深入Linux內核架構與底層原理 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

Name: 深入Linux內核架構與底層原理 pdf epub mobi txt 電子書 2025
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☆☆☆☆☆

劉京洋，韓方著著

圖書標籤:

Linux內核
內核架構
操作係統
底層原理
係統編程
C語言
計算機科學
技術
深入學習
內核機製

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店鋪：文軒網旗艦店

齣版社：電子工業齣版社

ISBN：9787121322907

商品編碼：20881699350

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

頁數：382

字數：453000

具體描述

作者:劉京洋,韓方著定價:89 齣版社:電子工業齣版社齣版日期:2017年11月01日頁數:382 裝幀:平裝 ISBN:9787121322907 ●linux總覽
●1.簡介
●2.Linux學習麯綫和職業麯綫
●3.如何形成一個內核
●第二章Linux內核架構
●1.常見架構範式與核心係統
●2.基礎功能元素
●3.特殊硬件框架
●4.特殊軟件機製
●5.係統調用
●第三章內核數據結構
●1.鏈錶與哈希錶
●2.LRU
●3.樹
●4.其他常見數據結構
●第四章Linux係統的啓動
●1.啓動的硬件支持
●2.Bootloader和內核二進製
●3.啓動原理
●第五章進程（重點）
●部分目錄

內容簡介

本書主要描述Linux係統的總體框架和設計思想，包含很多可以直接操作的實例，目的是希望讀者對Linux係統背後的邏輯有一個全麵的瞭解。本書力求貼近實際的工作使用，在比較核心且常用的技術點有更加深入的解釋，對實際使用Linux係統工作大有裨益。這些子係統都是Linux係統運行中很好重要的領域，是深入理解Linux係統原理不可或缺的知識補充。劉京洋,韓方著劉京洋，中山大學雙學士、碩士，創建中山大學嵌入式組，在嵌入式實驗室工作6年。工作早期擔任創業公司總經理，投資公司總裁助理，後來專心技術，先後就職於TP-LINK、YY直播和網易遊戲，從事內核和網絡安全研發，對Linux係統底層有深入的理解。很高興與大傢溝通探討相關學術問題。
韓方，武漢大學研究生畢業，先後就職於華為和YY直播，具有多年安全領域的攻防對抗、安全體係建設和開發經驗，精通Linux內核開發和應用開發，申請過多項發明專利，多次參加靠前外技術峰會並進行分享。

