Linux係統程式設計(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

• Linux
• 係統編程
• C語言
• Unix
• 內核
• 驅動
• 係統調用
• 進程管理
• 內存管理
• 文件係統

內容涵蓋 Linux Kernel 3.0

　　『任何人隻要是對 Linux 的應用程式撰寫有興趣，或是想要知道如何提高自己的程式設計技能，書架上都應該有一本《Linux 係統程式設計》。這是一本專業 Linux 程式員必讀的書籍』

—Jeremy Allison Samba 團隊

　　直接與核心及 C 程式庫互動

　　Linux 係統程式設計所撰寫的軟體會直接利用 Linux 核心及基礎係統程式庫所提供的服務。Linux 核心的貢獻者 Robert Love 所寫的這本書，不僅是 Linux 係統程式設計的教材，也是 Linux 係統呼叫的參考手冊，亦是撰寫更聰明、更快速之程式碼的權威指南。

　　Love 對 POSIX 的標準函式與 Linux 所提供的特殊服務，做瞭明確的區分。除瞭新增瞭一章專門探討多執行緒，本書第二版還會從理論及各種程式設計議題來深入探討 Linux，內容包括：

　　‧Linux 核心、C 程式庫以及 C 編譯器概述
　　‧基本 I/O 操作，例如檔案的讀及寫
　　‧進階 I/O 介麵、記憶體映射以及優化技術
　　‧基本行程管理所用到的一係列係統呼叫
　　‧進階的行程管理，包括即時行程
　　‧執行緒的概念、多執行緒程式設計以及 Pthreads
　　‧檔案及目錄管理
　　‧配置記憶體及優化記憶體存取的介麵
　　‧基本及進階的信號介麵，以及它們在係統上所扮演的角色
　　‧時鍾管理，包括 POSIX 時鍾以及高解析度計時器

　　Robert Love 自 Linux 草創之初就是它的使用者與貢獻者，他曾對 Linux 核心以及 GNOME desktop 環境做齣重大貢獻。Robert 是 Google 的資深軟體工程師，而且是 Android 設計與運送團隊的成員
 

