Guide To Unix Using Linux

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出版者:Course Technology Ptr
作者:Palmer, Michael/ Dent, Jack/ Gaddis, Tony
出品人:
页数:641
译者:
出版时间:
价格:84.95
装帧:Pap
isbn号码:9780619215620
丛书系列:
图书标签:
  • linux
  • Unix
  • Linux
  • 操作系统
  • 命令行
  • 教程
  • 指南
  • 技术
  • 计算机科学
  • 系统管理
  • 开发
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具体描述

深入操作系统内核:现代系统架构与底层原理 本书旨在为系统管理员、软件工程师以及对操作系统底层机制抱有浓厚兴趣的技术爱好者提供一份全面而深入的指南,探讨当前主流操作系统内核的设计哲学、实现细节与前沿发展。 我们将目光聚焦于操作系统如何管理资源、调度任务、保障安全以及实现高性能并发,内容严格围绕操作系统核心理论与实践展开,绝不涉及特定发行版或用户空间工具的叙述。 第一部分:操作系统核心架构与启动流程 本部分将系统地解构操作系统的基本形态与启动机制,为后续深入内核打下坚实的理论基础。 第一章:操作系统的本质与角色 定义与目标: 明确操作系统的核心职能——抽象硬件、管理资源、提供服务。探讨操作系统的演进历程,从单用户系统到多用户、多分时、网络化系统的转变。 内核结构模型: 详尽比较宏内核(Monolithic Kernel)、微内核(Microkernel)、混合内核(Hybrid Kernel)的优缺点及其在不同系统中的体现。深入剖析每个模型对系统性能、稳定性和可维护性的影响。 系统调用接口(System Call Interface): 剖析系统调用的工作原理,包括用户态到内核态的上下文切换过程、系统调用向量表的构建与查找机制。讨论系统调用在实现操作系统抽象层中的关键作用。 第二章:系统启动与初始化序列 引导加载过程(Bootstrapping): 详细描述从硬件上电到操作系统内核完全加载并开始执行的完整流程。讨论固件(如UEFI/BIOS)的角色、引导加载程序(Boot Loader)的工作机制(如GRUB的核心功能)。 内核初始化: 内核被加载后,初始化过程的各个关键阶段。内存管理单元(MMU)的设置、中断描述符表的建立、基本设备驱动的加载,以及初始化进程(Init Process)的创建。 虚拟文件系统(VFS)的建立: 探讨在系统启动初期,如何构建初始的内存文件系统结构,为后续挂载根文件系统做准备。 第二部分:内存管理:地址空间的艺术 内存管理是操作系统的核心功能之一。本部分将深入探讨虚拟内存系统的设计原理、实现细节及其对应用程序性能的影响。 第三章:虚拟内存基础理论 地址转换机制: 详尽解释逻辑地址到物理地址的转换过程。深入讲解分页(Paging)机制,包括多级页表结构、TLB(Translation Lookaside Buffer)的工作原理及其对性能的优化作用。 内存保护与隔离: 分析操作系统如何利用内存管理单元(MMU)实现进程间的内存隔离,防止恶意或错误的访问。讨论段页式结合方案的优劣。 页表管理与维护: 探讨内核如何管理和维护系统级的页表结构,包括页目录项(PTE)的标志位含义(如Dirty, Accessed, Present位)。 第四章:内存分配与置换策略 内核内存分配器(Slab/SLUB/SLOB): 深入分析内核内部对象缓存机制的实现,如何高效地管理和分配小块内存以减少内部碎片。 用户空间内存管理: 剖析运行时库(Runtime Library)如何与内核协同工作,实现`malloc`/`free`的底层逻辑。讨论堆管理算法(如Best-Fit, First-Fit)及其在不同场景下的适用性。 页面置换算法: 详细阐述经典的页面置换算法(如FIFO, LRU, Optimal)的理论基础,并重点分析现代操作系统中实际采用的高效近似LRU策略的实现细节。讨论颠簸(Thrashing)现象的成因与规避方法。 第三部分:进程与线程管理:并发的基石 本部分专注于操作系统如何调度和管理计算任务,确保系统资源的公平和高效利用。 第五章:进程控制与上下文切换 进程的生命周期与PCB: 深入理解进程控制块(PCB)的结构,包含寄存器映像、内存描述符、状态信息等。分析进程从创建到终止的完整状态转换图。 上下文切换(Context Switching): 详尽分析一次完整的上下文切换过程中,CPU状态(寄存器、程序计数器、栈指针)如何被保存和恢复。讨论TLB失效与缓存污染在切换过程中的影响。 进程间通信(IPC): 系统地考察内核提供的各种IPC机制的底层实现,包括管道(Pipes)、消息队列、共享内存(Shared Memory)以及信号(Signals)的工作原理与性能权衡。 第六章:高级调度算法与公平性 调度器原理: 明确抢占式(Preemptive)与非抢占式(Non-Preemptive)调度的区别。深入分析时间片(Time Slice)的确定与动态调整。 主流调度策略解析: 详细讲解轮转(Round-Robin)、优先级调度(Priority Scheduling)的实现,并重点剖析现代多核系统中的复杂调度器,如完全公平调度器(CFS)的设计理念、红黑树的使用以及虚拟运行时间(vruntime)的计算。 多核与并行性: 探讨多处理器系统中的调度挑战,包括负载均衡(Load Balancing)的必要性,以及NUMA(非一致性内存访问)架构对调度决策的影响。 第四部分:中断、异常与设备驱动 理解操作系统如何响应外部事件和管理硬件设备是掌握内核运作的关键。 第七章:中断与异常处理机制 中断控制器与向量: 描述中断的硬件基础,如可编程中断控制器(PIC)或高级可编程中断控制器(APIC)的工作模式。解析中断向量表的结构及其与硬件设备的映射关系。 中断处理流程: 详述从硬件触发中断信号到内核执行中断服务程序(ISR)的完整路径。区分硬中断(Hardware Interrupts)和软中断(Software Interrupts/Deferred Execution)。 异常处理: 区分错误(Fault)、陷阱(Trap)和中止(Abort)三类异常,并分析内核如何捕获、处理如除零错误、缺页异常等情况,并决定是否终止相关进程。 第八章:设备I/O与驱动模型 I/O架构概览: 探讨I/O操作的层次结构,从用户空间请求到硬件执行的流程。 中断驱动与轮询: 比较中断驱动I/O和忙等待(Polling)I/O在不同I/O负载下的效率差异。 DMA(直接内存访问): 深入解析DMA的工作原理,如何允许设备在不占用CPU的情况下直接读写系统内存,及其对I/O性能的决定性作用。 第五部分:并发控制与同步原语 本部分聚焦于操作系统如何协调并发访问共享资源,防止数据竞争和死锁。 第九章:内核同步机制 基本同步工具: 详尽介绍互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)、自旋锁(Spinlock)的实现原理和适用场景。重点讨论自旋锁在多核环境下的原子性保证。 屏障与顺序性: 讲解内存屏障(Memory Barriers/Fences)在保证指令重排序可见性中的作用,这是理解现代CPU缓存一致性模型的基础。 死锁的预防、避免与检测: 理论性地分析导致死锁的四个必要条件,并阐述操作系统内核如何采用诸如资源排序或银行家算法(理论探讨)来管理资源分配以避免死锁的发生。 本书致力于提供一个坚实、纯粹的操作系统理论框架,侧重于“是什么”和“为什么”,而非特定工具链的使用,确保读者能够理解支撑所有现代计算系统的底层逻辑。

