包郵 Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理|3767800 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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新設計團隊 著

圖書標籤:

• Linux內核
• 操作係統
• 架構設計
• 實現原理
• 圖解
• 技術
• 計算機科學
• 編程
• 內核設計
• 包郵

店鋪： 互動創新圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111421764

商品編碼：27158146616

叢書名： 華章原創精品

齣版時間：2013-05-01

頁數：455

書[0名0]：	Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理([0第0]2版)|3767800
圖書定價：	89元
圖書作者：	[親斤]設計團隊
齣版社：	[1機1] 械工業齣版社
齣版日期：	2013/5/1 0:00:00
ISBN號：	9787111421764
開本：	16開
頁數：	455
版次：	2-1

內容簡介

《Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理([0第0]2版)》的[0第0]1版廣獲好[0評0]，版[0[0權0]0]被中[0國0]颱灣和美[0國0]兩傢[0大0]型齣版社引進，[0第0]2版根據讀者的反饋和作者對操作係統的[親斤]研究成果對[0第0]1版進行瞭[0大0]幅[0優0]化和重寫，使其內容質量更上一層樓。本書在眾多關於Linux內核的書中[0獨0]樹一幟，它在世界範圍內[0首0]次提齣並闡述瞭操作係統設計的核心指導思想——主奴 [1機1] 製，這是所有操作係統研究者的一筆寶貴財富。它也是一本能真正引導我們較為容易地、[0極0]為透徹地理解Linux內核的經典之作，也可能是[0當0]前能從本質上指引我們去設計和開發擁有自主[0知0]識産[0[0權0]0]的操作係統的著作。 《Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理([0第0]2版)》的[0大0]特點是它的寫作方式和內容組織方式與同類書完全不同。它在深刻地分析瞭傳統講解方[0法0]的利弊之後，破舊立[親斤]，從認[0知0][0學0]的角度開創瞭一種全[親斤]的方式。以操作係統的真實運行過程為主綫，結閤真實的內核源代碼、300餘幅精確的內核運行時序圖和具有點睛之妙的文字說明，對操作係統從開 [1機1] 加電到係統完全準備就緒，及運行用戶程序的整個過程進行瞭係統而完整地分析，深刻地揭示瞭其間每一個動作的設計意圖和實現原理，完美地再現瞭操作係統設計者的設計思路。閱讀本書就如同跟隨著操作係統設計者一起去思考，我們[0會0]在閱讀的過程中發現Linux內核設計的精妙，[0會0]發現原來處處都“暗藏玄 [1機1] ”，哪怕是一行很短的代碼。 《Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理([0第0]2版)》在所有細節上都力求完美。為瞭保證[0知0]識的準確性，操作係統運行過程中的每個動作都經過瞭嚴格的考證；為瞭讓我們真正理解Linux內核的原理，它突破傳統，以Linux的真實運行過程為主綫進行講解；為瞭做到真正易於理解，創[親斤]性地使用瞭圖解的方式，精心繪製瞭300餘幅分辨率600dpi的時序圖，圖中錶現的運行時結構和狀態與操作係統實際運行時的真實狀態完全吻閤；為瞭提高閱讀體驗，本書采用瞭[0[0雙0]0]色印刷，以便於我們更清楚地觀察每一幅圖中的細節。

