Professional Linux Programming

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出版者:Wiley Publishing, Inc.
作者:Jon Masters
出品人:
页数:465
译者:
出版时间:2007
价格:361.00元
装帧:Paperback
isbn号码:9780471776130
丛书系列:
图书标签:
  • linux
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  • 计算机
  • software
  • Wrox
  • 编程
  • series:Professional
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  • 编程
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  • 系统编程
  • 网络编程
  • 多线程
  • 进程间通信
  • 内核
  • 实用工具
  • 开源软件
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具体描述

This book is broken into four primary sections addressing key topics that Linux programmers need to master: Linux nuts and bolts, the Linux kernel, the Linux desktop, and Linux for the Web Effective examples help get readers up to speed with building software on a Linux-based system while using the tools and utilities that contribute to streamlining the software development process Discusses using emulation and virtualization technologies for kernel development and application testing Includes useful insights aimed at helping readers understand how their applications code fits in with the rest of the software stack Examines cross-compilation, dynamic device insertion and removal, key Linux projects (such as Project Utopia), and the internationalization capabilities present in the GNOME desktop

Linux系统深度实践与内核解析 探索操作系统的核心奥秘,构建坚如磐石的系统级应用 本书旨在为具备一定编程基础的读者提供一套全面、深入的Linux系统级编程与内核交互指南。我们不关注于应用程序的表层开发,而是将目光聚焦于操作系统的底层机制、内存管理、进程调度以及文件系统的精微之处。通过大量实战案例和对内核源码的剖析,读者将能够真正掌握Linux系统的“脉搏”,从而编写出性能卓越、资源占用优化的系统工具和驱动程序。 --- 第一部分:基础架构重构与环境定制(约300字) 本部分将系统性地回顾并深化读者对Linux基本架构的理解,重点从系统调用(System Calls)的实现路径和用户空间(User Space)与内核空间(Kernel Space)的边界交互机制入手。我们将详细解析C库(如glibc)如何封装底层汇编指令,实现到内核态的平滑过渡。 内容涵盖: 1. 引导加载与初始化流程: 从BIOS/UEFI到内核的加载过程,`init`进程的起源及其在系统启动链条中的关键作用。 2. 内存寻址的艺术: 深入讲解分段、分页机制(特别是x86-64架构下的四级分页),以及虚拟内存如何抽象和隔离物理资源。理解TLB(Translation Lookaside Buffer)对性能的决定性影响。 3. 工具链的精妙构造: 不仅仅是使用GCC和GDB,而是理解编译过程中的预处理、编译、汇编和链接各个阶段的内部逻辑,如何利用Linker Script定制程序的内存布局。 4. 系统信息获取的底层视角: 掌握如何直接读取`/proc`和`/sys`文件系统下的原始数据,并结合`ptrace`等工具对进程状态进行实时监控。 --- 第二部分:进程、线程与并发控制的极限优化(约450字) 理解现代计算中的并发性是高级系统编程的基石。本章将超越简单的`fork()`和`pthread_create()`,深入探究Linux调度器的工作原理以及同步机制的性能陷阱。 我们将彻底解析: 1. Linux调度策略的演变: 详述CFS(Completely Fair Scheduler,完全公平调度器)的运行机制,包括虚拟运行时(vruntime)的计算、红黑树的使用,以及调度延迟(Latency)与吞吐量(Throughput)之间的权衡。 2. 线程模型与内核的联系: 区分N:M线程模型与1:1线程模型的差异,深入理解Linux中进程与线程的统一性(即“线程即轻量级进程”),并掌握`clone()`系统调用的精细化控制。 3. 同步原语的效能分析: 对比和实战运用互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)、读写锁(RWLock)以及屏障(Barrier)。重点分析自旋锁(Spinlock)在单核与多核环境下的适用性边界,以及futex(快速用户空间互斥体)如何在用户空间实现高效同步。 4. 原子操作的底层实现: 探究硬件层面对CAS(Compare-and-Swap)指令的支持,以及如何使用GCC内置函数(如`__sync_bool_compare_and_swap`)实现无锁数据结构(Lock-free Data Structures)的构建,避免锁竞争带来的性能瓶颈。 --- 第三部分:I/O子系统与高性能数据传输(约400字) 输入/输出(I/O)往往是系统性能的瓶颈所在。本部分致力于揭示Linux I/O栈的复杂结构,并教授如何绕过传统I/O的限制,实现高效的数据流处理。 关键主题包括: 1. 缓冲区的层次结构: 深入分析页缓存(Page Cache)与缓冲区缓存(Buffer Cache)的区别与协作,以及它们在实现零拷贝(Zero-Copy)中的作用。 2. 传统阻塞I/O与非阻塞I/O的局限: 为什么循环轮询(Polling)是低效的?我们将介绍`select`/`poll`的底层结构,并解释它们在文件描述符数量增加时的性能衰减原因。 3. 事件驱动模型的飞跃: 全面掌握`epoll`的工作机制,包括其基于红黑树和就绪列表的设计,以及如何利用ET(边缘触发)模式实现高并发网络服务。 4. 异步I/O的未来: 介绍`io_uring`框架。这不是简单的`epoll`的升级,而是对整个I/O路径的重构。读者将学习如何利用提交队列(Submission Queue)和完成队列(Completion Queue)绕过内核上下文切换,实现极致的异步性能。 5. 磁盘I/O调度器的选择与调优: 探讨CFQ、Deadline、NOOP以及BFQ等不同I/O调度算法的适用场景,并理解它们如何影响随机读写和顺序读写的性能曲线。 --- 第四部分:内核模块交互与系统调试(约350字) 要真正理解Linux,必须理解如何与内核进行受控的、安全的交互。本章提供了一套实用的内核模块(LKM)开发方法论,并侧重于强大的调试和追踪技术。 核心内容涉及: 1. 编写与加载简单内核模块: 掌握模块的生命周期管理(`module_init`, `module_exit`),并理解模块在内核符号表中的定位。 2. 内核编程的安全边界: 强调在内核态编程时必须避免的用户空间操作(如内存分配、标准I/O),以及如何安全地进行内存拷贝(使用`copy_from_user`/`copy_to_user`)。 3. 动态追踪的利器: 熟练运用Ftrace框架,这是内核开发者调试性能问题的首选工具。学习如何追踪特定函数调用栈、测量调度延迟,并利用Kprobes/Jprobes动态地在运行时挂载探针而无需重新编译内核。 4. 性能剖析的深度挖掘: 介绍eBPF(扩展的伯克利数据包过滤器)技术。eBPF允许用户在内核中安全地运行沙箱化程序,用于采集、过滤和汇总运行时数据,是现代Linux性能分析不可或缺的工具。我们将演示如何利用eBPF追踪系统调用频率和内核函数执行时间。 --- 目标读者: 系统架构师、高性能计算(HPC)开发者、嵌入式系统工程师,以及所有希望深入了解操作系统“黑箱”内部工作原理的资深程序员。 学习成果: 完成本书的学习后,读者将能自信地诊断系统级性能瓶颈,设计出高度并发和资源效率的底层服务,并能读懂主流开源项目(如Redis、Nginx等)中关于I/O和同步机制的复杂代码。