作者简介

目录信息

读后感

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在大學圖書館的原版書書攤上淘到此書。純英文原版書,對linux的介紹並不深入,可能是寫給初學者的吧。但好處也就是簡單,充分照顧到linux初學者的水平。內容限於linux常用指令,以及shell編程。

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用户评价

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这本书的排版和术语规范处理得非常专业,这让它在众多技术读物中脱颖而出。每一章结束后的“回顾与思考”部分,都设置了几个开放性的问题,这些问题往往不是简单的是非题或选择题,而是需要读者自己动手在命令行环境中进行实验并得出结论的探究性任务。例如,它会要求你去追踪一个特定服务的启动流程,并观察它在`/proc`文件系统中留下的痕迹。正是这些实践环节,将书本知识真正固化成了肌肉记忆。我特别喜欢作者在引入网络编程概念时的处理方式。他没有直接跳到复杂的Socket API,而是先从用户态的`ping`命令和`netstat`的输出入手,解释了TCP/IP协议栈在Unix环境下的抽象体现,然后才逐步引导读者理解网络套接字的创建过程。这种循序渐进,始终扎根于实际可观察现象的教学方法,极大地增强了读者的信心。即便是涉及到一些相对晦涩的调试技巧,比如如何使用`strace`来跟踪系统调用,作者也配上了详细的输出示例和分析,使得即便是初学者也能轻松上手,进行自己的系统诊断。