目錄

《Linux內核設計的藝術：圖解Linux操作係統架構設計與實現原理([0第0]2版)》 前 言 [0第0]1章 從開 [1機1] 加電到執行 main函數之前的過程1 1.1 啓動BIOS，準備實模式下的中斷嚮量錶和中斷服務程序1 1.1.1 BIOS的啓動原理2 1.1.2 BIOS 在內存中加載中斷嚮量錶和中斷服務程序3 1.2 加載操作係統內核程序並為保護模式做準備5 1.2.1 加載部分內核代碼——引導程序(bootsect)5 1.2.2 加載[0第0]二部分內核代碼——setup7 1.2.3 加載[0第0]三部分內核代碼——system模塊13 1.3 開始嚮32位模式轉變，為main函數的調用做準備17 1.3.1 關中斷並將system移動到內存地址起始位置0x0000017 1.3.2 設置中斷描述符錶和全局描述符錶19 1.3.3 打開A20，實現32位尋址21 1.3.4 為保護模式下執行head.s做準備23 1.3.5 head.s開始執行26 1.4 本章小結44 [0第0]2章 設備環境初始化及激活進程045 2.1 設置根設備、硬盤46 2.2 規劃物理內存格局，設置緩衝區、虛擬盤、主內存46 2.3 設置虛擬盤空間並初始化48 2.4 內存管理結構mem_map初始化50 2.5 異常處理類中斷服務程序掛接51 2.6 初始化塊設備請求項結構57 2.7 與建立人 [1機1] 交互界麵相關的外設的中斷服務程序掛接59 2.7.1 對串行口進行設置59 2.7.2 對顯示器進行設置60 2.7.3 對鍵盤進行設置61 2.8 開 [1機1] 啓動時間設置63 2.9 初始化進程065 2.9.1 初始化進程068 2.9.2 設置時鍾中斷71 2.9.3 設置係統調用總入口71 2.10 初始化緩衝區管理結構73 2.11 初始化硬盤75 2.12 初始化軟盤77 2.13 開啓中斷78 2.14 進程0由0特[0[0權0]0]級翻轉到3特[0[0權0]0]級，成為真正的進程78 2.15 本章小結80 [0第0]3章 進程1的創建及執行81 3.1 進程1的創建81 3.1.1 進程0創建進程181 3.1.2 在task[64]中為進程1申請一個空閑位置並獲取進程號87 3.1.3 調用copy_process函數89 3.1.4 設置進程1的分頁管理94 3.1.5 進程1共享進程0的文件99 3.1.6 設置進程1在GDT中的錶項99 3.1.7 進程1處於就緒態100 3.2 內核次做進程調度103 3.3 輪轉到進程1執行107 3.3.1 進程1為安裝硬盤文件係統做準備109 3.3.2 進程1格式化虛擬盤並更換根設備為虛擬盤135 3.3.3 進程1在根設備上加載根文件係統138 3.4 本章小結151 [0第0]4章 進程2的創建及執行152 4.1 打開終端設備文件及復製文件句柄152 4.1.1 打開標準輸入設備文件152 4.1.2 打開標準輸齣、標準錯誤輸齣設備文件166 4.2 進程1創建進程2並切換到進程2執行169 4.3 加載shell程序178 4.3.1 關閉標準輸入設備文件，打開rc文件178 4.3.2 檢測shell文件181 4.3.3 為shell程序的執行做準備186 4.3.4 執行shell程序192 4.4 係統實現怠速196 4.4.1 創建update進程196 4.4.2 切換到shell進程執行198 4.4.3 重建shell204 4.5 本章小結205 [0第0]5章 文件操作206 5.1 安裝文件係統206 5.1.1 獲取外設的[0超0]級塊206 5.1.2 確定根文件係統的掛接點209 5.1.3 將[0超0]級塊與根文件係統掛接210 5.2 打開文件211 5.2.1 將進程的*filp[20]與file_table[64]掛接212 5.2.2 獲取文件i節點213 5.2.3 將文件i節點與file_table[64]掛接223 5.3 讀文件224 5.3.1 確定數據塊在外設中的位置224 5.3.2 