係統調用
第七章 進程調度
調度策略
調度算法
調度程序所使用的數據結構
調度程序所使用的函數
多處理器係統中運行隊列的平衡
與調度相關的係統調用
第八章 內存管理
頁框管理
內存區管理
非連續內存區管理
第九章 進程地址空間
進程的地址空間
內存描述符
綫性區
缺頁異常處理程序
創建和刪除進程的地址空間
堆的管理
第十章 係統調用
POSIX API和係統調用
係統調用處理程序及服務例程
進入和退齣係統調用
參數傳遞
內核封裝例程
第十一章 信號
信號的作用
産生信號
傳遞信號
與信號處理相關的係統調用
第十二章 虛擬文件係統
虛擬文件係統(VFS)的作用
VFS的數據結構
文件係統類型
文件係統處理
路徑名查找
VFS係統調用的實現
文件加鎖
第十三章 I/O體係結構和設備驅動程序
I/O體係結構
設備驅動程序模型
設備文件
設備驅動程序
字符設備驅動程序
第十四章 塊設備驅動程序
塊設備的處理
通用塊層
I/O調度程序
塊設備驅動程序
打開塊設備文件
第十五章 頁高速緩存
頁高速緩存
把塊存放在頁高速緩存中
把髒頁寫入磁盤
sync()、fsync()和fdatasync()係統調用
第十六章 訪問文件
讀寫文件
內存映射
直接I/O傳送
異步I/O
第十七章 迴收頁框
頁框迴收算法
反嚮映射
PFRA實現
交換
第十八章 Ext2和Ext3文件係統
Ext2的一般特徵
Ext2磁盤數據結構
Ext2的內存數據結構
創建Ext2文件係統
Ext2的方法
管理Ext2磁盤空間
Ext3文件係統
第十九章 進程通信
管道
FIFO
System V IPC
POSIX消息隊列
第二十章 程序的執行
可執行文件
可執行格式
執行域
exec函數
附錄一 係統啓動
附錄二 模塊
參考文獻
源代碼索引

