深入理解UNIX系统内核 [UNIX Internals: The New Frontiers] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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[美] Uresh Vahalia 著，李雨，薛磊，黄庆新 译

图书标签:

• UNIX
• 内核
• 系统编程
• 操作系统
• C语言
• 源码分析
• 计算机科学
• 技术
• 深入理解
• 经典书籍

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111491453

版次：1

商品编码：11693886

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 计算机科学丛书

外文名称：UNIX Internals: The New Frontiers

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：484

编辑推荐

　　《深入理解UNIX系统内核》是UNIX领域的一部经典著作，已被翻译为4种语言，并被世界众多名校选定为操作系统课程的教材或参考书。书中从系统设计的角度深入剖析UNIX内核，介绍了一些主流的商业性和研究性的UNIX变种，对每一个核心部件，探究其结构和设计，然后讲述大部分系统是如何实现这些部件的，以及各种实现方案的优缺点。
　　作者不仅介绍了UNIX内核的若干重要组件，而且对不同UNIX版本的功能设计进行比较，探讨了在设计上的权衡思考，还介绍已经得到广泛应用的功能实现。本书讲解巨细靡遗，实现细节展示清晰，包含了作者丰富的实践经验，非常实用。相信没有一个UNIX爱好者会错过本书。

内容简介

　　《深入理解UNIX系统内核》由国际资深UNIX专家撰写，深入剖析UNIX操作系统的内核技术，包含丰富的图示与细节展示。作者从操作系统设计的角度来审视UNIX系统内核，针对内核中的每个模块，深入探讨其结构和设计，详细阐释主流UNIX系统如何选择具体模块的实现方法，以及每种方法的优缺点，为读者更好地理解操作系统内核知识、提升操作系统开发能力提供翔实指导。
　　《深入理解UNIX系统内核》共17章：第1章追溯UNIX系统的演变并分析影响系统主要变化的因素；第2~7章介绍进程子系统，包括线程及其在内核和用户库中的实现，信号、作业控制及登录会话管理，UNIX调度器和对实时应用程序的支持，进程间通信的技术（IPC），Mach系统架构，以及在现代单处理器和多处理器系统中应用的同步框架；第8~11章介绍文件系统，内容涵盖用户可见的文件系统接口、定义内核和文件系统交互的vnode/vfs接口，原始的System V文件系统（s5fs）和伯克利快速文件系统（FFS）等一些具体文件系统的实现细节，还包括太阳微系统的网络文件系统（NFS）、AT&T;的远程文件共享（RFS）和Transarc公司的分布式文件系统（DFS）等分布式文件系统，以及一些使用日志提供更高可靠性和性能的高级文件系统，同时介绍一种基于堆栈式vnode层的新文件系统框架；第12~15章介绍内存管理，涉及内核内存分配、虚拟内存的概念、SVR4和Solaris的虚拟内存架构、Mach和4.4BSD内存模型，以及旁路转换缓冲和虚拟地址缓存；第16~17章主要介绍I/O子系统，内容包括设备驱动程序框架、内核与I/O子系统的交互、SVR4设备驱动程序接口、内核与驱动程序交互接口规范，以及STREAMS框架。

作者简介

　　Uresh Vahalia，EMC公司副总裁，主管企业存储部门，领导美国和印度团队构建EMC下一代存储产品。Uresh专注于操作系统和存储技术的研发，在存储和操作系统领域拥有30余项专利和科研著作，并多次代表EMC参加SNIA、IEEE、CIFS和NFSv4工作组的行业论坛及专家座谈。

　　李雨，阿里巴巴（中国）有限公司资深内核开发工程师，参与Linux内核的开发与维护，涉及内存管理、设备驱动等多个子系统，主要负责Linux内核的网络协议栈。他的研究兴趣是Linux内核和网络技术。

　　薛磊，现就职甲骨文系统研发中心，负责Solaris内核中网络协议的开发。他是开源的拥趸，开发并维护了一些开源工具软件，还负责Solaris内核中iSCSI协议、iSER协议的开发和维护。

　　黄庆新，毕业于厦门大学，曾是华为程序员，参与了标准协议栈(TCP/IP)和电信业务网关的开发。现就职于福建某网络公司，从事底层开发工作。

精彩书评

　　★“本书对UNIX各类版本进行了剖析与对比，这绝对是第一手的完整资料。”
　　　　—— Peter Salus 《Computer Systems》杂志主编
　　
　　★“要理解各种UNIX操作系统变种之间的差异，本书是必备读物。”
　　　　—— Margo Seltzer，哈佛大学教授，BerkeleyDB 的作者