將數據塊讀入緩衝塊228 5.3.3 將緩衝塊中的數據復製到進程空間228 5.4 [親斤]建文件230 5.4.1 查找文件230 5.4.2 [親斤]建文件i節點231 5.4.3 [親斤]建文件目錄項233 5.5 寫文件238 5.5.1 確定文件的寫入位置238 5.5.2 申請緩衝塊241 5.5.3 將指定的數據從進程空間復製到緩衝塊241 5.5.4 數據同步到外設的兩種方[0法0]242 5.6 修改文件245 5.6.1 重定位文件的[0當0]前操作指針246 5.6.2 修改文件246 5.7 關閉文件248 5.7.1 [0當0]前進程的filp與file_table[64]脫鈎248 5.7.2 文件i節點被釋放249 5.8 刪除文件250 5.8.1 對文件的刪除條件進行檢查251 5.8.2 進行具體的刪除工作252 5.9 本章小結255 [0第0]6章 用戶進程與內存管理256 6.1 綫性地址的保護256 6.1.1 進程綫性地址空間的格局256 6.1.2 段基址、段限長、GDT、LDT、特[0[0權0]0]級257 6.2 分頁260 6.2.1 綫性地址映射到物理地址260 6.2.2 進程執行時分頁261 6.2.3 進程共享頁麵267 6.2.4 內核分頁270 6.3 一個用戶進程從創建到退齣的完整過程273 6.3.1 創建str1進程273 6.3.2 str1進程加載的準備工作285 6.3.3 str1進程的運行、加載289 6.3.4 str1進程的退齣296 6.4 多個用戶進程同時運行299 6.4.1 進程調度299 6.4.2 頁寫保護303 6.5 本章小結309 [0第0]7章 緩衝區和多進程操作文件310 7.1 緩衝區的作用310 7.2 緩衝區的總體結構311 7.3 b_dev、b_blocknr及request的作用312 7.3.1 保證進程與緩衝塊數據交互的正確性312 7.3.2 讓數據在緩衝區中停留的時間盡可能長320 7.4 uptodate和dirt的作用325 7.4.1 b_uptodate的作用326 7.4.2 b_dirt的作用331 7.4.3 i_uptodate、i_dirt和s_dirt的作用334 7.5 count、 lock、wait、request的作用336 7.5.1 b_count的作用336 7.5.2 i_count的作用338 7.5.3 b_lock、*b_wait的作用341 7.5.4 i_lock、i_wait、s_lock、*s_wait的作用344 7.5.5 補充request的作用347 7.6 實例1：關於緩衝塊的進程等待隊列349 7.7 總體來看緩衝塊和請求項370 7.8 實例2：多進程操作文件的綜閤實例373 7.9 本章小結388 [0第0]8章 進程間通信389 8.1 管道 [1機1] 製389 8.1.1 管道的創建過程391 8.1.2 管道的操作396 8.2 信號 [1機1] 製410 8.2.1 信號的使用412 8.2.2 信號對進程執行狀態的影響422 8.3 本章小結431 [0第0]9章 操作係統的設計指導思想432 9.1 運行一個簡單的程序，看操作係統為程序運行做瞭哪些工作432 9.2 操作係統的設計指導思想——主奴 [1機1] 製434 9.2.1 主奴 [1機1] 製中的進程及進程創建 [1機1] 製435 9.2.2 操作係統的設計如何體現主奴 [1機1] 製436 9.3 實現主奴 [1機1] 製的三種關鍵技術438 9.3.1 保護和分頁438 9.3.2 特[0[0權0]0]級440 9.3.3 中斷441 9.4 建立主奴 [1機1] 製的決定性因素——先 [1機1] 443 9.5 軟件和硬件的關係444 9.5.1 非用戶進程——進程0、進程1、shell進程444 9.5.2 文件與數據存儲445 9.6 父子進程共享頁麵450 9.7 操作係統的全局中斷與進程的局部中斷——信號450 9.8 本章小結451 結束語452 “[親斤]設計團隊”簡介453

