本书主要描述Linux系统的总体框架和设计思想，包含很多可以直接操作的实例，目的是希望读者对Linux系统背后的逻辑有一个全面的了解。本书力求贴近实际的工作使用，在比较核心且常用的技术点有更加深入的解释，对实际使用Linux系统工作大有裨益。本书共13章，其中第1~3章是总览，第4~13章是分领域阐述。第1~3章总体介绍Linux的基本知识；第4章以Linux系统的启动开始深入叙述；第5章是Linux系统运行中使用者最常接触到的进程概念，重点介绍进程的原理；第6章是Linux内核的内存管理方法与用户端使用内存的底层方法，即重点介绍glibc底层到内核之间的内存管理过程；第7~13章分别是关于安全机制、网络、总线与设备变动、二进制、存储、虚拟化与云、硬件专用子系统的内容。这些子系统都是Linux系统运行中非常重要的领域，是深入理解Linux系统原理不可或缺的知识补充。

内容简介

本书主要描述Linux系统的总体框架和设计思想，包含很多可以直接操作的实例。编写本书的目的是希望读者对Linux系统背后的逻辑有一个全面的了解。本书对比较核心且常用的技术点有更加深入的解释，对实际使用Linux系统工作大有裨益，同时，选择重点的方向进行源码级深度分析，包含大量的案例，而且增加了与Wi……

推荐序一

Linux操作系统在超级计算机、互联网服务、桌面系统、移动和嵌入式设备等领域使用广泛，相关的从业人员和兴趣爱好者一直对Linux的理论和实践有较大需求。本人作为互联网领域的从业人员，非常荣幸可以提前阅读书中的内容。本书内容从内核层面出发，结合作者多年的实践，对各个子系统的设计、实现和演化进行梳理。我……

推荐序二

在当今移动互联网和人工智能技术快速发展的时代，无论是服务器端程序还是智能终端（手机、手表、电视）程序，Linux操作系统都是主流的操作系统，应用非常广泛。基于Linux内核衍生的发行版众多，包括OpenSuse、RedHat、CentOS、Ubuntu、Android等，在如此广泛的应用下，熟悉和理……

前言

本书第1版在上市后，收到很多读者反馈的宝贵意见。本书第2版在第1版的基础上进行了大范围的修订和完善，特别感谢在这个过程中林奕、姚奕涛的勘误帮助。 本书第2版加入了Linux与其他操作系统的对比分析，因为不同的操作系统有着不同点和相同点，通过对比分析可以让读者更容易系统理解设计，甚至产生新的设计。 学……

第1章 操作系统总览

1.1　操作系统简介 操作系统的发展经历了一个百花齐放的过程，现在只剩下少数的几个占据绝对市场统治地位的系统。随着我国经济的发展，国内计算机领域对于操作系统技术的需求越来越旺盛。未来，无论操作系统的市场如何变化，其底层所依赖的内核的核心算法原理都不会有太大的变化。各操作系统在调度、内存管理和中断处理……

第2章 系统结构

2.1　Linux内核整体结构 在Linux内核的结构中使用了很多“约定俗成”的约定，这些约定大部分被C语言开发者所熟知，并被广泛应用到日常使用C语言的开发中。 Linux内核在层次定义中一般使用面向对象的结构体抽象方式，这种方式首先定义一个结构体（包含各种函数指针并且管理其列表），下层通过生成这样……

第3章 锁与系统调用

在Linux内核的内部，当需要进行资源互斥访问的时候，在大部分情况下都需要加锁，以保证对目标资源没有并发的操作。但是，现代SMP（Symmetrical Multi-Processing，对称多处理）非常常见，尤其是在服务器上，并发操作已然成为制约整个系统性能的最主要原因。Linux内核内部的锁技术……

第4章 信号、中断与系统调用

4.1　信号 4.1.1　Linux信号处理机制的设计 1. 信号的设计思想 信号是一个轻量级的进程间通信机制，其特殊点在于，其他的进程间通信机制都要创造通信数据通道，而信号本身就是由内核创建的进程间的API通道。 使用API通道的一个最大的优势是，参与通信的各个部分都不需要自己设计通信所需要的数据……

第5章 Linux系统的启动与进程

5.1　Linux启动过程的组件 5.1.1　启动过程相关组件 Linux的启动过程有很多的组件参与，首先从BIOS开始，然后从磁盘上的分区找到Bootloader，接着找到内核二进制，再使用initrd文件系统初始化早期内核，最后启动systemd等启动管理程序。下面简单介绍一下所涉及的组件。 1……

第6章 调度

6.1　任务调度 6.1.1　调度优先级 在任务调度层面，内核必须要满足来自用户的几个诉求：多任务、任务优先级、可抢占、处理器亲和性，其中用户对处理器亲和性的需求并不是很强烈。 现代操作系统都不得不面对的问题是SMP（Symmetrical Multi-Processing，对称多处理），而SMP的……

第7章 内存管理

7.1　地址空间 7.1.1　64位Linux地址空间 Intel在实现64位的CPU时，在64位的地址寻址空间下只使用了48位有效寻址位数，这48位的有效寻址位置是低48位。但是即使只使用48位的寻址位数，在内存中的地址也是以64位存储的。 若低48位的最高位是0，则代表用户空间地址，最高位是1，……

第8章 存储

8.1　VFS 8.1.1　文件句柄与文件描述符表 用户空间的进程通过open系统调用打开一个文件之后，内核返回的就是一个整数的文件句柄，后续的例如read调用等都使用文件句柄作为输入来索引对应的文件。文件句柄的概念在现代的操作系统中基本都是类似的设计，在Windows系统下叫作Handle（句柄）……

第9章 套接字（socket）

9.1　socket概览 skbuff可以跟踪数据包的整个生命周期，sock则跟踪一个socket的整个生命周期。socket是内核中的一个资源实体，利用这个实体可以访问网络。也就是说，网络协议栈对外呈现的并不是一个面向过程的函数调用，在概念上是一个由类生成的一个个socket对象，通过这一个个so……

第10章 网络

10.1　网络架构 Linux网络部分有非常多的内容，充分体现了其兼容并包的特点。这里给出Linux网络功能的清单式概览：802.1d以太网桥、802.1Q/802.1ad VLAN支持、IP负载压缩、ANSI/IEEE 802.2 LLC type 2支持、MPLS支持、DANH（Doubly a……

第11章 设备管理

11.1　设备模型 11.1.1　sys文件系统 在大部分情况下，所有的设备都是挂载在总线上的，总线也是挂载在上级总线上的，因此整个CPU硬件体系是一个树形的结构，这个树形的结构在Linux下就被抽象为一个设备模型。 从CPU的视角出发，有一部分控制器是直接集成在CPU封装内部的，这部分控制器并不属……

第12章 二进制

12.1　二进制原理 12.1.1　编译、链接与执行 源代码形成二进制的过程并没有标准，但二进制本身有格式标准，且非常灵活、可扩充。Android的NDK在编译ELF二进制的时候得到的二进制格式与发行版的不一样，虽然都是ELF格式，但是段的定义不同。整体的编译原则是编译器与加载器要用同一套工具。 例……