目录

出版者的话
译者序
序言
前言
第1章　从头说起
1.1简介
1.1.1　UNIX简史
1.1.2　起源
1.1.3　扩散
1.1.4　BSD
1.1.5　System V
1.1.6　商业化
1.1.7　Mach
1.1.8　标准
1.1.9　OSF和UI
1.1.10　SVR4及其之后
1.2　变革使命
1.2.1　功能
1.2.2　网络
1.2.3　性能
1.2.4　硬件变化
1.2.5　质量提升
1.2.6　变革
1.2.7　其他应用程序领域
1.2.8　小即是美
1.2.9　灵活性
1.3　回顾过去，展望未来
1.3.1　UNIX系统的优点是什么
1.3.2　UNIX系统的缺点是什么
1.4　本书内容说明
参考文献
第2章　进程与内核
2.1　简介
2.2　模式、空间和上下文
2.3　进程抽象
2.3.1进程状态
2.3.2　进程上下文
2.3.3　用户凭据
2.3.4　u区和proc结构
2.4　执行在内核态中
2.4.1　系统调用接口
2.4.2　中断处理
2.5　同步
2.5.1　阻塞操作
2.5.2　中断
2.5.3　多处理器
2.6　进程调度
2.7　信号
2.8　新的进程和程序
2.8.1　fork和exec
2.8.2　进程的创建
2.8.3　fork的优化
2.8.4　调用新的程序
2.8.5　进程终止
2.8.6　等待进程终止
2.8.7　僵死进程
2.9　小结
2.10　练习题
参考文献
第3章　线程和轻量级进程
3.1　简介
3.1.1　动机
3.1.2　多线程和多处理器
3.1.3　并发和并行
3.2　基本抽象
3.2.1　内核线程
3.2.2　轻量级进程
3.2.3　用户线程
3.3　轻量级线程设计时要考虑的问题
3.3.1　fork的语义
3.3.2　其他系统调用
3.3.3　信号传递和处理
3.3.4　可见性
3.3.5　栈增长
3.4　用户级别的线程库
3.4.1　编程接口
3.4.2　线程库的实现
3.5　调度器激活
3.6　Solaris和SVR4上的多线程
3.6.1　内核线程
3.6.2　轻量级进程的实现
3.6.3　用户线程
3.6.4　用户线程的实现
3.6.5　中断处理
3.6.6　系统调用处理
3.7　Mach的线程
3.7.1　Mach抽象：任务和线程
3.7.2　Mach的C-threads
3.8　Digital UNIX
3.8.1　UNIX接口
3.8.2　系统调用和信号
3.8.3　pthreads库
3.9　Mach 3.0的continuation
3.9.1　编程模型
3.9.2　使用continuation
3.9.3　优化
3.9.4　分析
3.10　小结
3.11　练习题
参考文献
第4章　信号和会话管理
4.1　简介
4.2　信号生成和处理
4.2.1　信号处理
4.2.2　信号的生成
4.2.3　典型场景
4.2.4　睡眠与信号
4.3　不可靠的信号
4.4　可靠的信号
4.4.1　主要特性
4.4.2　SVR3实现
4.4.3　BSD信号管理
4.5　SVR4上的信号
4.6　信号的实现
4.6.1　信号生成
4.6.2　交付和处理
4.7　异常
4.8　Mach的异常处理
4.8.1　异常端口
4.8.2　错误处理
4.8.3　调试器交互
4.8.4　分析
4.9　进程组和终端管理
4.9.1　基本概念
4.9.2　SVR3模型
4.9.3　限制
4.9.4　4.3BSD的进程组和终端
4.9.5　缺点
4.10　SVR4的会话体系结构
4.10.1　动机
4.10.2　会话和进程组
4.10.3　数据结构
4.10.4　控制终端
4.10.5　4.4BSD的会话实现机制
4.11　小结
4.12　练习题
参考文献
第5章　进程调度
5.1　简介
5.2　时钟中断处理
5.2.1　callout
5.2.2　告警
5.3　调度器目标
5.4　传统的UNIX调度
5.4.1　进程优先级
5.4.2　调度器的实现
5.4.3　运行队列的操作
5.4.4　分析
5.5　SVR4调度器
5.5.1　类无关层
5.5.2　调度类的接口
5.5.3　分时类
5.5.4　实时类
5.5.5　priocntl系统调用
5.5.6　分析
5.6　Solaris 2.x调度的改善
5.6.1　可抢占的内核
5.6.2　多处理器的支持
5.6.3　隐式调度
5.6.4　优先级反转
5.6.5　优先级继承的实现
5.6.6　优先级继承的局限性
5.6.7　turnstile
5.6.8　分析
5.7　Mach上的调度
多处理器支持
5.8　Digital UNIX的实时调度
多处理器支持
5.9　其他调度实现
5.9.1　公平调度方法
5.9.2　最终期限驱动调度方法
5.9.3　三级调度器
5.10　小结
5.11　练习题
参考文献
第6章　进程间通信
6.1　简介
6.2　通用的IPC方法
6.2.1　信号
6.2.2　管道
6.2.3　SVR4管道
6.2.4　进程跟踪
6.3　System V IPC
6.3.1　公共元素
6.3.2　信号量
6.3.3　消息队列
6.3.4　共享内存
6.3.5　讨论
6.4　Mach IPC
基本概念
6.5　消息
6.5.1　消息数据结构
6.5.2　消息传递接口
6.6　端口
6.6.1　端口命名空间
6.6.2　端口数据结构
6.6.3　端口转换
6.7　消息传递
6.7.1　转换端口权利
6.7.2　out-of-line内存
6.7.3　控制流
6.7.4　通知
6.8　端口操作
6.8.1　销毁端口
6.8.2　备份端口
6.8.3　端口集合
6.8.4　端口插补
6.9　扩展性
6.10　Mach 3.0的增强
6.10.1　一次性的发送权利
6.10.2　Mach 3.0的通知
6.10.3　发送权利的用户引用计数
6.11　讨论
6.12　小结
6.13　练习题
参考文献
第7章　同步和多处理器
7.1　简介
7.2　传统UNIX内核里的同步机制
7.2.1　中断屏蔽
7.2.2　睡眠和唤醒
7.2.3　传统方法的局限性
7.3　多处理器系统
7.3.1　内存模型
7.3.2　同步支持
7.3.3　软件体系架构
7.4　多处理器的同步问题
7.4.1　唤醒丢失问题
7.4.2　惊群问题
7.5　信号量
7.5.1　信号量提供互斥操作
7.5.2　使用信号量提供事件等待
7.5.3　使用信号量来控制可计数的资源
7.5.4　信号量的缺点
7.5.5　Convoy
7.6　自旋锁
7.7　条件变量
7.7.1　实现问题
7.7.2　事件
7.7.3　阻塞锁
7.8　读写锁
7.8.1　设计考虑
7.8.2　实现
7.9　引用计数
7.10　其他考虑
7.10.1　死锁避免
7.10.2　递归锁
7.10.3　阻塞还是自旋
7.10.4　锁什么
7.10.5　粒度和持续时间
7.11　案例研究
7.11.1　SVR4.2/MP
7.11.2　Digital UNIX
7.11.3　其他实现
7.12　小结
7.13　练习题
参考文献
第8章　文件系统接口和框架
8.1　简介
8.2　文件的用户接口
8.2.1　文件和目录
8.2.2　文件属性
8.2.3　文件描述符
8.2.4　文件I/O