《程序員的自我修養》前言在浩瀚的技術海洋中，我們如同航行者，不斷探索未知的疆域。每一次代碼的敲擊，每一次算法的優化，每一次係統架構的演進，都凝聚著無數智慧的結晶。然而，在追求高效、穩定、可擴展的軟件工程實踐時，我們往往會遇到一個核心的問題：如何纔能真正理解軟件的“內在”？如何纔能超越錶麵 API 的調用，深入到指令執行、內存管理、並發協作的本質？《程序員的自我修養》正是為瞭迴應這一深層需求而生。本書並非一本關於特定語言或框架的速成手冊，更不是一套“照著做就能成功”的模闆。相反，它是一次關於“理解”的旅程，一次對成為一名優秀工程師所需具備的“內功”的係統性探尋。我們相信，真正的“武林高手”，不在於招式的繁多，而在於對基本功的爐火純青。本書旨在為你構建一個堅實的理論基石，讓你能夠理解軟件在底層是如何運作的，以及這些運作機製如何影響著我們日常的編程實踐。我們並非要讓你成為一名匯編專傢或操作係統內核開發者（除非你誌存高遠），而是希望讓你擁有對底層原理的直觀感受和深刻洞察。這種洞察力，將幫助你寫齣更健壯、更高效、更易於維護的代碼，讓你在麵對復雜問題時，不再束手無策，而是能夠從容分析，找到問題的根源。第一章：代碼之下的世界——從指令到執行你是否曾好奇，當你按下“運行”按鈕時，你寫的 C/C++ 代碼究竟是如何變成計算機可以理解的機器語言？你輸入的每一個字符，是如何被 CPU 捕捉並執行的？本章將帶領你穿越抽象的代碼層麵，窺探指令的本質。我們將從二進製與十進製的轉換開始，循序漸進地理解計算機如何錶示數據。隨後，我們將深入瞭解 CPU 的基本結構，包括寄存器、ALU（算術邏輯單元）和控製單元。通過分析簡單的匯編指令，你將直觀地看到變量的存儲、算術運算、條件跳轉等是如何在硬件層麵實現的。例如，一個簡單的 `a = b + c` 語句，在匯編層麵又是如何一步步完成加載、加法和存儲的？我們還將觸及函數調用的過程，包括棧幀的創建與銷毀，參數傳遞以及返迴值的處理。理解這些，將幫助你理解代碼執行的實際開銷，以及某些編程習慣（例如遞歸深度）可能帶來的潛在問題。第二章：內存的奧秘——數據存儲與訪問的藝術內存，是程序運行的舞颱。數據的存儲位置、訪問方式，直接關係到程序的性能和穩定性。本章將揭開內存的神秘麵紗，讓你理解數據在內存中的“一生”。我們將詳細講解內存的基本概念，包括內存地址、字節、字等。然後，我們將深入探討不同的數據類型在內存中是如何布局的，以及結構體和數組的內存模型。你會瞭解到，為什麼某些編程語言（如 C/C++）允許直接操作內存地址，而其他語言（如 Java、Python）則提供瞭更高級的抽象。更重要的是，我們將講解內存對齊（Memory Alignment）的概念，理解它為何能提升訪問速度，以及不當的對齊可能帶來的性能損失。此外，本章還將介紹虛擬內存係統。你將理解為什麼我們的程序看到的內存地址與物理內存地址並不總是相同的，以及分頁（Paging）、分段（Segmentation）等機製是如何實現的。這將幫助你理解為什麼程序可以在物理內存不足的情況下運行，以及內存映射（Memory Mapping）是如何工作的。你還將瞭解到不同內存區域（棧、堆、全局變量區、代碼區）的用途和特點，以及它們在程序生命周期中的角色。第三章：並發的挑戰——多綫程與同步機製在現代計算環境中，並發編程已成為提升性能和響應能力的關鍵。然而，多綫程的引入也帶來瞭前所未有的挑戰。本章將深入探討並發的世界，以及如何馴服它。我們將從進程（Process）和綫程（Thread）的基本概念入手，理解它們之間的區彆與聯係。然後，我們將詳細介紹綫程的創建、管理和生命周期。在實際編程中，你可能會遇到多個綫程同時訪問共享數據，導緻數據不一緻的問題。本章將為你提供解決這一問題的武器：同步機製。我們將深入講解互斥鎖（Mutex）、信號量（Semaphore）、條件變量（Condition Variable）等核心同步原語。通過具體的代碼示例，你將理解它們是如何防止競態條件（Race Condition）的。同時，我們還將探討死鎖（Deadlock）産生的條件以及避免和解決死鎖的策略。對於更高級的並發模型，如原子操作（Atomic Operations）和無鎖數據結構（Lock-Free Data Structures），我們也會進行初步的介紹，讓你瞭解在某些場景下，它們如何能夠提供比傳統鎖更優的性能。第四章：文件與 I/O——數據傳輸的橋梁文件和輸入/輸齣（I/O）是程序與外部世界交互的基石。從讀取配置文件到網絡通信，I/O 操作無處不在。本章將帶你瞭解數據是如何在內存與外部設備之間流動的。我們將講解文件係統的基本概念，包括文件、目錄、inode 等。然後，我們將深入理解不同層級的 I/O 操作，從底層的係統調用（如 `read`、`write`）到更高級的流式 I/O（如 C 語言的標準 I/O 庫）。你將瞭解到緩衝（Buffering）的作用，以及它如何影響 I/O 的性能。我們還會探討阻塞 I/O（Blocking I/O）和非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）的區彆，以及它們各自的應用場景。對於需要處理大量並發 I/O 請求的場景，我們將介紹事件驅動 I/O 模型（如 `select`、`poll`、`epoll`），讓你理解它們是如何實現高效 I/O 多路復用的。此外，本章還將觸及網絡 I/O 的基礎，包括套接字（Socket）的概念以及 TCP/IP 協議棧的簡單模型。第五章：係統調用與庫函數——抽象與實現的鴻溝當我們編寫應用程序時，我們很少直接與操作係統內核打交道。我們依賴於係統調用和庫函數來完成各種任務。本章將為你揭示這個抽象層背後的實現細節。我們將講解係統調用的概念，理解它們是用戶空間程序與內核空間進行交互的接口。你會瞭解到，每一次係統調用都涉及到用戶態到內核態的上下文切換，以及由此帶來的開銷。我們將以一些常見的係統調用為例，如 `fork`（創建進程）、`exec`（執行程序）、`open`（打開文件）等，講解它們在內核中的大緻實現流程。同時，我們還將探討庫函數（Library Functions）與係統調用的關係。一些庫函數可能隻是對係統調用的簡單封裝，而另一些則可能包含更復雜的邏輯，甚至不直接依賴於係統調用。理解這種關係，有助於你更精準地評估代碼的性能錶現，並根據需求選擇閤適的工具。第六章：鏈接與加載——讓程序“活”起來你的代碼寫好瞭，編譯通過瞭，但它並不是一個孤立的存在。它需要被鏈接，需要被加載到內存中，纔能最終運行。本章將為你揭示程序從靜態文件到動態可執行體的轉變過程。我們將講解靜態鏈接（Static Linking）和動態鏈接（Dynamic Linking）的區彆，以及它們各自的優缺點。你會瞭解到，目標文件（Object File）是什麼，以及鏈接器（Linker）在其中扮演的角色。我們將深入分析可重定位（Relocation）和符號解析（Symbol Resolution）的過程。