作者简介

目录信息

读后感

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找工作的时候不能说你看过这本书   估计人家会笑话你的   也只能是入门级的,对于高年级学生来说

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找工作的时候不能说你看过这本书   估计人家会笑话你的   也只能是入门级的,对于高年级学生来说

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找工作的时候不能说你看过这本书   估计人家会笑话你的   也只能是入门级的,对于高年级学生来说

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找工作的时候不能说你看过这本书   估计人家会笑话你的   也只能是入门级的,对于高年级学生来说

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原英文标题是"Professional Linux Programming",译为“高级”程序设计大概会有一些让新手退却之意。其实对程序员而言这倒只是一本入门书,对LINUX开发中的涉及的各种主流工具、库进行了一个概念性介绍,这肯定不能使你精通或深入,但至少让你有个概念性的印象,遇到问题时不至...  

用户评价

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这本书的书名虽然直指Linux编程的专业领域,但它给我的第一印象,却是一种对“系统”本身更深层次的哲学探讨。我记得刚翻开它的时候,就被其中关于进程间通信(IPC)机制的详细论述所吸引,它没有停留在简单的API调用层面,而是深入挖掘了共享内存、消息队列以及信号量的设计哲学和性能权衡。作者在讲解信号量时,用了大量篇幅来对比其在不同内核版本下的实现细节差异,这种对历史演进的梳理,让我这个长期使用高层框架的开发者,得以窥见操作系统底层运行的脉络。尤其是关于管道(Pipes)与命名管道(FIFOs)的比较分析,作者将抽象的I/O流具象化为文件描述符的操作,并通过一个经典的生产者-消费者模型实例,生动地展示了同步原语在保证数据完整性中的关键作用。读到这部分,我感觉自己不再是简单地调用`fork()`和`exec()`,而是真正理解了程序如何在多任务环境下协同作战。这本书的优势在于,它要求读者不仅要会写代码,更要理解代码运行的“环境”是如何被构造和维护的,这种对基础的深挖,无疑是构建稳固编程基石所必需的。对于那些满足于仅仅跑通示例代码的开发者来说,这本书的内容可能会显得有些“重”,但对于渴望精进内核级优化和调试能力的工程师而言,这简直是一本不可多得的宝典,其内容深度足以支撑起一次完整的系统级性能调优项目。