8.2.5　分散-聚集I/O
8.2.6　文件锁机制
8.3　文件系统
8.4　特殊文件
8.4.1　符号链接
8.4.2　管道和FIFO
8.5文件系统框架
8.6Vnode/Vfs架构
8.6.1目标
8.6.2　从设备I/O得到的注解
8.6.3　vnode/vfs接口概览
8.7　实现概览
8.7.1　目标
8.7.2　Vnodes以及打开文件
8.7.3　Vnode
8.7.4　Vnode引用计数
8.7.5　Vfs对象
8.8　文件系统相关对象
8.8.1　每个文件的私有数据
8.8.2　vnodeops结构
8.8.3　vfs层中文件系统相关部分
8.9　挂载文件系统
8.9.1　虚拟文件系统转换表
8.9.2　mount函数实现
8.9.3　VFS_MOUNT过程
8.10　文件操作
8.10.1　路径遍历
8.10.2　目录名查找缓存
8.10.3　VOP_LOOKUP操作
8.10.4　打开文件
8.10.5　文件I/O
8.10.6　文件属性
8.10.7　用户凭据
8.11　分析
8.11.1　SVR4系统实现的缺点
8.11.2　4.4BSD模型
8.11.3　OSF/1方法
8.12　小结
8.13　练习题
参考文献
第9章　文件系统的实现
9.1　简介
9.2　System V文件系统（s5fs）
9.2.1　目录
9.2.2　inode
9.2.3　超级块
9.3　s5fs内核组织
9.3.1　内存inode
9.3.2　inode查找
9.3.3　文件I/O
9.3.4　inode的分配和回收
9.4　s5fs的分析
9.5　伯克利快速文件系统（FFS）
9.6　硬盘结构
9.7　磁盘组织
9.7.1　块和片段
9.7.2　分配策略
9.8　FFS的增强功能
9.9　分析
9.10　临时文件系统
9.10.1　内存文件系统
9.10.2　tmpfs文件系统
9.11　特殊用途文件系统
9.11.1　specfs文件系统
9.11.2　/proc文件系统
9.11.3　处理器文件系统
9.11.4　Trans lucent文件系统
9.12　旧的缓冲区缓存
9.12.1　基本操作
9.12.2　缓冲区头结构
9.12.3　优点
9.12.4　缺点
9.12.5　保证文件系统的一致性
9.13　小结
9.14　练习题
参考文献
第10章　分布式文件系统
10.1　简介
10.2　分布式文件系统的一般特征
10.3　网络文件系统
10.3.1　用户视角
10.3.2　设计目标
10.3.3　NFS的组件
10.3.4　无状态设计
10.4　NFS协议集
10.4.1　外部数据表示
10.4.2　远程过程调用
10.5　NFS实现
10.5.1　控制流
10.5.2　文件句柄
10.5.3　挂载操作
10.5.4　路径名的查找
10.6　UNIX语义
10.6.1　打开文件许可
10.6.2　已打开文件的删除
10.6.3　读写操作
10.7　NFS性能
10.7.1　性能瓶颈
10.7.2　客户端缓存
10.7.3　延迟写
10.7.4　重传缓存
10.8　专用NFS服务器
10.8.1　Auspex的Functional Multiprocessor 架构
10.8.2　IBM的HA-NFS服务器
10.9　NFS安全
10.9.1　NFS访问控制
10.9.2　UID重映射
10.9.3　根用户重映射
10.10　NFS版本
10.11　远程文件共享
10.12　RFS架构
10.12.1　远程消息协议
10.12.2　有状态操作
10.13　RFS实现
10.13.1　远程挂载
10.13.2　RFS客户端和服务器
10.13.3　崩溃恢复
10.13.4　其他问题
10.14　客户端缓存
10.15　Andrew文件系统
10.15.1　可伸缩架构
10.15.2　存储和命名空间的组织
10.15.3　会话级语义
10.16　AFS实现
10.16.1　缓存与一致性
10.16.2　路径名查找
10.16.3　安全性
10.17　AFS的不足
10.18　DCE的分布式文件系统
10.18.1　DFS架构
10.18.2　缓存一致性
10.18.3　令牌管理器
10.18.4　DFS的其他服务
10.18.5　分析
10.19　小结
10.20　练习题
参考文献
第11章　高级文件系统
11.1　简介
11.2　传统文件系统的局限
11.3　文件系统簇（SUN-FFS）
11.4　日志方法
11.5　日志结构文件系统
11.6　4.4BSD日志结构文件系统
11.7　元数据日志
11.8　Episode文件系统
11.9　"看门狗"监视器
11.10　4.4BSD的portal文件系统
11.11　可堆叠文件系统层次
11.12　4.4BSD文件系统接口
11.13　小结
11.14　练习题
参考文献
第12章　内核内存分配
12.1　简介
12.2　功能需求
12.3　资源映射分配器
12.4　简单的幂空闲链表分配器
12.5　McKusick-Karels分配器
12.6　伙伴系统
12.7　SVR4的惰性伙伴算法
12.8　Mach和OSF/1的区块分配器
12.9　一种针对多处理器系统的分层式分配器
12.10　Solaris 2.4的Slab分配器
12.11　小结
12.12　练习题
参考文献
第13章　虚拟内存
13.1　简介
13.2　按需分页
13.3　对硬件的需求
13.4　4.3BSD-案例研究
13.5　4.3 BSD 内存管理操作
13.6　分析
13.7　练习题
参考文献
第14章　SVR4 VM架构
14.1　简介
14.2　内存映射文件
14.3　VM的设计理念
14.4　基础抽象
14.5　段驱动程序
14.6　交换层
14.7　VM操作
14.8　与vnode子系统的交互
14.9　Solaris的虚拟交换空间
14.10　分析
14.11　性能改进
14.12　小结
14.13　练习题
参考文献
第15章　其他内存管理技术
15.1　简介
15.2　Mach的内存管理设计
15.3　内存共享机制
15.4　内存对象与Pager
15.5　外部pager和内部pager
15.6　页面替换
15.7　分析
15.8　4.4BSD的内存管理
15.9　旁路转换缓冲区的一致性
15.10　Mach中的TLB击落算法
15.11　SVR4和SVR4.2 UNIX中的TLB一致性
15.12　其他TLB一致性算法
15.13　虚拟地址缓存
15.14　练习题
参考文献
第16章　设备驱动和I/O
16.1　简介
16.2　概述
16.3　设备驱动程序框架
16.4　输入输出（I/O）子系统
16.5　poll系统调用
16.6　块设备I/O操作
16.7　DDI/DKI规范
16.8　更新的SVR4发行版
16.9　未来方向
16.10　小结
16.11　练习题
参考文献
第17章　STREAMS
17.1　动机
17.2　概述
17.3　消息和队列
17.4　流I/O
17.5　配置和设置
17.6　STREAMS的ioctl命令
17.7　内存分配
17.8　多路复用
17.9　FiFO和管道
17.10　网络接口
17.11　小结
17.12　练习题
参考文献

