了得網計算機/網絡_Linux內核設計與實現（原書第3版·典藏版） [美]羅伯特·洛夫

編輯推薦

本書作者羅伯特·洛夫（Robert Love）是資深的開源軟件開發者，也是Linux內核核心開發人員，目前是谷歌雲的高級工程總監。他在本書分享了在開發Linux 2.6內核過程中頗具價值的知識和經驗，使得本書成為講解Linux內核設計的經典佳作，填補了Linux內核理論和實踐之間的鴻溝。本書譯者陳莉君教授多年來深入研究Linux內核相關理論以及技術，致力於推動Linux在中國的發展，著譯了多部Linux內核方面的著作，曾兩次獲得中國開源軟件推進聯盟頒發的“開源傑出貢獻”獎。書中詳細描述了Linux內核的設計與實現以及主要子繫統和特點，包括Linux內核的設計、實現和接口。從理論到實踐涵蓋了Linux內核的方方面面，可以滿足讀者的各種興趣和需求。內核代碼的編寫者、開發者以及程序開發人員都可以通過閱讀本書受益，更好理解操作繫統原理，並將其應用在自己的編碼中以提高效率和生產率。

內容簡介

本書基於Linux 2.6.34內核詳細介紹了Linux內核繫統，覆蓋了從核心內核繫統的應用到內核設計與實現等各方面內容。主要內容包括：進程管理、進程調度、時間管理和定時器、繫統調用接口、內存尋址、內存管理和頁緩存、VFS、內核同步以及調試技術等。同時本書也涵蓋了Linux 2.6內核中頗具特色的內容，包括CFS調度程序、搶占式內核、塊I/O層以及I/O調度程序等。本書采用理論與實踐相結合的路線，能夠帶領讀者快速走進Linux內核世界，真正開發內核代碼。本書適合作為高等院校操作繫統課程的教材或參考書，也可供相關技術人員參考。

作者簡介

羅伯特·洛夫（Robert Love）資深的開源軟件開發者，很早就開始使用Linux。目前是谷歌雲的高級工程總監，在那裡構建了全球範圍的網絡產品。在此之前，他曾是Toast的工程副總裁，開發Android移動平臺內核的團隊成員，Novell公司Linux桌面繫統首席架構師。
他參與的內核項目包括搶占式內核、進程調度器、內核事件層、通知機制、VM改進，以及設備驅動程序。他曾是Linux Journal雜志的編輯。除本書之外，他還著有Linux System Programming和Linux in a Nutshell。

目錄

譯者序
序言
前言
第3版致謝
作者簡介

第1章Linux內核簡介1
1.1UNIX的歷史1
1.2追尋Linus足跡：Linux簡介2
1.3操作繫統和內核簡介3
1.4Linux內核和傳統UNIX內核的
比較5目錄