深入理解現代操作係統內核：麵嚮開發者的係統級編程實踐 本書聚焦於現代操作係統內核的運作機製、係統調用接口的實現原理，以及如何在用戶空間高效、安全地利用這些底層資源。本書旨在為係統程序員、驅動開發者以及希望深入理解操作係統如何管理硬件和軟件資源的工程師提供一本全麵且實用的指南。 第一部分：操作係統內核基礎與進程管理 本部分將係統地介紹操作係統的核心概念，重點闡述進程與綫程在現代多任務環境中的生命周期管理和上下文切換的底層細節。 1.1 操作係統結構與引導過程 我們將剖析操作係統的宏內核與微內核架構的優劣，並詳細講解從硬件啓動（BIOS/UEFI）到內核初始化（Bootloader）的完整流程。內容涵蓋初始化內存管理單元（MMU）、設置中斷描述符錶（IDT）以及加載第一個用戶空間進程的機製。 1.2 進程與綫程的抽象與實現 深入探討進程（Process）作為資源分配實體的概念，以及綫程（Thread）作為執行單元的細微差彆。分析內核如何維護進程描述符（如`task_struct`在Linux中的結構），以及在多核CPU上實現綫程同步與競爭避免的同步原語（如互斥鎖、信號量、讀寫鎖）的底層代碼邏輯。 1.3 調度算法的精妙設計 詳細解析主流操作係統（如完全公平調度器 CFS 或傳統的分時調度算法）如何決定哪個進程或綫程獲得CPU時間片。研究優先級繼承、實時調度策略（如SCHED_FIFO, SCHED_RR）的實現細節，並教授如何通過調整調度參數來優化特定應用程序的性能錶現。 1.4 進程間通信（IPC）的機製 係統地介紹各種IPC機製的實現原理： 管道（Pipes）與命名管道（FIFOs）：內核如何通過緩衝區實現單嚮或雙嚮數據流。 消息隊列（Message Queues）：內核數據結構設計和消息傳遞的原子性保證。 共享內存（Shared Memory）：零拷貝通信的效率優勢及其同步訪問的挑戰。 套接字（Sockets）：特彆是Unix域套接字的內核實現，用於同一主機上的進程間通信。 第二部分：內存管理與虛擬化 本部分是理解高性能係統編程的關鍵。我們將從硬件層麵開始，逐步深入到操作係統如何抽象和管理物理內存，並為每個進程提供獨立的、安全的虛擬地址空間。 2.1 虛擬內存係統的核心原理 講解頁錶（Page Tables） 的層次結構（如多級頁錶），以及地址轉換（Virtual to Physical Address Translation）的硬件加速機製（TLB）。重點分析缺頁異常（Page Fault）的處理流程，以及內核如何動態地將數據從磁盤調入內存。 2.2 內存分配與迴收策略 深入分析內核的內存分配器（如Slab分配器或Buddy System）的設計哲學。研究用戶空間如何使用`malloc`/`free`等庫函數，以及這些函數如何與內核的`brk`/`mmap`係統調用交互以獲取和釋放內存區域。 2.3 內存映射（Memory Mapping）技術 詳述`mmap()`係統調用的工作原理，包括文件映射（File-backed mapping）和匿名映射（Anonymous mapping）。探討內存映射在加載程序二進製文件、實現延遲加載（Lazy Loading）以及高效I/O操作中的關鍵作用。 2.4 緩存與內存一緻性 探討CPU緩存（L1/L2/L3）對係統性能的影響，以及在多核環境下，確保內存操作一緻性的內存模型（Memory Model） 的重要性。分析`msync`等係統調用如何影響緩存的寫入和刷新。 第三部分：文件係統與持久化存儲 本部分專注於操作係統如何組織、訪問和保護持久化數據，涵蓋從磁盤扇區到高級文件係統的所有抽象層。 3.1 文件係統的層次結構與抽象 介紹文件係統抽象層（VFS），理解它如何提供一個統一的接口來訪問不同類型的底層文件係統（如Ext4, XFS, Btrfs）。分析inode結構、目錄項緩存（Dentry Cache）和緩衝區緩存（Buffer Cache）的設計。 3.2 係統調用接口：Open, Read, Write, Close 逐一拆解核心文件I/O係統調用的內核實現路徑。研究這些調用在內核中如何跨越VFS層，最終到達特定文件係統的操作函數。分析同步I/O與異步I/O（AIO）的機製差異。 3.3 磁盤調度與I/O子係統 講解I/O請求如何被組織和優化。深入研究不同的磁盤調度算法（如Deadline, CFQ, NOOP）如何最小化磁盤尋道時間。探討塊設備驅動層的工作原理，以及如何管理I/O隊列。 3.4 文件係統的高級特性 探討日誌（Journaling）機製如何保證文件係統在意外斷電時的事務一緻性。分析文件係統快照、數據校驗和配額管理等高級功能的實現機製。 第四部分：設備驅動與硬件交互 本部分引導讀者進入與物理硬件直接交互的世界，理解操作係統如何通過驅動程序管理外部設備。 4.1 硬件中斷與異常處理 詳細闡述硬件中斷的發生機製、中斷控製器（PIC/APIC）的工作流程。分析內核如何響應和分發中斷，以及中斷處理程序（ISR）與軟中斷/下半部（Bottom Halves/Softirqs）的上下文隔離與協作機製。 4.2 字符設備與塊設備的驅動模型 區分字符設備（如串口、鍵盤）和塊設備（如硬盤）在內核中的注冊與操作流程。重點介紹平颱驅動模型，以及如何使用標準框架（如`cdev`結構）來注冊和實現設備操作函數集。 4.3 I/O內存訪問技術 講解設備驅動中至關重要的三種I/O訪問方式： 1. 輪詢（Polling）：簡單的CPU忙等待。 2. 中斷驅動I/O：通過中斷通知數據準備就緒。 3. 直接內存訪問（DMA）：分析DMA控製器的工作原理，以及驅動程序如何安全地設置DMA傳輸通道，實現數據在設備和係統內存之間的零拷貝傳輸。 4.4 用戶空間與內核空間的橋梁：`/dev`與`ioctl` 剖析用戶程序如何通過`/dev`節點訪問設備。深入研究`ioctl`係統調用的作用，它是內核驅動與用戶工具進行控製和配置交互的通用接口，並講解其安全性和參數傳遞的機製。 --- 本書內容嚴謹，代碼示例基於當前主流開源操作係統的穩定內核版本編寫和分析，確保讀者掌握的知識不僅是理論，更是可應用於生産環境的實踐技能。通過本書的學習，讀者將能夠熟練地調試係統調用、優化內核參數、並編寫齣對資源管理有深刻理解的高效應用。

第一章 介紹與基本概念
第二章 檔案I/O
第三章 緩衝式I/O
第四章 進階檔案I/O
第五章 行程管理
第六章 進階的行程管理
第七章 執行緒
第八章 檔案與目錄的管理
第九章 記憶體管理
第十章 信號
第十一章 時間
附錄A GCC 對C 語言所做的擴充
附錄B 參考書目
索引
 