精彩书摘

　　《深入理解UNIX系统内核》：
　　像内存和终端一样，CPU也是一种共享的资源，由系统上的进程竞争使用。操作系统必须决定怎么在所有的进程中分摊CPU资源。调度器（scheduler）属于操作系统的一部分，它决定着在任意给定时刻应该运行哪一个进程，应该让这个进程运行多久。UNIX基本上是一个分时（time—sharing）系统，也就是说，它允许多个进程并发地运行。从某种程度上讲，这是一个假象（至少在单处理器上是这样的），因为一个单独的处理器在任意给定的时刻只能运行一个进程。UNIX系统通过分时方法交替运行进程来模拟并发。调度器给予每个进程一段时间的CPU，然后再切换到另外一个进程上去。这段时间称为时间配额（timequantum）或时间片（timeslice）。
　　UNIX调度器必须关注两个方面：首先是策略（policy），即决定运行哪个进程和决定何时切换到另一个进程的规则。其次是实现（implementation），实现这些策略的数据结构和算法。调度策略必须满足几个目标：保证对交互式应用程序的快速响应时间，保证对后台作业的高吞吐量，避免进程饿死等等。这些目标常常彼此冲突，调度器必须尽可能地平衡这些目标。它也必须以最小代价来有效地实现它的策略。
　　在最底层，调度器安排处理器从一个进程切换到另外一个进程。这称为一个上下文切换（contextswitch）。内核将当前进程的硬件执行上下文保存在它的进程控制块（processblockblock，PCB）里，传统的PCB是这个进程u区的一部分。上下文是指进程的通用寄存器、内存管理寄存器和其他特殊寄存器的值的一个快照。接着，内核会加载下一个将要运行的进程的上下文内容到硬件寄存器中。（上下文可以从这个进程的PCB中获取。）这会使CPU从之前保存的上下文中开始执行下一个进程。调度器的主要职责是决定何时执行上下文切换和运行哪个进程。
　　……