譯者序
序言
前言
第3版致謝
作者簡介

第1章Linux內核簡介1
1.1UNIX的歷史1
1.2追尋Linus足跡：Linux簡介2
1.3操作繫統和內核簡介3
1.4Linux內核和傳統UNIX內核的
比較5
1.5Linux內核版本7
1.6Linux內核開發者社區8
1.7小結8
第2章從內核出發10
2.1獲取內核源碼10
2.1.1使用Git10
2.1.2安裝內核源代碼10
2.1.3使用補丁11
2.2內核源碼樹11
2.3編譯內核12
2.3.1配置內核12
2.3.2減少編譯的垃圾信息14
2.3.3衍生多個編譯作業 14
2.3.4安裝新內核14
2.4內核開發的特點15
2.4.1無libc庫抑或無標準頭文件15
2.4.2GNU C16
2.4.3沒有內存保護機制18
2.4.4不要輕易在內核中使用浮點數18
2.4.5容積小而固定的棧18
2.4.6同步和並發18
2.4.7可移植性的重要性19
2.5小結19
第3章進程管理20
3.1進程20
3.2進程描述符及任務結構 21
3.2.1分配進程描述符22
3.2.2進程描述符的存放23
3.2.3進程狀態23
3.2.4設置當前進程狀態25
3.2.5進程上下文25
3.2.6進程家族樹25
3.3進程創建26
3.3.1寫時拷貝27
3.3.2fork()27
3.3.3vfork()28
3.4線程在Linux中的實現28
3.4.1創建線程29
3.4.2內核線程30
3.5進程終結31
3.5.1刪除進程描述符32
3.5.2孤兒進程造成的進退維谷32
3.6小結34
第4章進程調度35
4.1多任務35
4.2Linux 的進程調度36
4.3策略36
4.3.1I/O消耗型和處理器消耗型的
進程36
4.3.2進程優先級37
4.3.3時間片38
4.3.4調度策略的活動38
4.4Linux調度算法39
4.4.1調度器類39
4.4.2UNIX 繫統中的進程調度40
4.4.3公平調度41
4.5Linux調度的實現42
4.5.1時間記賬42
4.5.2進程選擇44
4.5.3調度器入口48
4.5.4睡眠和喚醒49
4.6搶占和上下文切換51
4.6.1用戶搶占53
4.6.2內核搶占53
4.7實時調度策略54
4.8與調度相關的繫統調用54
4.8.1與調度策略和優先級相關的
繫統調用55
4.8.2與處理器綁定有關的繫統調用55
4.8.3放棄處理器時間56
4.9小結56
第5章繫統調用57
5.1與內核通信57
5.2API、POSIX和C庫57
5.3繫統調用58
5.3.1繫統調用號59
5.3.2繫統調用的性能59
5.4繫統調用處理程序60
5.4.1指定恰當的繫統調用60
5.4.2參數傳遞60
5.5繫統調用的實現61
5.5.1實現繫統調用61
5.5.2參數驗證62
5.6繫統調用上下文64
5.6.1綁定一個繫統調用的最後步驟65
5.6.2從用戶空間訪問繫統調用67
5.6.3為什麼不通過繫統調用的
方式實現68
5.7小結68
第6章內核數據結構69
6.1鏈表69
6.1.1單向鏈表和雙向鏈表69
6.1.2環形鏈表70
6.1.3沿鏈表移動71
6.1.4Linux 內核中的實現71
6.1.5操作鏈表73
6.1.6遍歷鏈表75
6.2隊列78
6.2.1kfifo79
6.2.2創建隊列79
6.2.3推入隊列數據79
6.2.4摘取隊列數據80
6.2.5獲取隊列長度80
6.2.6重置和撤銷隊列80
6.2.7隊列使用舉例 81
6.3映射 81
6.3.1初始化一個idr82
6.3.2分配一個新的UID82
6.3.3查找UID83
6.3.4刪除UID84
6.3.5撤銷idr84
6.4二叉樹84
6.4.1二叉搜索樹84
6.4.2自平衡二叉搜索樹 85
6.5數據結構以及選擇 87
6.6算法復雜度88
6.6.1算法88
6.6.2大o 符號88
6.6.3大θ符號89
6.6.4時間復雜度89
6.7小結 90
第7章中斷和中斷處理91
7.1中斷91
7.2中斷處理程序92
7.3上半部與下半部的對比93
7.4注冊中斷處理程序93
7.4.1中斷處理程序標志94
7.4.2一個中斷例子95
7.4.3釋放中斷處理程序95
7.5編寫中斷處理程序96
7.5.1共享的中斷處理程序97
7.5.2中斷處理程序實例97
7.6中斷上下文99
7.7中斷處理機制的實現100
7.8/proc/interrupts102
7.9中斷控制103
7.9.1禁止和激活中斷103
7.9.2禁止指定中斷線105
7.9.3中斷繫統的狀態105
7.10小結106
第8章下半部和推後執行的
工作107
8.1下半部107
8.1.1為什麼要用下半部108
8.1.2下半部的環境108
8.2軟中斷110
8.2.1軟中斷的實現111
8.2.2使用軟中斷113
8.3tas

前言

前言

在我剛開始有把自己的內核開發經驗結集成冊，撰寫一本書的念頭時，我其實也覺得有點頭緒繁多，不知道該從何下手。我實在不想落入傳統內核書籍的窠臼，照貓畫虎地再寫這麼一本。不錯，前人著述備矣，但我終歸是要寫出點兒與眾不同的東西來。我的書該如何定位，說實話，這確實讓人頗費思量。
後來，靈感終於浮現出來，我意識到自己可以從一個全新的視角看待這個主題。開發內核是我的工作，同時也是我的嗜好，內核就是我的摯愛。這些年來，我不斷搜集與內核有關的奇聞逸事，不斷積攢關鍵的開發訣竅。依靠這些日積月累的材料，我可以寫一本關於開發內核該做什麼，更重要的是不該做什麼的書籍。從本質上說，這本書仍舊是描述Linux內核是如何設計和實現的，但是寫法卻另闢蹊徑，所提供的信息更傾向於實用。通過本書，你就可以做一些內核開發的工作了—並且是使用正確的方法去做。我是一個注重實效的人，因此，這是一本實踐的書，它應當有趣、易讀且有用。前言

