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出版者:电子工业出版社

作者:孔祥丰

出品人:

页数:775

译者:

出版时间:2001-1

价格:88.00元

装帧:

isbn号码:9787505364165

丛书系列:

图书标签:

Caldera OpenLinux
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具体描述

本书详细介绍了Caldera OpenLinux的内核特征和复杂的技术.内容很多,从Linux和UNIX的基本概念,到系统管理和Linux应用程序的开发,再到编程.自动化和内核的编译,最后介绍了开发环境.在力求全面讲解Caldera OpenLinux复杂技术的同时,重点讲述了Caldera OpenLinux的安装,配置和使用,最新Caldera软件工具KDE配置,内核定制,

《深入理解Linux内核与驱动开发》书籍简介本书旨在为那些希望从“Linux用户”迈向“Linux内核开发者”的工程师和资深爱好者提供一份详尽、深入且实战导向的技术指南。我们深知，要真正驾驭和优化现代操作系统，必须深入理解其核心机制、内存管理、进程调度以及与硬件交互的底层细节。本书内容聚焦于Linux操作系统内部的工作原理，以及如何有效地开发、调试和维护高性能的内核模块与设备驱动程序。第一部分：内核架构与启动流程的深度剖析本部分将彻底解构Linux内核的整体结构，从宏观架构到关键子系统的微观实现。第1章：Linux内核的演进与现代架构详细阐述Linux内核从早期版本至今的演变历程，重点分析单体内核（Monolithic Kernel）的设计哲学及其如何通过模块化（Loadable Kernel Modules, LKM）机制实现灵活性。我们将深入探讨内核空间（Kernel Space）与用户空间（User Space）的隔离机制，以及系统调用（System Call）在用户态和内核态之间切换的完整流程与性能考量。此外，还将对比分析不同体系结构（如x86-64、ARM64）下内核入口点的差异，理解启动汇编代码如何初始化CPU环境并最终跳转到C语言核心函数。第2章：引导加载、内存初始化与内核自检本章将追溯系统启动的源头——从BIOS/UEFI到Bootloader（如GRUB）的职责。重点剖析Bootloader如何将内核镜像加载到内存中，并设置必要的硬件初始状态。随后，我们将详尽讲解内存管理单元（MMU）的初步配置、页表的建立过程，以及内核如何完成自身的初始化工作，包括初始化基本数据结构、中断描述符表（IDT）的设置，以及第一个用户进程（init/systemd）的创建，标志着内核引导的完成。第二部分：核心机制的精细化解读掌握操作系统的心跳，需要理解进程管理、内存映射和同步机制的底层实现。第3章：进程与线程管理：从任务结构到调度器我们将聚焦于`task_struct`结构体的每一个字段的含义，理解进程描述符在内核中的地位。本章深入探讨Linux调度器（尤其是CFS，完全公平调度器）的工作原理，包括时间片分配、虚拟运行时（vruntime）的计算、调度实体的查找机制，以及如何利用cgroups和namespaces实现资源隔离与虚拟化。我们将通过源码分析，揭示优先级翻转、死锁预防以及上下文切换（Context Switching）的汇编级细节。第4章：虚拟内存管理（VMM）的内核实现这是理解高性能系统的关键。本章将详细讲解内核如何管理物理内存，包括伙伴系统（Buddy System）的分配与回收策略，slab/slub分配器的作用，以及如何处理内存碎片化问题。重点内容包括虚拟内存区域（VMA）的数据结构、缺页异常（Page Fault）的处理流程，以及内核如何实现按需调页（Demand Paging）、内存映射（mmap）和交换（Swapping）机制。我们将分析TLB（Translation Lookaside Buffer）的管理与刷新对性能的影响。第5章：中断、异常与系统级同步本章探讨硬件如何与软件交互。深入分析中断向量、中断处理的延迟（Softirq/Tasklet/Workqueue），以及中断下半部机制的设计目的。对于同步机制，我们将超越简单的信号量和互斥锁，深入分析自旋锁（Spinlock）、读写信号量（RW Semaphore）的底层实现，以及原子操作（Atomic Operations）在无锁编程中的应用，强调在多处理器环境中避免竞态条件的关键技术。第三部分：设备驱动与内核模块开发实战本部分将理论与实践紧密结合，教授如何编写健壮、高效的内核代码。第6章：内核模块编程：生命周期与接口本章是实践入门的基础。详细介绍LKM的编译、加载、卸载过程，讲解`module_init`和`module_exit`宏的实际作用。我们将探讨模块间的依赖关系管理，参数的传递机制，以及如何安全地使用内核提供的API。重点分析模块级别的同步控制，确保模块代码在并发访问下的正确性。第7章：字符设备驱动程序的核心实践我们将以一个典型的字符设备为例，手把手构建一个驱动程序。详细解析`file_operations`结构体中各个函数（open, read, write, ioctl, release）的实现要求和内核调用时序。重点讲解如何使用内核缓冲区、字符设备注册与注销，以及如何通过`copy_from_user`/`copy_to_user`安全地在内核态和用户态之间传输数据，并处理I/O请求的阻塞与非阻塞行为。第8章：中断处理与I/O子系统交互本章深入讲解如何安全地申请和释放硬件中断资源（IRQ）。分析顶半部（Top Half）和底半部（Bottom Half）的设计哲学，说明Tasklet和Workqueue的适用场景和选择标准。我们还将探讨如何集成驱动到Linux I/O框架中，特别是使用中断驱动（Interrupt-Driven）的方式来处理高性能设备的请求队列。第9章：总线、设备模型与高级驱动框架现代Linux系统高度依赖设备模型。本章阐述内核如何使用Kobject、Kset等数据结构构建复杂的设备树。我们将解析PCI/USB等总线架构下的驱动注册流程，理解Driver-Device-Bus三者如何通过`driver_register`和总线扫描机制实现自动匹配。对于嵌入式或特定硬件，本书还将简要介绍设备树（Device Tree）在内核初始化中的作用。第四部分：内核调试、性能分析与故障排除编写内核代码只是第一步，有效的调试和分析能力是专业内核工程师的必备技能。第10章：内核代码的调试技术与工具链本章专注于实用的调试方法。详述如何使用KGDB/KDB进行远程或本地断点调试，如何利用`printk`的层次结构进行有效日志输出，以及如何使用内核内置的调试宏（如`BUG()`, `WARN_ON()`）。此外，还将介绍如Ftrace、ftrace/perf等动态追踪工具，用于捕获函数调用栈和系统事件，以定位性能瓶颈和锁竞争问题。第11章：内存泄漏与竞态条件的分析内存调试在内核中尤为关键。本章介绍内核内存调试工具，如KASAN（Kernel Address Sanitizer）的工作原理，如何通过它发现Use-After-Free和缓冲区溢出。同时，我们将探讨如何使用Lockdep来检测同步原语（如锁）的使用错误，包括死锁和不正确的锁获取顺序。结语：走向定制化与未来本书最后将简要展望Linux内核的未来方向，包括eBPF（扩展伯克利数据包过滤器）在内核追踪和网络过滤中的革命性应用，以及模块化内核和实时Linux（RT-Preempt）的发展趋势，鼓励读者持续探索和贡献于这一开源生态系统。