前言/序言

　　UNIX Internals: The New Frontiers
　　从20世纪70年代早期开始，UNIX系统经历了相当大的变化。它从一个小的、实验室性质的由贝尔实验室几乎免费分发的操作系统开始，逐渐成长，直到当前拥有着一群不断增长的忠实的拥护者。多年来，它从众多的学术界和行业成员中吸收了很多贡献，忍受着在其所有权以及标准化上的争执，并且进化为稳定的、成熟的操作系统。现在，有许多商业的和研究用的UNIX变种系统，每种变种系统虽然都不同，但是又足够相似，可以作为UNIX系统家族中的一种。UNIX程序员对一种UNIX变种的使用经验可以用在很多硬件平台以及其他UNIX变种上。
　　很多图书已经介绍过UNIX系统的不同特性，但是大多数都只是介绍诸如命令行或编程接口这些用户可见的方面，很少能介绍UNIX系统的内部实现。UNIX系统的内部实现主要是指其核心组成的部分，也就是UNIX内核研究。迄今为止，每本UNIX系统内部实现书籍只针对某一种UNIX的发行版本。比如，Bach的《The Design of the UNIX Operating System》[Bach 86]是介绍System V Release 2（SVR2）版本内核的标志性书籍。Leffler等著的《The Design and Implementation of 4.3BSD UNIX Operating System》[Leff 88]由一些主要的操作系统设计者来详尽介绍4.3BSD版本内核。Goodheart和Cox的《The Magic Garden Explained》著作详细介绍了System V Release 4.0（SVR4）版本的内核。
　　设计视角
　　本书从系统设计角度来审视UNIX内核。介绍了一些主流的商业性和研究性的UNIX变种。针对内核中的每个模块，本书探索其结构和设计，解释主流UNIX系统如何选择具体模块的实现方法，以及每种方法的优缺点。通过这样的对比使本书有着独特的视角，并允许读者从批判性的角度来检查系统的设计。在研究一个操作系统时，关注其优缺点是很重要的一部分。本书将通过分析一些可选的方法来介绍每种系统的优缺点。
　　UNIX变种
　　虽然本书最关注SVR4.2的内核实现，但是也详细探索了4.4BSD、Solaris 2.x、Mach以及Digital Unix系统。而且本书介绍了一些其他变种的有趣特性，这主要包括一些没有进入商业发行版的研究性变种。本书分析了从20世纪80年代中期到90年代中期UNIX系统的主要发展。为了完整性，本书同时包含了对传统UNIX功能和实现的简要介绍。在必要时，本书还提供了一个发展记录，以传统方案为起始，分析其缺点和局限并介绍现代的解决方案。
　　阅读对象
　　本书适合作为大学教材或作为专业参考书。作为大学教材，本书适用于高年级本科生或研究生操作系统课程。本书并非一本介绍性书籍，而且不会说明诸如内核、线程以及虚拟内存这样的概念性知识。每章都包含一系列精心设计的练习题，用于进一步地思考和研究系统设计。许多练习题都是开放性的，并且需要学生进行一些额外的阅读研究。每章也有一个详尽的参考文献清单，通过该清单可以进一步阅读有关内容。
　　本书也可用作操作系统开发人员、应用程序开发人员以及系统管理员的专业参考书籍。操作系统设计者和架构师可以研究相近系统的内核结构、评估不同设计的优缺点以及使用本书中的一些想法来开发下一代操作系统。应用程序开发人员可以使用操作系统内核的知识，更好地利用其特征来开发更加高效的程序。系统管理员可以在理解不同参数和使用模式对系统行为的影响之后，更加有效地配置和调整系统。
　　组织结构
　　第1章追溯了UNIX系统的演变并分析了影响系统主要变化的因素。第2章到第7章介绍了进程子系统。其中第2章介绍在传统UNIX系统中（SVR3、4.3BSD和早期变种）的进程和内核架构。第3章到第7章介绍现代系统（SVR4、4.4BSD、Solaris 2.x以及Digital Unix）的特性。第3章讨论线程及其在内核和用户库中如何实现。第4章介绍信号、作业控制以及登录会话管理。第5章介绍UNIX调度器和对实时应用程序的支持。第6章研究进程间通信的技术（IPC），包括System V IPS的特性集。其中还介绍了Mach系统架构，该系统使用IPC作为最基本的原语来构造内核。第7章讨论在现代单处理器和多处理器系统中应用的同步框架。
　　接下来的四章介绍了文件系统。第8章介绍用户可见的文件系统接口，以及定义了内核和文件系统交互的vnode/vfs接口。第9章提供一些具体的文件系统实现细节，包含原始的System V文件系统（s5fs）、伯克利快速文件系统（FFS）以及一些小的、利用vnode/vfs接口提供服务的特殊用途的文件系统。第10章介绍一些分布式文件系统，比如太阳微系统公司的网络文件系统（NFS）、AT&T;的远程文件共享（RFS）、卡内基梅隆大学的Andrew文件系统（AFS）以及Transarc公司的分布式文件系统（DFS）。第11章介绍一些使用日志提供更高可靠性和性能的高级文件系统，同时介绍一种基于可堆叠vnode层的新文件系统框架。
　　第12章～第15章介绍内存管理。第12章讨论内核内存分配并介绍一些有趣的分配算法。第13章介绍虚拟内存的概念并使用4.3BSD的实现来说明一些问题。第14章介绍SVR4和Solaris的虚拟内存架构。第15章介绍Mach和4.4BSD内存模型，同时分析诸如旁路转换缓冲区和虚拟地址缓存等硬件特性的影响。
　　最后两章主要介绍I/O子系统。第16章介绍设备驱动程序框架、内核与I/O子系统的交互、SVR4设备驱动程序接口以及内核与驱动程序交互接口规范。第17章讨论STREAMS框架，用于开发网络协议、网络驱动程序和终端驱动程序。
　　排版约定
　　我在本书中遵循了一些印刷规范。首次出现的术语或概念用楷体。内部内核函数和变量名字以及代码示例都是等宽字体，比如ufs_lookup()。当指定调用语法时，系统调用名是斜体，而参数是等宽字体。在图中，实线箭头代表直接指针，虚线箭头表明箭头的源和目标对象是间接推论的。
　　尽管我做了最大的努力，但错误和疏忽仍然在所难免。如果你发现有什么错误，或者有任何建议，请通过电子邮件（vahalia@acm.org）发送给我。
　　致谢
　　许多人为本书的出版做出了贡献。首先，我想感谢我的儿子Rohan以及我的妻子Archana，他们的耐心、爱以及无私的奉献使我得以完成本书。我利用了本属于他们的周末和夜晚时间来进行写作，而他们给予我的一向都是微笑并一直鼓励我。我也要感谢父母对我的爱和支持。
　　接下来，我要感谢我的朋友Subodh Bapat，他鼓励我承担这本书的写作工作，并花费大量时间给出了专业性建议和持续性激励，非常感谢他允许我使用他的书（《Object-Oriented Networks》[Bapa 94]）中提到的工具、模块和宏，还要感谢他对我的草稿一丝不苟的审核以及对我在写作风格上清晰的指导。
　　许多审稿人贡献了非常多的时间和专业知识并多次审稿，提供了非常有价值的意见和建议，使得本书的质量有了提升。非常感谢Peter Salus的鼓励和支持以及Benson Marguiles、Terry Lambert、Mark Ellis和William Bully有深度的反馈意见。最后也要感谢Keith Bostic、Evi Nemeth、Pat Parseghian、Steven Rago、Margo Seltzer、Richard Stevens以及Lev Vaitzblit审核了本书的部分章节。
　　我还要感谢我的经理Percy Tzelnic对我在写作本书过程中的支持和理解。最后，我要感谢出版人Alan Apt，是他促成了本书，并在每个阶段都提供了帮助。还要感谢Prentice-Hall和Spectrum Publisher Services出版社的团队成员，特别感谢Shirlery McGuire、Sondra Chavez和Kelly Ricci的支持和帮助。
　　参考文献