前言/序言

《 O'Reilly：深入理解LINUX內核（第3版）（涵蓋2.6版） 》 序言 在計算機科學的浩瀚星海中，操作係統扮演著至關重要的角色，它是軟硬件之間的橋梁，是數字世界的基石。而 Linux 內核，作為開源操作係統的核心，以其穩定性、靈活性和強大的性能，贏得瞭全球開發者的青睞，並在服務器、嵌入式設備、桌麵乃至超級計算機領域占據著舉足輕重的地位。 本書並非一本簡單的入門指南，它更像是一位經驗豐富的嚮導，將帶領讀者穿越 Linux 內核的復雜迷宮，深入探索其精妙的設計與運作機製。我們將一同揭開那些隱藏在日常計算背後的神秘麵紗，理解指令是如何轉化為機器行為，數據是如何在係統中流轉，以及各種進程和綫程是如何和諧共存的。 特彆地，本版將聚焦於 Linux 內核的 2.6 版本係列。這個版本係列是 Linux 內核發展史上的一個重要裏程碑，引入瞭許多關鍵性的改進和新特性，極大地提升瞭係統的性能、可伸縮性和易用性。通過深入分析 2.6 版本，我們能夠更好地理解現代 Linux 內核的演進軌跡，並為掌握更高級的內核概念打下堅實的基礎。 本書的目標讀者是那些對操作係統原理有濃厚興趣，並且希望深入瞭解 Linux 內核內部工作機製的開發者、係統管理員、研究人員以及有誌於此的計算機科學專業學生。無論您是初次接觸內核開發，還是已經在該領域有所建樹，本書都將為您提供寶貴的見解和實用的知識。 在閱讀本書之前，建議您對 C 語言有一定的瞭解，並對基本的計算機體係結構和操作係統概念有所認識。雖然本書會盡量闡述清楚，但紮實的編程基礎和先備知識將使您的學習之旅更加順暢。 讓我們一起踏上這場激動人心的內核探索之旅，領略 Linux 內核的智慧與魅力。 第一部分：內核概覽與基礎概念 第一章：Linux 內核的宇宙 Linux 內核，這顆開源世界的璀璨明珠，並非一個靜態的實體，而是一個不斷演進、充滿活力的生態係統。本章將為您勾勒齣 Linux 內核的宏大圖景，從其誕生之初的樸素理想，到如今成為驅動全球數十億設備的強大引擎。我們將探討 Linux 內核的設計哲學——開源、模塊化、可定製性，以及它如何通過社區的共同努力，不斷突破技術瓶頸，實現自我完善。 我們將審視內核的整體架構，理解其作為操作係統的核心，如何管理硬件資源，為用戶空間提供統一的接口。您將瞭解到內核如何與硬件交互，如何為應用程序創建虛擬的執行環境，以及它如何應對海量的並發請求。此外，本章還會簡要介紹 Linux 內核的開發流程和社區協作模式，讓您對這個龐大而活躍的項目有初步的認識。 第二章：程序執行的生命周期 程序的執行並非一蹴而就，它經曆著一係列復雜而精密的生命周期。本章將深入剖析一個程序從用戶空間的誕生，到在內核中經曆的種種蛻變。我們將詳細講解進程的概念，理解進程是程序的一次獨立執行實例，擁有獨立的內存空間和係統資源。 您將瞭解到如何創建進程，包括 fork() 係統調用的作用，以及子進程和父進程之間的關係。我們將探討進程的各種狀態——運行、就緒、阻塞，以及它們是如何在內核調度器的指揮下進行切換的。同時，本章還會介紹進程間通信（IPC）的基本機製，這是不同進程之間進行信息交換和協調的必要手段。 第三章：內存的藝術：地址空間與分頁 內存是計算機的生命綫，而 Linux 內核在管理內存方麵展現齣瞭令人驚嘆的藝術。本章將帶您深入理解 Linux 的內存模型，特彆是其虛擬內存和物理內存的管理方式。您將瞭解到為什麼我們需要虛擬內存，它如何為每個進程提供一個獨立的、統一的地址空間，從而簡化程序開發並增強安全性。 我們將重點講解分頁機製，這是虛擬內存得以實現的核心技術。您將理解頁錶的作用，它如何將虛擬地址映射到物理地址，以及缺頁中斷是如何發生的，並由內核進行處理。此外，本章還會介紹內存分配的策略，包括內核自身的內存分配器，以及用戶空間應用程序如何請求和釋放內存。 第四章：並發的交響麯：進程與綫程 現代計算環境離不開並發，而 Linux 內核在處理並發方麵錶現齣色。本章將為您揭示進程與綫程的奧秘。我們將區分進程和綫程的概念，理解綫程是進程內更小的執行單元，它們共享進程的資源，但擁有獨立的執行棧。 您將瞭解到用戶綫程和內核綫程的區彆，以及它們是如何在內核中進行管理的。本章還會深入探討綫程同步的機製，包括互斥鎖、信號量以及條件變量，這些工具是如何確保並發訪問共享資源時的正確性和避免競態條件的。理解並發是掌握現代操作係統設計的關鍵一步。 第二部分：內核核心組件詳解 第五章：CPU 調度：誰在主宰舞颱 CPU 調度是操作係統最核心的功能之一，它決定瞭哪些進程或綫程能在何時獲得 CPU 時間。本章將帶您深入瞭解 Linux 內核的 CPU 調度器。我們將探討不同的調度策略，如時間片輪轉、優先級調度，以及 Linux 2.6 內核中引入的先進調度算法，例如 O(1) 調度器和 CFS（Completely Fair Scheduler）。 您將理解調度器是如何權衡公平性、響應時間和吞吐量這些相互衝突的目標的。本章還會介紹進程調度的過程，包括上下文切換的開銷，以及調度器如何應對 I/O 密集型和 CPU 密集型任務。理解 CPU 調度是優化係統性能和響應能力的關鍵。 第六章：係統調用：用戶與內核的界碑 係統調用是用戶空間程序與內核進行交互的唯一途徑。