編輯推薦

[0暢0]銷書全[親斤]升級和[0大0]幅[0優0]化，[0第0]1版廣獲好[0評0]，被翻譯為繁體中文和英文（美[0國0]）。 以真實操作係統的實際運行為主綫，以圖形圖像為核心，突齣描述操作係統在實際運行過程中內存的運行時結構；以操作係統設計者的視角，用體係的思想方[0法0]，深刻解讀操作係統的架構設計與實現原理

《深入理解 Linux：係統核心解析與實戰》 引言 在當今數字時代，操作係統如同人類身體的大腦，控製著計算機硬件的運作，並為上層應用提供瞭一個穩定、高效的運行環境。而在眾多操作係統中，Linux以其開源、自由、穩定、高性能的特性，在服務器、嵌入式設備、超級計算機乃至個人電腦等領域占據著舉足輕重的地位。要真正駕馭這頭強大的“雄獅”，理解其底層設計原理與實現機製至關重要。 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的Linux係統核心視角。我們將不僅僅停留在Linux命令行的使用層麵，而是要剖析其內部的運作機製，從宏觀的係統架構到微觀的內核模塊，層層剝繭，揭示Linux操作係統的精髓。本書的目標是讓讀者能夠深刻理解Linux是如何工作的，並具備分析和解決係統級問題的能力。 本書特色與內容概述 《深入理解 Linux：係統核心解析與實戰》並非一本枯燥的技術手冊，而是一次探索Linux內核奧秘的精彩旅程。我們力求以清晰的邏輯、嚴謹的論述、生動的語言，將復雜的係統概念具象化，讓讀者在閱讀過程中不僅能掌握知識，更能激發對Linux係統原理的濃厚興趣。 本書的內容設計覆蓋瞭Linux係統的核心組件，並注重理論與實踐的結閤。我們將從以下幾個關鍵章節入手： 第一部分：Linux係統架構概覽與核心概念 Linux的宏觀世界：從用戶空間到內核空間 我們將首先描繪Linux係統的整體藍圖，清晰界定用戶空間和內核空間這兩個至關重要的概念。理解這兩個空間的劃分是理解Linux係統安全、資源管理和進程隔離的基礎。我們將深入探討它們各自的職責、交互方式以及為何這種劃分對於現代操作係統的設計至關重要。 進程的誕生與消亡：生命周期與調度策略 進程是Linux中最基本的執行單元。本章將詳細講解進程的創建、終止過程，以及進程在係統中的各種狀態。更重要的是，我們將深入剖析Linux內核的進程調度器，理解不同的調度算法（如CFS、實時調度等）如何協同工作，以在多任務環境下實現資源的公平分配和效率最大化。我們將通過案例分析，展示調度策略對係統性能的影響。 內存的藝術：虛擬內存與物理內存管理 內存是計算機係統的生命綫。本章將揭示Linux如何管理寶貴的內存資源。我們將深入探討虛擬內存的概念，包括頁錶、內存映射、缺頁中斷等核心機製。理解這些機製，能夠幫助讀者理解程序為何能訪問超過物理內存大小的數據，以及係統如何高效地分配和迴收內存。我們還將介紹內存的物理分配策略，如夥伴係統、slab分配器等。 一切皆文件：Linux I/O子係統詳解 “Linux中一切皆文件”這一哲學思想貫穿瞭整個係統。本章將詳細講解Linux的I/O子係統，包括文件係統的概念、文件係統的類型（如ext4、XFS、Btrfs等）以及它們的設計特點。我們將深入分析係統調用read、write等背後的原理，探討緩衝區、頁緩存（Page Cache）如何提升I/O性能，以及塊設備驅動層是如何與文件係統交互的。 第二部分：Linux內核的精細化探索 同步與互斥：多綫程環境下的並行挑戰 在多處理器和多核環境下，並發訪問共享資源是不可避免的挑戰。本章將聚焦於Linux內核中的同步與互斥機製，詳細介紹各種鎖的類型（如自鏇鎖、互斥鎖、讀寫鎖等）及其適用場景。我們將通過分析死鎖、競態條件等常見並發問題，講解如何利用這些機製來保證數據的完整性和程序的正確性。 進程間通信（IPC）：協作的藝術 孤立的進程難以完成復雜的任務，進程間的有效通信與協作是係統正常運行的關鍵。本章將全麵梳理Linux提供的各種IPC機製，包括管道、信號量、消息隊列、共享內存以及socket。我們將深入分析每種機製的實現原理、優缺點以及適用的場景，並通過代碼示例演示如何利用這些機製實現進程間的有效交互。 Linux網絡棧：從數據包到應用交互 在網絡高度發達的今天，理解Linux的網絡棧至關重要。本章將帶領讀者深入Linux的網絡棧，從網絡接口驅動、設備驅動，到TCP/IP協議棧的各個層次（IP層、TCP層、UDP層），再到套接字（Socket）接口。我們將詳細解析數據包的傳輸流程，包括報文的封裝、解封裝、路由選擇、擁塞控製等關鍵環節，為構建高效、穩定的網絡應用奠定堅實基礎。 設備驅動模型：與硬件對話的橋梁 Linux內核之所以能夠控製種類繁多的硬件設備，離不開其強大的設備驅動模型。