《架构的基石：操作系统核心解析》 目录 第一部分：硬件的语言与软件的桥梁 第一章：处理器架构基础回顾 1.1 指令集架构 (ISA) 的演进与设计哲学 1.2 寄存器：CPU 的工作台 1.2.1 通用寄存器与特殊功能寄存器 1.2.2 寄存器窗口与函数调用 1.3 内存管理单元 (MMU) 的核心功能 1.3.1 地址转换：虚拟到物理的映射 1.3.2 分页与分段机制 1.3.3 TLB (Translation Lookaside Buffer) 的加速作用 1.4 中断与异常：事件驱动的响应机制 1.4.1 中断控制器的工作原理 1.4.2 异常向量表与处理流程 1.4.3 软件中断的应用 1.5 缓存层次结构：提升访存效率的关键 1.5.1 L1, L2, L3 缓存的组织与工作方式 1.5.2 缓存一致性问题与解决方案 1.5.3 缓存替换策略 1.6 现代处理器特性：多核、超线程与指令流水线 1.6.1 并行计算的基石 1.6.2 性能优化的内在机制 第二章：内存层次：从寄存器到持久化存储 2.1 寄存器：最快的访问，最小的容量 2.2 缓存：速度与容量的权衡 2.2.1 直接映射、全关联与组相联缓存 2.2.2 写策略：写回与写通 2.3 主内存 (RAM)：容量与速度的平衡点 2.3.1 DRAM 的工作原理与类型 2.3.2 内存控制器与总线协议 2.4 虚拟内存：抽象的强大力量 2.4.1 页表结构与遍历 2.4.2 页错误处理：按需加载的艺术 2.4.3 内存保护与权限控制 2.5 块设备与 I/O：缓慢但持久 2.5.1 磁盘结构与访问方式 (HDD vs SSD) 2.5.2 I/O 控制器与 DMA (Direct Memory Access) 2.6 存储器映射 I/O (Memory-Mapped I/O) 第二部分：操作系统的核心职责 第三章：进程管理：生命的诞生与消亡 3.1 进程模型：程序在内存中的具象化 3.1.1 进程控制块 (PCB) 的信息组成 3.1.2 进程的状态：运行、就绪、等待、终止 3.2 进程的创建与销毁 3.2.1 fork() 系统调用：复制的艺术 3.2.2 exec() 系统调用：替换的魔法 3.2.3 僵尸进程与孤儿进程 3.3 线程模型：进程内的执行单元 3.3.1 用户级线程与内核级线程 3.3.2 线程与进程的资源共享与隔离 3.4 进程调度：公平与效率的博弈 3.4.1 调度算法：先到先服务 (FCFS)、短作业优先 (SJF)、优先级调度 3.4.2 时间片轮转 (Round Robin) 3.4.3 多级反馈队列调度 3.4.4 CFS (Completely Fair Scheduler) 的设计理念 3.5 进程间通信 (IPC)：协作的机制 3.5.1 管道 (Pipes) 3.5.2 信号量 (Semaphores) 3.5.3 消息队列 (Message Queues) 3.5.4 共享内存 (Shared Memory) 3.5.5 套接字 (Sockets) 第四章：内存管理：资源的有效分配与回收 4.1 地址空间布局：用户空间与内核空间 4.2 分配策略：静态与动态 4.2.1 固定分区与可变分区 4.2.2 首次适应、最佳适应、最差适应 4.3 分页机制的详细实现 4.3.1 单级、多级页表 4.3.2 反向页表 4.3.3 页表项 (PTE) 的内容：Present, Read/Write, User/Supervisor, Accessed, Dirty 4.4 页面置换算法：内存不足时的决策 4.4.1 FIFO, LRU, Optimal 4.4.2 Clock Algorithm 4.4.3 Second Chance 4.5 内存分配器：malloc() 与 free() 的幕后 4.5.1 堆 (Heap) 的管理 4.5.2 内存池 (Memory Pools) 4.6 内存映射与 mmap()：文件与内存的桥梁 4.7 内存碎片问题与解决 第五章：文件系统：数据的持久化与组织 5.1 文件系统模型：层次化结构 5.1.1 目录结构：树状组织 5.1.2 文件类型：普通文件、目录、设备文件、链接文件 5.2 文件系统接口：VFS (Virtual File System) 5.2.1 VFS 的抽象层 5.2.2 inode 与 dentry 的作用 5.3 磁盘布局：数据存储的物理形态 5.3.1 Superblock 5.3.2 Inodes 5.3.3 Data Blocks 5.3.4 Free Block Lists 5.4 文件操作：读、写、创建、删除 5.4.1 系统调用与内核实现 5.4.2 缓存对文件 I/O 的影响：page cache 5.5 文件系统类型：Ext4, XFS, Btrfs, NTFS (概述) 5.6 目录操作：查找、创建、删除 5.7 硬链接与符号链接：多角度访问 5.8 文件系统一致性与日志机制 (Journaling) 5.9 权限管理：文件访问的守护者 第六章：I/O 管理：硬件交互的枢纽 6.1 I/O 子系统架构：设备驱动、缓冲、调度 6.2 设备驱动程序：硬件的翻译官 6.2.1 字符设备与块设备驱动 6.2.2 驱动程序的接口与中断处理 6.3 缓冲与缓存：提升 I/O 性能 6.3.1 块缓冲 6.3.2 Page Cache 的进一步探讨 6.4 I/O 调度：优化磁盘访问顺序 6.4.1 FIFO, SSTF, SCAN, C-SCAN, LOOK, C-LOOK 6.5 DMA (Direct Memory Access)：绕过 CPU 的高效传输 6.6 I/O 端口与内存映射 I/O 6.7 网络 I/O：通信的基石 (简要介绍) 第三部分：并发与同步 第七章：并发控制：协调多任务的艺术 7.1 并发场景：多处理器、多进程、多线程 7.2 竞态条件 (Race Condition)：无序访问的陷阱 7.3 临界区 (Critical Section)：保护共享资源的区域 7.4 互斥量 (Mutexes)：独占访问的通行证 7.4.1 锁的机制与原理 7.4.2 避免死锁：加锁顺序、超时 7.5 信号量 (Semaphores)：计数与同步的通用工具 7.5.1 P 操作 (Wait) 与 V 操作 (Signal) 7.5.2 二元信号量 (Binary Semaphores) 7.6 条件变量 (Condition Variables)：等待特定条件的发生 7.6.1 与互斥量的配合使用 7.7 读写锁 (Read-Write Locks)：优化读多写少的场景 7.8 死锁 (Deadlock)：不可解的僵局 