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我必须承认,这本书的阅读过程并非一帆风顺,它更像是一次对意志力的考验,而非轻松的知识汲取。它的内容组织结构偏向于自底向上,从系统调用接口一直深入到用户空间库的实现细节。例如,在讲解动态链接与加载机制时,作者没有满足于仅仅解释`ld.so`的工作,而是详尽地剖析了ELF文件的结构,以及共享库版本控制的复杂性。为了阐明这些概念,书中不得不引入大量的汇编片段和内核数据结构定义,这对于那些主要从事应用层开发,对底层细节不甚敏感的读者来说,无疑增加了阅读的门槛。我记得为了弄懂GOT(Global Offset Table)和PLT(Procedure Linkage Table)的交互机制,我不得不查阅数篇外部资料来辅助理解作者提供的示意图。然而,正是这种近乎偏执的深度,使得一旦你成功掌握了其中的某个复杂概念,比如如何手工构造一个最小化的共享对象文件并进行链接,你对整个Linux程序加载生命周期的理解会达到一个前所未有的高度。这本书的价值恰恰在于它的“难啃”,它筛选出了一批真正愿意投入时间去啃下硬骨头的专业人士,而回报则是对系统运行机制无与伦比的掌控感。

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从整体来看,这本书的编写风格是严谨且极具逻辑性的,它仿佛一部技术规范文档,而非轻松的读物。在网络编程部分,作者选择了以原始的Socket API为核心,深入剖析了TCP/IP协议栈在Linux内核中的实现模型。它没有过多纠缠于Boost.Asio或类似的现代库,而是直接跳到了epoll的工作原理及其与select/poll的性能差异的根源。其中对epoll事件循环的描述,结合了内核中的红黑树数据结构应用,清晰地展示了内核如何高效地管理海量连接而不必在每次事件循环中扫描所有文件描述符。我特别喜欢它对网络错误处理的讨论,比如如何区分“暂时性”的资源问题和“永久性”的配置错误。这本书更像是一本“内参”,它期望读者不仅仅是利用Linux提供的API,而是能够理解这些API背后系统是如何进行资源调度和状态维护的。它为那些希望自己动手实现,或者需要对现有网络框架进行深度定制和优化的专业人员,提供了不可替代的技术深度和方法论指导,其内容广度与专业度,足以成为工作台边常备的参考手册。

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这本书的阅读体验,更像是在跟随一位经验极其丰富的系统架构师进行一对一的辅导,其叙述方式充满了对细节的执着和对“为什么”的刨根问底。我尤其欣赏它在文件系统I/O处理部分的处理方式。市面上很多书籍往往会草草带过异步I/O(AIO)的实现,但此书却花了整整一个章节来解析`io_uring`的引入,以及它如何通过环形缓冲区极大地优化了传统系统调用带来的上下文切换开销。作者不仅解释了其API的使用,还穿插了对Linux内核调度器如何处理I/O等待事件的微观分析,这种跨越用户空间与内核空间的无缝衔接,极大地拓宽了我对高性能网络服务构建的认知。当我试图用书中的理论去分析一个高并发Web服务器的延迟瓶颈时,之前模糊不清的系统调用开销问题,一下子变得清晰起来。此外,书中对内存映射(mmap)的讲解也极为透彻,它不仅讨论了内存保护和虚拟地址到物理地址的转换过程,还涉及到NUMA(非一致性内存访问)架构下,如何通过特定的参数调整来避免跨节点内存访问带来的性能惩罚。这些内容并非初学者能轻易掌握的,它假设读者已经具备一定的C语言基础,并对操作系统的基本概念有所涉猎,因此它能提供的知识密度非常高,每一页都充满了实用的、可立即应用到生产环境中的洞察力。

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这本书在工具链和调试方法论上的介绍,可以说是独树一帜,它超越了传统教程对GDB基本命令的罗列。作者着重探讨了如何利用Valgrind、perf等高级分析工具,来剖析那些看似随机出现的性能毛刺和内存泄漏问题。他提供了一套系统性的分析流程,比如如何使用`perf record`采集系统范围内的事件,然后如何利用火焰图(Flame Graphs)来直观地定位热点函数,这比单纯依赖打印调试信息要高效得多。更令人称道的是,书中对Linux信号处理机制的讲解,绝不仅仅停留在`sigaction`的参数设置上,它详细阐述了在信号处理函数内部调用非异步安全函数的潜在危险,并结合实际的内核代码示例,说明了信号在线程组中是如何被分发和等待的。这部分内容对于编写健壮的、能够优雅地处理外部中断的后台服务至关重要。通过阅读这些章节,我开始重新审视过去编写的那些“看起来”正常的信号处理代码,意识到其中隐藏的竞态条件和不可预测性。这本书真正教会我的,是如何用一种“防御性编程”的思维去面对系统级的复杂交互。

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