本章將介紹Linux設備驅動的核心概念，包括字符設備、塊設備、網絡設備以及它們的注冊、工作流程。我們將講解總綫（Bus）、設備（Device）和驅動（Driver）之間的關係，以及udev等用戶空間工具在設備管理中的作用。 第三部分：係統性能調優與故障排查 性能的度量與分析：找齣瓶頸所在 對Linux係統進行性能調優的前提是準確地度量和分析。本章將介紹一係列常用的性能分析工具，如`top`、`htop`、`vmstat`、`iostat`、`sar`、`perf`等。我們將講解如何利用這些工具來監控CPU、內存、I/O、網絡等關鍵資源的利用率，並識彆係統瓶頸，為後續的優化提供數據支撐。 內核參數與係統調優：精細化配置 Linux內核提供瞭大量的參數，通過閤理配置這些參數，可以顯著提升係統的性能和穩定性。本章將重點介紹一些重要的內核參數（sysctl參數），如網絡緩衝區大小、文件句柄限製、內存管理參數等，並講解它們的作用和調優方法。我們將提供實際場景下的調優案例，幫助讀者掌握實用的調優技巧。 故障排查的藝術：從日誌到調試 在復雜的Linux係統中，故障的齣現難以避免。本章將引導讀者掌握Linux係統的故障排查方法。我們將深入分析係統日誌（如`/var/log/messages`、`dmesg`等）的解讀技巧，講解如何利用係統工具（如`strace`、`ltrace`）來追蹤進程的係統調用和庫函數調用，以及如何在必要時利用內核調試器（如`gdb`配閤`kgdb`）來定位內核層麵的問題。 目標讀者 本書麵嚮以下讀者群體： 有一定Linux使用基礎的開發者： 希望深入瞭解Linux底層原理，寫齣更高效、更健壯的應用程序。 係統管理員與運維工程師： 旨在提升對Linux係統的理解深度，掌握更高級的性能調優和故障排查技能。 計算機科學與技術專業的學生： 希望係統學習操作係統原理，並將其應用於實踐。 對Linux內核開發感興趣的愛好者： 尋求一個堅實的理論基礎，為深入研究內核代碼做準備。 結語 Linux是一個龐大而精密的係統，其設計思想和實現機製蘊含著無數智慧的結晶。通過本書的學習，我們希望讀者不僅能掌握Linux係統的基本運作規律，更能培養齣獨立分析和解決復雜係統問題的能力。每一次對Linux內核的深入探索，都是一次對計算機科學理解的升華。讓我們一同踏上這段精彩的探索之旅，揭開Linux係統核心的神秘麵紗，解鎖更強大的技術潛能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名，乍一聽就讓人感覺一股“技術硬核”的味道撲麵而來。我個人一直對底層技術有種近乎偏執的迷戀，而 Linux 內核無疑是這個領域中最具代錶性的存在之一。雖然我不是內核開發者，但作為一名 Linux 用戶和係統管理員，我對內核的瞭解程度直接關係到我解決問題的能力和排查故障的效率。我希望這本書能夠深入淺齣地講解那些看似高深莫測的內核概念，比如中斷處理、係統調用、設備驅動模型等等。尤其是我對中斷處理流程一直有些模糊，希望能在這本書中找到清晰的脈絡。而且，我一直認為理解一個係統的設計哲學比死記硬背代碼更為重要，因此我非常期待書中能夠闡述 Linux 內核在設計上的一些關鍵理念和權衡，例如它如何在性能、靈活性和穩定性之間取得平衡。如果書中能包含一些實際的案例分析，比如某個常見係統問題的內核層麵成因，那對我來說就更具啓發性瞭。這本書的厚度也暗示瞭內容的豐富程度，希望它能成為我案頭常備的參考書，在我遇到疑難雜癥時，能夠為我提供指引。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到這本書，還沒來得及深入閱讀，但光是翻閱目錄和前幾章，就感覺這本書會是一次知識的洗禮。我一直對 Linux 內核的工作原理有著強烈的好奇心，尤其是那些隱藏在命令行之下，默默支撐著整個操作係統的復雜機製。這本書的命名方式——“設計藝術”——就暗示瞭它不僅僅是枯燥的代碼堆砌，而是對 Linux 內核背後思想和架構的深度剖析。我特彆期待書中關於進程調度、內存管理和文件係統部分的講解，這些都是操作係統的核心，理解它們對於深入掌握 Linux 至關重要。我希望書中能夠用生動形象的比喻和圖示，將那些抽象的概念具象化，讓像我這樣並非科班齣身的開發者也能輕鬆理解。這本書的“圖解”二字也是我選擇它的重要原因，往往一張精妙的圖勝過韆言萬語，希望作者能夠通過圖示，清晰地展現內核的各個模塊是如何協同工作的，它們之間的數據流和控製流又是如何傳遞的。如果這本書能夠幫助我構建起對 Linux 內核更宏觀、更係統的認識，那麼它就值迴票價瞭，甚至比這更有價值。我對它寄予厚望，希望能從中汲取養分，在未來的開發工作中更加得心應手。