7.8.1 死锁产生的四个必要条件 7.8.2 死锁预防、避免、检测与恢复 第八章：同步机制：确保执行的有序性 8.1 原子操作：不可分割的指令 8.2 忙等待 (Busy Waiting) vs 阻塞等待 (Blocking Wait) 8.3 锁的实现：自旋锁 (Spinlocks) 与阻塞锁 (Mutexes) 8.3.1 自旋锁的适用场景 8.3.2 阻塞锁的底层实现 8.4 屏障 (Barriers)：等待所有线程到达 8.5 内存屏障 (Memory Barriers)：控制指令重排序 8.6 锁的粒度：粗粒度锁与细粒度锁 第四部分：系统调用与内部机制 第九章：系统调用接口：用户空间与内核空间的边界 9.1 系统调用的概念与作用 9.2 系统调用陷阱 (Trap) 与切换机制 9.2.1 用户模式到内核模式的切换 9.2.2 参数传递方式：寄存器、栈 9.3 系统调用表：查找与分发 9.4 常见的系统调用分类：进程控制、文件操作、内存管理、通信等 9.5 信号处理：异步事件的通知 9.5.1 信号的产生与传递 9.5.2 信号处理函数 (Signal Handlers) 9.6 进程间通信 (IPC) 系统调用的实现细节 9.7 错误处理：errno 的作用 第十章：设备驱动模型：与硬件对话的接口 10.1 驱动程序的层次与模块化 10.2 设备文件与访问权限 10.3 中断处理程序 (ISR) 与延迟过程调用 (DPC) 10.3.1ISR 的任务与限制 10.3.2 DPC 的 deferral 作用 10.4 I/O 端口与内存映射 I/O 的驱动实现 10.5 平台设备与总线驱动 10.6 设备树 (Device Tree) 的现代应用 第十一章：内核的启动与初始化 11.1 Bootloader 的角色 11.2 内核镜像的加载 11.3 初始化硬件：CPU, 内存, 设备 11.4 初始化核心数据结构：进程表、内存管理器 11.5 挂载根文件系统 11.6 启动第一个用户进程 (init) 第五部分：高级主题与未来展望 第十二章：网络协议栈：连接世界的桥梁 12.1 TCP/IP 模型与 OSI 模型 12.2 套接字 (Sockets) 接口：应用程序的网络窗口 12.3 TCP 的连接建立与释放 (三次握手、四次挥手) 12.4 TCP 的流量控制与拥塞控制 12.5 UDP 的无连接特性 12.6 网络设备驱动与硬件 offload 第十三章：安全与权限：保护系统的屏障 13.1 用户与组的概念 13.2 文件权限模型：rwx 13.3 特权分离：用户模式与内核模式 13.4 MAC (Mandatory Access Control) 与 DAC (Discretionary Access Control) 13.5 安全增强型 Linux (SELinux) 简介 13.6 审计 (Auditing) 第十四章：虚拟化技术：创造隔离的运行环境 14.1 虚拟化类型：全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚拟化 (容器) 14.2 Hypervisor 的作用 14.3 虚拟机的内存管理与 I/O 虚拟化 14.4 Docker 与 Kubernetes (简介) 第十五章：性能调优与监控 15.1 性能瓶颈的识别：CPU, 内存, I/O, 网络 15.2 系统监控工具：top, vmstat, iostat, netstat, perf 15.3 内核参数调优 15.4 程序的性能分析：gprof, strace 第十六章：操作系统的新 frontiers 16.1 实时操作系统 (RTOS) 16.2 分布式操作系统 16.3 云原生操作系统 16.4 硬件加速的未来 附录 常见系统调用列表 内核开发环境搭建 术语表 --- 内容概要： 本书将深入剖析现代操作系统运行的底层逻辑，从最基础的硬件架构出发，逐步构建起一个完整的操作系统图景。我们将首先回顾处理器架构的核心概念，包括指令集、寄存器、内存管理单元 (MMU) 的地址转换机制、中断与异常处理流程，以及缓存层次结构对性能的影响。这些是理解软件如何在硬件上执行的基础。 随后，本书将重点阐述操作系统最为核心的几个职责：进程管理、内存管理、文件系统以及 I/O 管理。在进程管理部分，我们将详细探讨进程的创建、销毁、状态转换，以及线程模型如何实现更细粒度的并发。进程调度算法的多样性及其背后的权衡将被深入解析，同时，各种进程间通信 (IPC) 机制的原理与应用也将一一呈现，帮助读者理解不同进程如何有效地协作。 内存管理是操作系统的一项关键任务。本书将深入讲解虚拟内存的强大抽象，包括页表结构、页错误处理、页面置换算法等，以及内存分配器如 malloc() 的内部工作机制。文件系统部分将覆盖从 VFS 抽象层到具体磁盘布局的细节，解释文件和目录是如何组织、存储和访问的，以及文件系统的日志机制如何保证数据的一致性。I/O 管理部分则会揭示设备驱动程序如何充当硬件与内核之间的桥梁，以及缓冲、缓存和 I/O 调度如何提升数据传输的效率，DMA 机制在此扮演着重要角色。 并发与同步是现代多任务操作系统不可或缺的部分。我们将深入分析竞态条件、临界区等概念，并详细介绍互斥量、信号量、条件变量、读写锁等各种同步原语的工作原理，以及如何通过它们来避免死锁，确保程序的正确执行。 系统调用作为用户空间与内核空间沟通的唯一接口，其工作机制将是本书的重点。我们将解析系统调用陷阱的发生过程，系统调用表的分发逻辑，以及常见的系统调用分类。此外，信号处理、IPC 系统调用的实现细节，以及错误处理机制也将得到详尽的阐述。设备驱动模型将从更宏观的视角展示驱动程序的设计理念，包括中断处理、延迟过程调用等。内核的启动过程也将被细致描绘，从 Bootloader 的加载到第一个用户进程的诞生。 最后，本书将拓展到一些高级主题，包括网络协议栈的通信机制、操作系统的安全与权限管理、虚拟化技术如何创建隔离的环境，以及性能调优和监控的实用方法。最后，我们还将对操作系统未来可能的发展方向进行展望。 通过本书的学习，读者将能全面、深入地理解操作系统内部的运作机制，掌握软件与硬件交互的艺术，并为更深入的系统级开发和优化打下坚实的基础。 目标读者： 对操作系统底层原理感兴趣的软件开发者 希望深入理解系统性能的工程师 计算机科学专业的学生 系统管理员和运维工程师 任何希望探究计算机“大脑”如何工作的人 这本书并非对某个特定操作系统的详尽手册，而是旨在通过对通用概念的深入解析，帮助读者理解所有现代操作系统都共有的核心原理和设计思想。它将提供一个强大的理论框架，使读者能够举一反三，理解不同操作系统在实现细节上的差异。