评分☆☆☆☆☆

這本《Linux係統程式設計(第二版)》我翻瞭好幾遍瞭，每次都有新發現。剛拿到手的時候，我主要看的是它對 Linux 內核概念的梳理，那部分真的做得特彆紮實。作者沒有直接堆砌晦澀的 API，而是先鋪墊瞭進程管理、內存模型、中斷處理這些底層原理。我尤其喜歡關於信號量的解釋，它不僅給齣瞭 C 語言的實現，還深入分析瞭信號在內核中的傳播路徑和處理機製，讓我對多綫程同步的理解瞬間提升瞭好幾個檔次。而且，書中還穿插瞭一些性能優化的技巧，比如如何利用緩存一緻性來減少鎖的爭用，雖然我還沒有實際應用到項目中，但這種前瞻性的指導讓我覺得這本書的價值遠不止於講解接口。我之前讀過一些同類書籍，要麼過於理論化，要麼過於碎片化，而這本恰恰找到瞭一個很好的平衡點，既有深度又不失實用性。它就像一位經驗豐富的老教授，娓娓道來，讓你在不知不覺中就掌握瞭 Linux 係統編程的核心要義。

评分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅相當可觀，我花瞭很長時間纔慢慢消化。它在文件係統和 I/O 操作方麵的講解尤其詳盡。我之前一直以為 `read` 和 `write` 就是最基本的 I/O 操作瞭，看瞭這本書纔意識到，還有 `pread`、`pwrite` 這種可以直接指定偏移量的函數，對於大文件隨機讀寫特彆有用。而且，書中對文件鎖定機製的描述也相當到位，包括 `flock` 和 `fcntl` 的不同用法，以及它們在並發訪問場景下可能遇到的問題。我之前在處理共享文件時就遇到過一些奇怪的 bug，現在迴過頭來對照書裏的內容，纔恍然大悟。此外，它還介紹瞭內存映射 (mmap) 技術，這對我理解如何高效地讀寫大文件，以及如何實現進程間共享數據很有幫助。這本書的優點在於，它不僅僅是羅列函數，而是會結閤實際場景，分析不同方法的優劣，讓你真正理解“為什麼”要這麼做。

评分☆☆☆☆☆

作為一名剛入行不久的程序員，《Linux係統程式設計(第二版)》對我來說簡直是打開瞭新世界的大門。它沒有上來就講那些復雜的係統調用，而是先從最基本的概念入手，比如什麼是係統調用、什麼是用戶空間和內核空間，以及它們之間的切換是如何發生的。這一點對我理解程序的運行方式至關重要。之後，它又詳細講解瞭進程的概念，包括進程的創建、終止、以及進程間通信 (IPC) 的各種方式，比如管道、信號、套接字等等。我特彆喜歡它關於信號處理的部分，不僅解釋瞭各種信號的含義，還給齣瞭如何使用 `signal()` 和 `sigaction()` 函數來捕獲和處理信號的詳細示例。這本書的語言風格相對平實易懂，即使是對 Linux 係統編程不太熟悉的讀者，也能比較輕鬆地入門。它就像一位循循善誘的老師，一步步引導你走嚮 Linux 係統編程的殿堂。

评分☆☆☆☆☆

說實話，剛開始接觸《Linux係統程式設計(第二版)》的時候，我主要是衝著它的網絡編程部分去的。我當時有一個項目需要處理大量的並發連接，對 TCP/IP 協議棧的細節不太清楚，這本書就像及時雨。它從套接字 API 的基礎講起，一步步深入到 epoll、select、poll 這些 I/O 多路復用模型的原理和適用場景。我印象最深的是關於 epoll 邊緣觸發和水平觸發的詳細對比，還附帶瞭大量的代碼示例，讓我能夠清晰地看到它們在實際應用中的性能差異。書裏還講解瞭關於進程間通信 (IPC) 的各種方法，比如管道、共享內存、消息隊列，並且分析瞭它們各自的優缺點和適用場景。這對我設計分布式係統非常有幫助。而且，作者在講解過程中，還會時不時地引用一些 Linux 內核的源碼片段，這對我理解這些 API 背後的實現機製非常有啓發。這本書真的讓我對 Linux 網絡編程有瞭更深層次的認識，不再是簡單的“調用 API”就完事瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織得相當有條理，我尤其贊賞它關於錯誤處理和調試的部分。在 Linux 係統編程中，錯誤處理往往是開發者容易忽略但又至關重要的一環。這本書詳細講解瞭各種係統調用的返迴值以及 `errno` 的用法，並提供瞭很多實用的錯誤檢查技巧。它還介紹瞭 `strerror()` 和 `perror()` 等函數，讓錯誤信息更加直觀易懂。在調試方麵，書中深入介紹瞭 `gdb` 這個強大的調試工具，並結閤瞭大量的實際案例，教我們如何單步執行、設置斷點、查看變量值，以及如何分析 core dump 文件。這對於定位復雜的係統級 bug 來說，簡直是福音。另外，它還提到瞭 `valgrind` 這個內存檢測工具，對於發現內存泄漏和非法內存訪問等問題非常有幫助。這本書的實用性體現在，它不僅僅教你如何寫齣功能性的代碼，更教你如何寫齣健壯、易於調試的代碼，這一點在我日常開發中受益匪淺。