評分☆☆☆☆☆

從書名和齣版社來看，這本書似乎是一本“乾貨”滿滿的技術書籍。我一直以來都對操作係統內核充滿瞭敬畏和好奇，尤其是 Linux 內核，它作為開源世界的基石，其設計的精妙之處常常讓我驚嘆。我希望這本書能夠填補我在 Linux 內核知識體係上的某些空白。我期待書中能夠詳細介紹 Linux 內核的引導過程，從 BIOS/UEFI 到 GRUB，再到最終內核的加載和初始化，這是一個非常關鍵且復雜的流程。同時，我也非常關心內核的內存管理機製，特彆是虛擬內存、物理內存的分配與迴收，以及TLB（Translation Lookaside Buffer）的作用。如果書中能對這些核心概念進行深入淺齣的講解，並輔以清晰的圖示，相信能夠極大地幫助我理解操作係統的運作本質。我希望這本書能夠讓我看到 Linux 內核的設計哲學，以及作者是如何將這些理念轉化為實際代碼的。

評分☆☆☆☆☆

這本《包郵 Linux內核設計的藝術》給我最直觀的感受就是它緻力於將復雜的技術問題“藝術化”地呈現齣來。作為一名對操作係統有一定基礎瞭解的開發者，我一直在尋找一本能夠係統性梳理 Linux 內核架構，並對其核心實現原理進行深度剖析的書籍。我特彆關注書中關於“架構設計”的描述，這通常意味著本書不會止步於對各個子係統的簡單介紹，而是會探討它們是如何被組織起來，形成一個有機整體的。我對書中關於模塊化設計、接口抽象以及各組件之間的依賴關係等方麵的講解非常感興趣。如果書中能夠結閤實際的內核代碼片段進行分析，但又不過分依賴於對具體代碼細節的糾纏，而是著重於解釋其背後的設計思路和權衡，那將是極好的。我期待通過閱讀這本書，能夠對 Linux 內核的演進過程、不同版本之間在設計上的取捨有一個更深的理解，從而不僅僅是“知道”內核是什麼，更能“理解”它為什麼是這樣設計的。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我一種“沉浸式”學習的期待。我對 Linux 內核的興趣源於我對計算機底層運作機製的強烈求知欲。我總覺得，要真正理解一個軟件係統，尤其是像 Linux 這樣一個龐大而復雜的係統，就必須深入到它的核心——內核。我非常好奇書中是如何“設計”和“實現”Linux 內核的，這其中蘊含瞭多少智慧和妥協。我特彆期待書中能夠對內核中的一些關鍵數據結構和算法進行詳細的講解，比如進程控製塊（PCB）的構成、頁錶是如何工作的、以及各種鎖機製的實現原理等等。如果書中能夠提供一些調試和分析內核的實用技巧，或者介紹一些常用的內核開發工具，那將是錦上添花。我希望這本書能讓我感受到 Linux 內核開發的“藝術性”，即如何在有限的資源下，通過精巧的設計和優化的算法，實現高性能和高穩定性。我甚至希望這本書能激發我去嘗試修改和貢獻一些內核代碼的勇氣。