评分☆☆☆☆☆

我之所以对《深入理解UNIX系统内核》这本书产生浓厚的兴趣，很大程度上是因为它的副标题——“The New Frontiers”。这四个字极具挑战性，它暗示着这本书并非仅仅是对现有知识的复述，而是会涵盖那些正在发展、甚至尚未完全成熟的UNIX内核领域的最新研究和技术动向。我希望这本书能够为我打开一扇通往未来的窗户，了解当前UNIX内核面临的挑战，以及研究人员们正在探索的解决方案。这可能涉及到对新硬件架构的支持，对虚拟化和容器化技术的深入整合，或者是在安全性、性能优化方面的新思路。我希望能够从中获得一些前瞻性的洞察，了解未来的操作系统可能会朝着何种方向发展，以及这些“新前沿”对我们开发者和系统管理员意味着什么。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字，实在太过于“硬核”了，简直就是为那些在代码的海洋中遨游、在服务器的机房里思考的“码农”们量身定做的。我猜想，翻开这本书，你不会看到花里胡哨的图表或者通俗易懂的比喻，更多的是冷冰冰的代码片段，晦涩难懂的系统调用，以及那些让你冥思苦想的内存地址和指针。这绝对是一本需要你放下手机，泡一杯咖啡，然后沉浸其中，与CPU、内存、磁盘进行一场深入对话的书。我个人非常喜欢这种挑战，因为我总觉得，只有真正理解了底层的运作，才能写出更高效、更健壮的程序，才能在遇到棘手的系统问题时，不至于束手无策。

评分☆☆☆☆☆

《深入理解UNIX系统内核》这个书名，首先给我一种“老派”的技术书的感觉。它不追求表面的光鲜亮丽，而是直指核心，有一种“返璞归真”的沉静力量。我猜想，这本书的作者一定是对UNIX系统有着极其深厚的理解和长期的实践经验，才能有底气去“深入”和“理解”。我期待它能像一位经验丰富的老师傅，带着我走进一个充满智慧和挑战的工坊，讲解每一个螺丝钉、每一个齿轮的运作原理。也许里面会涉及大量的 C 语言代码，各种底层数据结构，以及复杂的算法。对于我来说，学习这些并非易事，但每一次的突破，都会带来巨大的成就感。

评分☆☆☆☆☆

我注意到这本书的题目，《深入理解UNIX系统内核 [UNIX Internals: The New Frontiers]》，这名字本身就给我一种“重量级”的压迫感，但同时又充满了吸引力。它点明了主题——UNIX系统内核，并且强调了“深入理解”和“新前沿”这两个关键词。这让我联想到，这本书一定不是一本简单的入门教程，它更像是为那些已经对UNIX有一定了解，并且渴望进一步挖掘其精髓的读者准备的。我期待它能带领我深入到内核的各个模块，比如进程管理、内存分配、 I/O 子系统、网络协议栈等等，去探究它们是如何协同工作的。而“新前沿”则更激发了我的好奇心，它暗示着这本书会包含一些关于未来发展趋势的内容，可能涉及到一些最新的内核特性或者正在研究的技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，就像一块引人入胜的磁石，牢牢吸引住了我对UNIX系统内核深处的探求欲。我一直对操作系统底层的工作原理充满好奇，尤其是UNIX这个经典且强大的系统，它的内核设计无疑是其中的瑰宝。这本书的名称就预示着它将带领我们穿越表象，直达那些不为大众所熟知的核心机制。我想象着，翻开它，就像踏入了一个精心设计的巨大迷宫，每一个章节都像是一个关键的节点，指引我一步步解开进程调度、内存管理、文件系统、IPC（进程间通信）等等这些复杂而精妙的设计。我期待着书中能够深入剖析这些概念背后的逻辑，不仅仅是“是什么”，更是“为什么这么设计”，以及在不同的场景下，这些设计是如何权衡取舍，最终达到系统的高效、稳定和安全。

评分☆☆☆☆☆

探索其结构和设计，解释主流UNIX系统如何选择具体模块的实现方法

评分☆☆☆☆☆

好多好多订单都没有评价，今天为什么想要评价了呢？因为我对京东怒了。因为我发现自己信赖了这么多年的京东，商品价格居然比超市还要贵一倍多！因为一次购买体验差就要迁怒于所有的购物体验确实不公平，但，人生就是这样！消费者本来就不会忠诚，你伤害我一次，我就永远不会再信任你。

评分☆☆☆☆☆

Uresh Vahalia，EMC公司副总裁，主管企业存储部门，领导美国和印度团队构建EMC下一代存储产品。Uresh专注于操作系统和存储技术的研发，在存储和操作系统领域拥有30余项专利和科研著作，并多次代表EMC参加SNIA、IEEE、CIFS和NFSv4工作组的行业论坛及专家座谈。

评分☆☆☆☆☆

好评是给内容的，印刷质量不咋样半盗版，还有书中引用代码片断参考文献等明显是贴的原版图啊太难看了

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这是一本非常不错，很有深度，很值得研究的书

评分☆☆☆☆☆

非常棒的书。值得一看。

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以前从来不去评价，不知道浪费多少积分，自从京东积分可以抵现金的时候，才知道积分的重要。。后来我就把这段话复制了，走到哪，复制到哪，即能赚积分，还非常省事；特别是不用认真的评论了，又健康快乐能么么哒

评分☆☆☆☆☆

好多好多订单都没有评价，今天为什么想要评价了呢？因为我对京东怒了。因为我发现自己信赖了这么多年的京东，商品价格居然比超市还要贵一倍多！因为一次购买体验差就要迁怒于所有的购物体验确实不公平，但，人生就是这样！消费者本来就不会忠诚，你伤害我一次，我就永远不会再信任你。

评分☆☆☆☆☆

薛磊，现就职甲骨文系统研发中心，负责Solaris内核中网络协议的开发。他是开源的拥趸，开发并维护了一些开源工具软件，还负责Solaris内核中iSCSI协议、iSER协议的开发和维护。