在我剛開始有把自己的內核開發經驗結集成冊，撰寫一本書的念頭時，我其實也覺得有點頭緒繁多，不知道該從何下手。我實在不想落入傳統內核書籍的窠臼，照貓畫虎地再寫這麼一本。不錯，前人著述備矣，但我終歸是要寫出點兒與眾不同的東西來。我的書該如何定位，說實話，這確實讓人頗費思量。
後來，靈感終於浮現出來，我意識到自己可以從一個全新的視角看待這個主題。開發內核是我的工作，同時也是我的嗜好，內核就是我的摯愛。這些年來，我不斷搜集與內核有關的奇聞逸事，不斷積攢關鍵的開發訣竅。依靠這些日積月累的材料，我可以寫一本關於開發內核該做什麼，更重要的是不該做什麼的書籍。從本質上說，這本書仍舊是描述Linux內核是如何設計和實現的，但是寫法卻另闢蹊徑，所提供的信息更傾向於實用。通過本書，你就可以做一些內核開發的工作了—並且是使用正確的方法去做。我是一個注重實效的人，因此，這是一本實踐的書，它應當有趣、易讀且有用。
我希望讀者可以從這本書中領略到更多Linux內核的精妙之處（寫出來的和沒寫出來的），也希望讀者敢於從閱讀本書和讀內核代碼開始跨越到開始嘗試開發可用、可靠且清晰的內核代碼。當然如果你僅僅是興致所至，讀書自娛，那也希望你能從中找到樂趣。
從第1版到現在，又過了一段時間，我們再次回到本書，修補遺憾。本版比第1版和第2版內容更豐富：修訂、補充並增加了新的內容和章節，使其更加完善。本版融合了第2版以來內核的各種變化。更值得一提的是，Linux內核聯盟做出決定，近期內不進行2.7版內核的開發，於是，內核開發者打算繼續開發並穩定2.6版。這個決定意味深長，而本書從中的最大受益就是在2.6版上可以穩定相當長時間。隨著內核的成熟，內核“快照”纔有機會能維持得更久遠一些。本書可作為內核開發的規範文檔，既認識內核的過去，也著眼於內核的未來。
使用這本書
開發Linux內核不需要天賦異稟，不需要有什麼魔法，連UNIX開發者普遍長著的絡腮胡子都不一定要有。內核雖然有一些有趣並且獨特的規則和要求，但是它和其他大型軟件項目相比，並沒有太大差別。像所有的大型軟件開發一樣，要學的東西確實不少，但是不同之處在於數量上的積累，而非本質上的區別。
認真閱讀源碼非常有必要，Linux繫統代碼的開放性其實是彌足珍貴的，不要無動於衷地將它擱置一邊，浪費了大好資源。實際上讀了代碼還遠遠不夠，你應該鑽研並嘗試著動手改動一些代碼。尋找一個bug然後去修改它，改進你的硬件設備的驅動程序，增加新功能—即使看起來微不足道，尋找痛癢之處並解決。隻有動手寫代碼纔能真正融會貫通。
內核版本
本書基於Linux 2.6內核繫列。它並不涵蓋早期的版本，當然也有一些例外。比如，我們會討論2.4繫列內核中的一些子繫統是如何實現的，這是因為簡單的實現有助於傳授知識。特別說明的是，本書介紹的是Linux 2.6.34內核版本。盡管內核總在不斷更新，任何努力也難以捕獲這樣一隻永不停息的“猛獸”，但是本書力圖適合於新舊內核的開發者和用戶。
雖然本書討論的是2.6.34內核，但我也確保了它同樣適用於2.6.32內核。後一個版本往往被各個Linux發行版本奉為“企業版”內核，所以我們可以在各種產品線上見到其身影。該版本確實已經開發了數年（類似的“長線”版本還有 2.6.9、2.6.18和2.6.27等）。
讀者範圍
本書是寫給那些有志於理解Linux內核的軟件開發者的。本書並不逐行逐字地注解內核源代碼，也不是指導開發驅動程序或內核API的參考手冊（如果存在標準的內核API的話）。本書的初衷是提供足夠多的關於Linux內核設計和實現的信息，希望讀過本書的程序員能夠擁有較為完備的知識，可以真正開始開發內核代碼。無論開發內核是為了興趣還是為了賺錢，我都希望能夠帶領讀者快速走進Linux內核世界。本書不但介紹了理論而且也討論了具體應用，可以滿足不同讀者的需要。全書緊緊圍繞著理論聯繫實踐，並非一味強調理論或者實踐。無論你研究Linux內核的動機是什麼，我都希望這本書能將內核的設計和實現分析清楚，起到拋磚引玉的作用。
因此，本書覆蓋了從核心內核繫統的應用到內核設計與實現等各方面的內容。我認為這點很重要,值得花工夫討論。例如,第8章討論的是所謂的下半部機制。本章分別討論了內核下半部機制的設計和實現（核心內核開發者或者學者會感興趣），隨即便介紹了如何使用內核提供的接口實現你自己的下半部（這對設備驅動開發者可能很有用處）。其實，我認為上述兩部分內容是相得益彰的，雖然核心內核開發者主要關注的問題是內核內部如何工作，但是也應該清楚如何使用接口；同樣，如果設備驅動開發者了解了接口背後的實現機制，自然也會受益匪淺。
這好比學些庫的API函數與研究該庫的具體實現。初看，好像應用程序開發者僅僅需要理解API—我們被灌輸的思想是應該像看待黑盒子一樣看待接口，庫的開發者也隻關心庫的設計與實現，但是我認為雙方都應該花時間相互學習。能深刻了解操作繫統本質的應用程序開發者無疑可以更好地利用它。同樣，庫開發者也不應該脫離基於

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