The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System

出版者:Addison-Wesley Professional

作者:Marshall Kirk McKusick

页数:928

出版时间:2014-9-15

价格:USD 69.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780321968975

具体描述

The most complete, authoritative technical guide to the FreeBSD kernel’s internal structure has now been extensively updated to cover all major improvements between Versions 5 and 11. Approximately one-third of this edition’s content is completely new, and another one-third has been extensively rewritten.

Three long-time FreeBSD project leaders begin with a concise overview of the FreeBSD kernel’s current design and implementation. Next, they cover the FreeBSD kernel from the system-call level down–from the interface to the kernel to the hardware. Explaining key design decisions, they detail the concepts, data structures, and algorithms used in implementing each significant system facility, including process management, security, virtual memory, the I/O system, filesystems, socket IPC, and networking.

This Second Edition

• Explains highly scalable and lightweight virtualization using FreeBSD jails, and virtual-machine acceleration with Xen and Virtio device paravirtualization

• Describes new security features such as Capsicum sandboxing and GELI cryptographic disk protection

• Fully covers NFSv4 and Open Solaris ZFS support

• Introduces FreeBSD’s enhanced volume management and new journaled soft updates

• Explains DTrace’s fine-grained process debugging/profiling

• Reflects major improvements to networking, wireless, and USB support

Readers can use this guide as both a working reference and an in-depth study of a leading contemporary, portable, open source operating system. Technical and sales support professionals will discover both FreeBSD’s capabilities and its limitations. Applications developers will learn how to effectively and efficiently interface with it; system administrators will learn how to maintain, tune, and configure it; and systems programmers will learn how to extend, enhance, and interface with it.

作者简介

Marshall Kirk McKusick writes, consults, and teaches classes on UNIX- and BSD-related subjects. While at the University of California, Berkeley, he implemented the 4.2BSD fast filesystem. He was research computer scientist at the Berkeley Computer Systems Research Group (CSRG), overseeing development and release of 4.3BSD and 4.4BSD. He is a FreeBSD Foundation board member and a long-time FreeBSD committer. Twice president of the Usenix Association, he is also a member of ACM, IEEE, and AAAS.

George V. Neville-Neil hacks, writes, teaches, and consults on security, networking, and operating systems. A FreeBSD Foundation board member, he served on the FreeBSD Core Team for four years. Since 2004, he has written the “Kode Vicious” column for Queue and Communications of the ACM. He is vice chair of ACM’s Practitioner Board and a member of Usenix Association, ACM, IEEE, and AAAS.

Robert N.M. Watson is a University Lecturer in systems, security, and architecture in the Security Research Group at the University of Cambridge Computer Laboratory. He supervises advanced research in computer architecture, compilers, program analysis, operating systems, networking, and security. A FreeBSD Foundation board member, he served on the Core Team for ten years and has been a committer for fifteen years. He is a member of Usenix Association and ACM.

用户评价

这本书的独特之处，在于它对系统“历史遗留问题”和“演化路径”的尊重与记录。它不是凭空构建的理想化系统模型，而是真实地反映了一个历经多年打磨、不断适应新硬件和新应用需求的真实操作系统的生命力。在某些章节，作者会坦诚地指出某个模块最初的设计缺陷，以及后续通过哪些补丁和重构才得以改善，这种对不完美性的坦诚披露，反而增强了书籍的说服力。这种对实现细节的“溯源”能力，对于我们理解为什么某些代码库会保持某种看似反直觉的结构至关重要。我发现，很多系统管理员认为的“怪癖”或“黑魔法”，在书中都能找到其历史必然性。它教会了我，技术决策往往是多种约束条件（性能、兼容性、开发资源）妥协的结果，理解了这些权衡，才能做出更明智的技术选型。对于那些渴望从“使用层”跃升到“构建层”的工程师而言，这本书提供了穿越迷雾的灯塔，它让你明白，你手中操作的每一个命令、每一个进程，背后都有着一套精巧且经过时间考验的机制在支撑。

我是在一次重要的系统架构重构项目中接触到这本书的。当时我们需要对现有系统的网络处理层进行彻底的重写以适应新的流量模型，旧有的文档和碎片化的社区讨论完全无法提供一个完整的蓝图。这本书的出现，简直是雪中送炭。它对TCP/IP协议栈在内核中的实现，从数据包的接收中断处理到最终用户态的投递过程，描绘得淋漓尽致。我最喜欢的是它对锁机制和同步原语的讲解，尤其是在高并发环境下，如何避免死锁并最大化并行度。作者对不同场景下选择自旋锁、互斥锁还是信号量的细微差异进行了深入的对比分析，这种基于实践反馈的建议，远比教科书上的理论定义来得更有指导意义。阅读这本书，与其说是在学习一个操作系统的代码库，不如说是在跟随一位经验极其丰富的老兵，去学习如何在极端复杂的环境下设计出健壮、高效的软件。每当我遇到一个棘手的并发问题时，我都会习惯性地翻到相应章节，总能从中找到设计灵感的火花，或是发现我们当前实现中潜在的性能瓶颈所在。