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阅读这本书的过程,就像是完成了一次对操作系统的“逆向工程”之旅。它的章节安排极具匠心,从用户空间(User Space)的概念开始,稳步过渡到内核空间的视角,这种由表及里的讲解方法,极大地降低了理解复杂概念的门槛。我记得最清楚的是关于文本处理工具的介绍部分,那部分内容简直是一场对瑞士军刀式工具集的赞歌。作者在介绍`awk`和`sed`时,没有采用那种孤立地讲解语法规则的方式,而是结合了实际日志分析的案例,生动地展示了如何用一行简洁的命令完成几十行Python代码才能实现的数据筛选和重组。尤其是对正则表达式的讲解,这本书给出了非常详尽的对照表,不仅包括了基本的匹配模式,还包括了 Perl 兼容正则表达式(PCRE)的一些高级特性,比如零宽度断言。这对于我这种需要处理海量非结构化数据的人来说,是立竿见影的生产力提升。更值得称赞的是,作者对性能优化的考量贯穿始终,比如在介绍文件I/O操作时,他会提醒读者何时使用缓冲I/O比直接系统调用更高效,这种对细节的关注,体现了作者深厚的实战经验,而非纸上谈兵。

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这本书的深度远超出了我对“入门指南”的刻板印象,它更像是一部面向未来学习者的参考宝典。我尤其欣赏作者在介绍进程管理时所采取的视角——他没有仅仅满足于介绍`ps`或`top`,而是深入剖析了内核如何调度进程,以及信号(Signals)机制是如何工作的。当我第一次读到关于管道(Pipes)和进程间通信(IPC)的章节时,那种醍醐灌顶的感觉是无与伦比的。作者详尽地解释了命名管道和无名管道的实现机制差异,甚至涉及到了一些底层缓冲区的处理。对于那些希望自己编写Shell脚本来自动化复杂任务的人来说,这本书简直是宝藏。它不仅仅告诉你“怎么做”,更重要的是解释了“为什么会这样”。举个例子,在讲解Shell脚本中的变量扩展时,书中用了一张清晰的流程图来展示双引号、单引号、反引号以及双括号在不同上下文中的行为差异,这有效避免了我在实际编写脚本时常常遇到的“引用地狱”问题。每当我觉得内容即将触及天花板时,作者总能通过引入一个更深层次的概念——比如系统调用(System Calls)的原理或者设备文件的抽象概念——来再次拔高读者的认知。这使得这本书的阅读体验非常流畅,既能满足初学者的即时需求,也能为资深用户提供理论深度的支撑。

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这本书最让我感到惊喜的,是它对Unix“哲学”的尊重和传承,而不仅仅是机械地罗列命令。它强调小而美的工具组合、清晰的接口和可组合性。在介绍系统初始化系统(如System V init到更现代的systemd)的演变时,作者不仅描述了两者在配置和服务管理上的差异,更深入探讨了这种变化背后代表的设计理念的权衡与取舍。这种对历史背景和设计思想的探讨,让这本书拥有了超越时效性的价值。它不是一本只管当下最流行发行版命令的速成手册,而是一份能够让你理解Linux/Unix系统底层设计逻辑的“地图”。当我最终能够熟练地利用`find`、`xargs`和`grep`这三个工具组合,以一种近乎诗意的方式处理一个复杂的目录清理任务时,我才真正体会到这本书的价值所在。它成功地将一个看似冰冷、充满黑框的操作系统,塑造成了一个逻辑严谨、充满工具美学的“世界”。这本书的厚度或许会吓退一些人,但请相信,每翻过一页,你对这个强大系统的理解都会增加一分,那种掌控感是无可替代的。

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这本书的封面设计,初看之下,就给人一种扎实、不花哨的感觉,那种经典的计算机技术书籍的配色和字体组合,瞬间把我拉回了那个充满命令行和代码香气的年代。我是在尝试从一个纯粹的图形界面用户转型到需要深度操作系统的环境时,偶然发现它的。坦白说,我对Unix和Linux的了解,一直停留在“能用就行”的层面,更多是依赖于各种预装好的桌面环境。翻开第一章,我立刻意识到我需要的不只是一个简单的操作手册,而是一个系统性的思维框架。作者在开篇就花了大量的篇幅去解释文件系统的层级结构,那种由根目录向外发散的逻辑,以及每一个目录的职责划分,讲解得极其透彻,绝非那种简单地罗列`ls`和`cd`命令就能带过的。他引入了早期Unix设计哲学中的“一切皆文件”的概念,并且用非常形象的比喻来解释软链接和硬链接之间的微妙区别,这对我这种习惯了拖拽操作的用户来说,简直是打开了一扇新世界的大门。这本书的叙述方式是引导式的,它不像某些技术书籍那样直接抛出复杂的代码块,而是通过一个又一个实际的场景问题,逐步引导读者去构建解决方案,让我感觉自己不是在阅读一本教材,而是在跟随一位经验丰富的导师进行实战演练。特别是关于权限管理的部分,他不仅讲解了`chmod`和`chown`的数字表示法和符号表示法,还深入分析了SetUID和Sticky Bit在系统安全中的作用,这让那些原本觉得晦涩难懂的权限设置变得逻辑清晰,易于掌握。

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linux初學者適用——written by simple English。

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