本章將為您詳細解析係統調用的工作機製。您將瞭解到係統調用是如何被設計和實現的，以及它們是如何跨越用戶空間和內核空間的界碑的。 我們將介紹常見的係統調用，如 read()、write()、open()、close()、fork()、execve() 等，並分析它們在內核中的具體實現。本章還會探討係統調用的性能影響，以及如何通過係統調用來訪問文件係統、網絡通信和其他係統資源。 第七章：中斷與異常：事件的響應者 計算機係統中的各種事件，如硬件設備的到來、錯誤的發生，都需要內核及時響應。本章將深入講解中斷和異常的處理機製。您將理解硬件中斷是如何觸發的，以及中斷處理程序（ISR）是如何被內核調用來處理這些事件的。 我們將分析不同類型的中斷，以及內核如何通過中斷嚮量錶來查找對應的處理程序。此外，本章還會介紹異常，如除零錯誤、非法內存訪問等，以及內核如何捕獲和處理這些異常，從而保證係統的穩定運行。 第八章：同步與鎖：協作的藝術 在多處理器和多綫程環境下，同步機製是保證數據一緻性和避免競態條件的關鍵。本章將詳細講解 Linux 內核中的同步原語。您將深入理解自鏇鎖（spinlocks）、互斥鎖（mutexes）、信號量（semaphores）等基本鎖機製的工作原理。 我們將探討不同鎖的適用場景，以及它們在性能和功能上的權衡。此外，本章還會介紹更高級的同步技術，如原子操作和讀寫鎖，並分析它們如何用於解決復雜的並發問題。 第三部分：內核關鍵子係統 第九章：進程間通信（IPC）：信息的傳遞 進程雖然擁有獨立的地址空間，但它們需要互相溝通纔能完成復雜的任務。本章將深入探討 Linux 內核提供的各種進程間通信（IPC）機製。您將瞭解到管道（pipes）、消息隊列（message queues）、共享內存（shared memory）和套接字（sockets）等 IPC 方法。 我們將逐一分析每種 IPC 機製的特點、工作原理和適用場景。本章還會講解如何利用這些機製來構建分布式係統和並發應用程序，以及它們在係統性能和安全性上的影響。 第十章：文件係統的奧秘：數據的組織與訪問 文件係統是用戶與存儲設備交互的界麵，它負責數據的組織、存儲和檢索。本章將深入解析 Linux 內核的文件係統實現。您將瞭解到虛擬文件係統（VFS）的作用，它如何為各種具體的文件係統提供統一的接口。 我們將探討常見文件係統，如 Ext4、XFS 等的工作原理，包括 inode、目錄項、數據塊等關鍵概念。本章還會講解文件 I/O 的過程，包括緩存機製、磁盤讀寫，以及文件的權限和屬性管理。 第十一章：設備驅動模型：硬件的代言人 設備驅動是內核與硬件設備溝通的橋梁。本章將為您揭示 Linux 內核的設備驅動模型。您將瞭解到字符設備、塊設備和網絡設備驅動的開發流程和接口。 我們將重點關注 Linux 2.6 內核中引入的設備模型，以及它如何簡化驅動程序的編寫和管理。本章還會介紹驅動程序的注冊、注銷機製，以及如何處理設備的熱插拔。 第十二章：網絡協議棧：連接世界的神經 網絡通信是現代計算機係統中不可或缺的一部分。本章將深入解析 Linux 內核的網絡協議棧。您將瞭解到 TCP/IP 協議族的實現，包括 IP 層、TCP 層和 UDP 層。 我們將分析數據包的封裝和解封裝過程，以及套接字（sockets）是如何提供用戶接口進行網絡通信的。本章還會探討網絡 I/O 的性能優化，以及防火牆和路由等網絡相關的功能。 第四部分：內核的高級主題與實踐 第十三章：性能調優與監控 理解內核的運作機製是為瞭更好地優化係統性能。本章將提供一係列性能調優和監控的實用技巧。您將學習如何使用各種工具，如 `top`、`vmstat`、`iostat`、`strace` 等來診斷係統瓶頸。 我們將探討 CPU、內存、I/O 和網絡等方麵的性能問題，並提供相應的調優策略。本章還會介紹內核參數的調整，以及如何通過內核模塊來擴展係統功能。 第十四章：內核的調試與開發 如果您有誌於深入內核開發，本章將為您提供必要的指導。您將瞭解到如何設置內核開發環境，包括交叉編譯、內核鏡像的生成和引導。 我們將介紹常用的內核調試技術，如 `printk`、`gdb`、`kgdb`，以及如何使用跟蹤工具來分析內核的行為。本章還會講解如何編寫和加載簡單的內核模塊，以及如何參與到 Linux 內核的社區開發中。 結論 《 O'Reilly：深入理解LINUX內核（第3版）（涵蓋2.6版） 》為讀者提供瞭一個深入探索 Linux 內核的詳盡路徑。通過對內核概覽、核心組件、關鍵子係統以及高級主題的係統性講解，本書旨在幫助讀者建立對 Linux 內核的深刻理解。從進程管理、內存模型到調度機製、文件係統，再到網絡協議棧和設備驅動，本書逐一剖析瞭 Linux 內核的復雜運作。 本書所涵蓋的 Linux 2.6 版本係列，是 Linux 內核發展中的一個重要階段，其中包含的諸多創新和改進，為理解現代 Linux 內核的演進奠定瞭基礎。通過學習本書，讀者不僅能夠掌握 Linux 內核的工作原理，更能為進行係統性能調優、內核開發以及深入理解操作係統原理打下堅實的基礎。 我們希望本書能夠成為您在 Linux 內核探索之旅中不可或缺的夥伴，激發您對底層技術的好奇心，並引導您在操作係統領域不斷深入，有所建樹。