如果要用一个词来形容这本书的阅读体验，那便是“沉浸式学习”。它不仅仅是知识的传递，更是一种工程方法的熏陶。书中对编译和链接过程的描述，细致到令人发指，从预处理器的行为到最终的符号解析，作者似乎不放过任何一个可以揭示系统构建本质的角落。这对于我们理解跨平台编译的挑战以及自定义构建系统的可行性提供了坚实的基础。我特别欣赏作者在描述模块化设计时的观点，他们如何平衡内核的内聚性与耦合度，如何在保持核心代码简洁的同时，又能允许外部模块的灵活扩展。这本书的排版和索引设计也值得称赞，尽管内容浩瀚，但清晰的交叉引用系统极大地提升了查找特定技术点的效率，使得它完全有能力作为一本“即时参考手册”来使用，而不是只能束之高阁的理论教材。阅读完毕后，我对操作系统这个概念的理解深度得到了质的飞跃，它不再是一个遥不可及的“黑箱”，而是可以被拆解、理解并最终影响的工程实体。这本书的价值，在于它能将一个普通的使用者，雕琢成一个能够洞察系统内核运作的架构师。

这本厚重的书册，甫一入手便能感受到其沉甸甸的分量，这重量不仅仅是纸张和油墨的堆砌，更像是无数行代码和系统设计哲学的结晶。我最初是带着一种探索者的心态翻开它的，毕竟，要深入理解一个现代操作系统内核的内部运作机制，绝非易事。书中的章节布局严谨得如同它所描述的系统本身，从最底层的启动流程到网络栈的精妙处理，作者似乎毫不保留地将自己的心血倾注其中。我特别欣赏它在描述复杂数据结构和并发控制机制时所采用的清晰图示，那些抽象的概念在可视化之后变得触手可及，极大地降低了学习曲线。尤其是在讲解内存管理单元（MMU）如何与内核协作时，那种层层剥茧、抽丝剥茧的叙述方式，让我这个有着多年系统管理经验的工程师都感到茅塞顿开。它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是详尽阐述了“为什么是这样设计”的深层原因，这种对设计哲学和权衡取舍的深入剖析，是其他同类书籍难以企及的高度。每一次阅读，都像是在进行一次精密的逆向工程，不仅是学习一个系统的实现，更是在学习一种构建可靠、高性能软件的思维模式。这本书是系统工程师的案头必备，它塑造的不是知识的罗列，而是对“系统性思维”的培养，其价值难以估量。

坦白说，初读此书时，我曾有过几次想要合上的冲动。并非内容晦涩难懂，而是其细节之丰富、技术深度之惊人，让人在短时间内难以消化。它不像那些面向初学者的导览手册，试图用简洁的语言带你走过表面，而是直接将你置于发动机舱盖之下，让你直面每一个活塞、每一个齿轮的精确啮合。我尤其对其中对文件系统I/O调度的论述印象深刻，作者没有停留在理论层面，而是深入到了磁盘调度算法在实际负载下的性能表现差异，甚至分析了不同硬件平台可能带来的优化方向。这种“贴近实践”的论述风格，对于那些致力于优化系统吞吐量或延迟的专业人士来说，简直是一份无价的宝典。然而，正是这种全面性，要求读者必须具备扎实的C语言基础和一定的汇编语言知识背景，否则，在某些涉及到特权指令或硬件交互的段落，会显得有些吃力。这本书更像是一份企业级的技术规范手册，它期望的读者是能够带着问题去寻找答案，并有能力将书中的原理转化为实际代码优化的人。它所承载的知识密度，足以支撑起一个小型开发团队数年的技术攻关项目。

读完了前面三分之二，后面匆匆翻了翻。等财物自由了，还是希望能给bsd家族做些贡献。

读完了前面三分之二，后面匆匆翻了翻。等财物自由了，还是希望能给bsd家族做些贡献。

读完了前面三分之二，后面匆匆翻了翻。等财物自由了，还是希望能给bsd家族做些贡献。

这一版相比于前一版增加了得有约50%的内容，新增了filesystem/security等，对于Network这部分补充较大而且也进行了结构调整使得更具有系统性。虽然增加了很多Network的内容，更细致但是一点也不显啰嗦，还多了一些背后的设计思想，这对理解整个系统很有帮助。相比这一版，前一版有些简陋了。

读完了前面三分之二，后面匆匆翻了翻。等财物自由了，还是希望能给bsd家族做些贡献。