對於動態鏈接，你將理解共享庫（Shared Libraries）的概念，以及運行時鏈接器（Runtime Linker）是如何在程序運行時將共享庫加載到內存中並解決符號引用的。我們還將討論程序的加載器（Loader）的工作原理，包括它如何將可執行文件讀入內存，進行必要的重定位和初始化。理解這些，將有助於你解決一些棘手的鏈接錯誤，理解庫版本衝突，以及對程序啓動性能有更深刻的認識。第七章：調試的藝術——定位問題的利器 “Bug 是程序員最好的朋友”——這句話雖然聽起來令人沮喪，但也道齣瞭調試在軟件開發中的核心地位。本章將為你提供係統性的調試方法和工具。我們不再僅僅關注如何“修復”Bug，而是更側重於如何“找到”Bug。你將學習如何有效地使用調試器（Debugger），如 GDB。我們將講解設置斷點、單步執行、查看變量、觀察內存、堆棧迴溯等基本操作。更重要的是，你將學習如何運用這些工具來分析程序的執行流程，定位潛在的邏輯錯誤。除瞭調試器，我們還將介紹其他輔助調試的技術，例如日誌記錄（Logging）的重要性以及如何有效地設計日誌信息。你還將瞭解到一些常見的 Bug 類型，如內存泄漏（Memory Leaks）、野指針（Dangling Pointers）、緩衝區溢齣（Buffer Overflows）等，並學習如何通過觀察和分析來診斷它們。結語《程序員的自我修養》的目的，是為你點亮通往“深刻理解”的道路。我們鼓勵你帶著好奇心去探索，帶著批判性思維去分析。每一次對底層原理的深入理解，都將為你的編程技藝注入新的活力。我們相信，當你能夠從指令的層麵去理解代碼的執行，從內存的視角去審視數據的存儲，從並發的本質去構建多綫程的應用，從 I/O 的細節去優化數據傳輸，從鏈接加載的流程去剖析程序的誕生，從調試的技巧去洞悉錯誤的根源時，你將不再是一個簡單的代碼實現者，而成為一個真正意義上的“構建者”，一個能夠駕馭復雜性，創造齣卓越軟件的工程師。這趟旅程，纔剛剛開始。願你在不斷學習與實踐中，不斷精進，成就非凡。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格非常獨特，可以說是“乾貨滿滿”，但又不會讓人覺得枯燥乏味。它在講解一些抽象的概念時，總是能巧妙地結閤實際場景，或者通過一些形象的比喻來幫助讀者理解。例如，在講解係統調用時，它不僅僅是列舉瞭一些常見的係統調用，更重要的是解釋瞭用戶空間和內核空間之間的切換過程，以及係統調用是如何被內核處理的。這讓我明白瞭為什麼一些操作需要內核權限，以及用戶程序和內核之間的邊界在哪裏。另外，書中對於文件 I/O 的深入剖析，也是我非常看重的一點。它詳細介紹瞭緩衝區 I/O、直接 I/O 等不同的 I/O 模型，以及它們在性能上的差異。我以前一直以為 I/O 就是簡單的讀寫，看瞭這本書纔知道，原來背後有這麼多的復雜性和優化空間。書中還涉及瞭一些關於進程間通信（IPC）和綫程同步的底層細節，這對於需要編寫高性能並發程序的開發者來說，是非常寶貴的知識。這本書，就像一個經驗豐富的老師傅，在循循善誘地指導你，讓你能夠更深入地理解Linux操作係統的運作原理。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，我首先被它那種嚴謹的學術風格給吸引瞭。這不是一本教你敲代碼的小冊子，而更像是一本深入的學術研究報告。它探討的深度，在我看來，已經遠遠超齣瞭很多市麵上的“實戰”類書籍。比如說，它在講解中斷處理機製時，不僅僅是解釋瞭硬件中斷如何觸發，軟件如何響應，還深入到瞭中斷上下文和進程上下文的區彆，以及為什麼在中斷處理過程中需要小心翼翼地避免睡眠。更讓我印象深刻的是，作者在討論文件係統時，沒有止步於 ext4 或 XFS 的基本特性，而是花瞭很多篇幅去講解 VFS（Virtual Filesystem Switch）的設計，以及它如何屏蔽瞭底層文件係統的差異，實現瞭統一的文件訪問接口。這種對抽象層和設計模式的深入剖析，讓我對Linux內核的宏觀架構有瞭更清晰的認識。此外，書中對於網絡協議棧的講解，也遠比我之前看過的要深入，從 TCP/IP 的各個層級，到內核是如何處理網絡數據包的，再到一些更底層的網絡調優參數，都有涉及。我發現，很多時候我們看到的各種網絡問題，根源可能就隱藏在這些內核層麵的細節裏。這本書，確實需要你靜下心來，一點一點地去消化，但一旦理解瞭，那種成就感是無與倫比的。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常“硬核”的書，讀起來需要一定的耐心和積纍。它不像一些入門級的Linux書籍那樣，告訴你怎麼用命令，怎麼配置服務，而是直擊Linux內核最核心的部分。我尤其喜歡書中關於綫程模型和進程調度的部分。它不僅僅是講瞭創建綫程和進程的 API，更重要的是揭示瞭內核是如何管理它們的，比如綫程和進程在內核中的錶示，以及調度器是如何在多個 CPU 核心上分配執行時間的。作者在解釋這些概念時，經常會引用一些內核的數據結構和源碼片段（雖然不是全部代碼，但足以說明問題），這讓我能夠更直觀地理解理論知識是如何映射到實際的內核實現中的。另外，關於內存管理的部分，也是這本書的亮點。它詳細講解瞭用戶空間和內核空間如何管理內存，虛擬內存地址是如何映射到物理地址的，以及 Page Cache、Buffer Cache 這些機製在提高 I/O 性能方麵起到的作用。讀完這部分，我感覺自己對程序的內存使用有瞭更深刻的理解，也能更好地解釋一些常見的內存泄漏問題。總的來說，這是一本能夠讓你從“使用者”升華到“理解者”的書。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我大概是抱著一種“想把Linux玩明白”的心態買的。之前也看過一些零散的技術文章，但總感覺像是碎片化的信息，抓不住重點。這本書給我的感覺就很不一樣，它不是那種告訴你“怎麼做”的書，而是試圖告訴你“為什麼這麼做”。比如，讀到關於進程調度的部分，作者沒有停留在解釋 CFS（Completely Fair Scheduler）的算法本身，而是深入剖析瞭它背後的設計哲學，比如如何權衡公平性和響應速度，以及在多核環境下如何進行調度。我以前總是覺得調度是個黑盒，看瞭這本書纔知道，原來裏麵有這麼多巧妙的設計和權衡。尤其是在講到內存管理時，關於虛擬內存、頁錶、TLB（Translation Lookaside Buffer）這些概念，這本書給齣瞭非常清晰的脈絡，不是那種枯燥的定義堆砌，而是結閤瞭實際的係統調用和內核數據結構來解釋，讓你能直觀地理解程序是如何訪問內存的，以及為什麼會有TLB這樣的硬件加速機製。甚至連那些我曾經覺得很神秘的內核同步機製，比如信號量、自鏇鎖，這本書也做瞭細緻的梳理，從它們誕生的原因，到不同的應用場景，再到可能遇到的死鎖問題，都講得頭頭是道。總的來說，這本書給瞭我一種“撥雲見日”的感覺，讓我對Linux內核的理解不再停留在錶麵，而是能夠窺見其深邃的內在邏輯。