評分☆☆☆☆☆

當我讀到文件係統和I/O子係統相關的內容時，我更加確定瞭這本書的定位。我一直以為，它會像一些介紹文件管理軟件的書籍一樣，用非常直觀的圖形界麵來解釋文件是如何存儲、如何查找的。比如，它可能會用一個“盒子”來比喻磁盤塊，用“標簽”來比喻文件索引。我甚至設想過，它會演示一個文件從應用程序請求到最終寫入磁盤的整個過程，並且配有詳細的圖示。然而，這本書展現的是文件係統是如何工作的底層機製，包括各種文件係統的特點（ext3, ext4等），以及它們是如何組織數據、處理元數據，還有I/O的請求是如何被處理、被調度，最終由硬件執行的。這需要讀者對磁盤的物理結構、塊設備驅動、緩衝區緩存等概念有清晰的認識。我原本期待的，是能夠通過簡單的案例，理解文件讀寫操作的性能瓶頸在哪裏，以及操作係統是如何優化的。但這本書，直接將你帶入瞭更深層次的原理，讓你去理解那些看似簡單操作背後所涉及的復雜技術細節，這是一種“授人以漁”的方式，但需要你自己去積纍“漁網”的材料。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，首先就被它厚重的分量所震撼，感覺就像是捧著一本武林秘籍，裏麵藏著無窮的奧秘。我一直對Linux的世界充滿好奇，特彆是內核這個被譽為“心髒”的部分，總覺得是通往更深層次理解的關鍵。坊間對這本書的評價一直很高，說是Linux內核的“聖經”之一，這讓我對它的內容充滿瞭期待。然而，當我翻開第一頁，一股濃濃的技術氣息撲麵而來，它不是那種輕鬆易讀的讀物，更像是一次嚴肅的學術探討。書中涉及的各種概念，諸如進程調度、內存管理、中斷處理等等，聽起來就如同深邃的宇宙，需要花費大量的時間和精力去探索。我預想中的，可能是通過生動的比喻或者形象的圖解，能夠循序漸進地引導讀者入門。但這本書似乎更傾嚮於直接將你拋入知識的海洋，期待你具備一定的基礎，然後勇敢地潛入。它傳遞的信息是，要想真正理解，就得付齣努力，而不是期望一本“速成”的指南。這種直擊核心的方式，雖然挑戰性十足，但也正是它吸引人的地方，因為它承諾的，是紮實的、不摻水的知識。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀關於進程調度這部分時，我更是體會到瞭這本書的“深度”。我原本以為，它會像一本通俗的科普讀物一樣，用一些生動的故事來講述不同的調度算法，比如哪個算法更像是“公平的老師”，哪個算法更像是“效率至上的經理”。我曾設想過，它會通過一個實際的例子，比如遊戲運行時，CPU是如何分配給遊戲進程和其他後颱進程的。但這本書，直接就深入到瞭各種調度器（如O(1)調度器、CFS調度器）的內部工作機製，描述瞭它們的權衡和取捨，以及在不同場景下的優缺點。這要求讀者必須具備非常紮實的計算機科學基礎，能夠理解優先級、時間片、進程狀態轉換等概念，並且能夠分析復雜的代碼邏輯。我想象中的，可能會有一些動畫或者交互式的演示，來幫助我們直觀地理解進程在就緒態、運行態、等待態之間是如何流轉的。但這本書，更多的是依賴文字和代碼片段，需要讀者自己去想象和消化，這無疑增加瞭學習的難度，但同時也提供瞭最直接、最權威的知識來源。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的過程，更像是一場漫長的“硬仗”。我嘗試著去理解書中所描述的那些精密的算法和數據結構，比如各種鎖的機製，比如文件係統的層次結構。每一個概念的背後，都隱藏著無數個小時的精心設計和反復打磨。我常常需要停下來，反復閱讀同一個段落，甚至查閱大量的相關資料，纔能勉強抓住一絲脈絡。我想象中，這本書會用一種更加“傻瓜式”的方式，將這些復雜的技術進行拆解，就像給初學者講解基礎的物理定律一樣。然而，它所呈現的，是直接展示Linux內核的源碼級彆的一些邏輯和實現細節，對於一個我這樣主要接觸應用層開發的人來說，簡直是“天書”。雖然我知道這必然會是理解內核的必經之路，但它對讀者的耐心和毅力是一個極大的考驗。我曾設想過，這本書會提供一些非常清晰的流程圖，能夠一步步地引導我們跟蹤一個係統調用的生命周期，或者描繪齣CPU在不同任務之間切換的細節。但實際情況是，你需要自己去腦海中構建這些畫麵，去解析那些代碼片段所暗示的邏輯。

評分☆☆☆☆☆

當我翻到關於內存管理的章節時，我更加堅信這是一本需要“啃”的書。書中所提到的虛擬內存、頁錶、TLB等概念，聽起來就如同高深的數學公式，讓人望而生畏。我曾經幻想，這本書會用一些生動的類比，比如把內存比作一個巨大的圖書館，而頁錶就是圖書館的目錄，TLB則是你經常翻閱的書的快速訪問索引，以此來幫助理解。但這本書的風格，更像是直接給你一本圖書館的建築圖紙和內部管理條例，讓你自己去摸索如何找到一本書，以及如何高效地藉閱和歸還。我期待的是，它能夠提供一些場景化的解釋，比如在多任務環境下，操作係統是如何分配內存，又如何在進程間隔離內存的。但它呈現的是更底層的原理和實現細節，需要讀者自己去聯想和推導。這種方式，對於想要快速獲得整體概念的讀者來說，可能會感到一些吃力，因為它需要你具備一定的計算機體係結構和操作係統原理的基礎知識，纔能真正理解它所描述的一切。

評分☆☆☆☆☆

實惠，一直在京東買，物流快，物流人員服務態度也好

評分☆☆☆☆☆

統一評價，東西不錯，喜歡。

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病急亂投醫，不求它用處多大，要是這書可以幫助我學會閹割係統就好瞭

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為瞭技術！加強學習！突破實力！改變命運！

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實惠，一直在京東買，物流快，物流人員服務態度也好

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不錯！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

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還沒有時間去看，希望暑假能夠看完並搞懂

評分☆☆☆☆☆

還不錯，很厚實，慢慢放著，得花時間研究一下瞭

評分☆☆☆☆☆

書是新的，是正版。質量很好。