評分☆☆☆☆☆

說實話，當初買這本書，是因為我的工作需要深入瞭解Linux底層的運行機製，尤其是那些關於性能調優和故障排查的關鍵點。這本書在這方麵確實沒有讓我失望。它在講解進程間通信（IPC）時，並沒有簡單地羅列管道、消息隊列、共享內存等幾種方式，而是詳細對比瞭它們在效率、同步性、數據傳遞方式等方麵的優劣，甚至還提到瞭內核是如何實現這些IPC機製的。這讓我能夠根據不同的場景，選擇最適閤的IPC方式，並且在齣現性能瓶頸時，能夠找到問題的根源。另一個讓我受益匪淺的部分是關於信號處理的。我之前一直認為信號就是簡單的通知機製，看瞭這本書纔知道，原來信號的産生、傳遞、處理，以及在用戶空間和內核空間之間的轉換，都涉及到很多精細的內核邏輯。尤其是在處理信號量和中斷時，書中給齣的深入分析，讓我對並發編程中的鎖機製和競爭條件有瞭更深刻的認識，也讓我理解瞭為什麼在編寫多綫程程序時，要注意避免一些潛在的危險操作。這本書的語言風格比較直接，邏輯性很強，讀起來雖然需要一定的基礎，但一旦剋服瞭初期的門檻，就會覺得豁然開朗，很多之前模糊的概念都變得清晰起來。

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