操作係統實踐 基於Linux的應用與內核編程 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

房勝，李旭健，黃玲，李哲 著

圖書標籤:

• 操作係統
• Linux
• 內核編程
• 實踐
• 應用
• 計算機科學
• 係統編程
• Unix
• 編程技巧
• 開源

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302405276

版次：1

商品編碼：11762464

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等學校規劃教材·計算機科學與技術

開本：16開

齣版時間：2015-08-01

用紙：膠版紙

頁數：303

字數：495000

正文語種：中文

編輯推薦

　　教學目標明確，注重理論與實踐的結閤
　　教學方法靈活，培養學生自主學習的能力
　　教學內容先進，反映瞭計算機學科的新發展
　　教學模式完善，提供配套的教學資源解決方案
　　可在清華大學齣版社網站下載教學資料

內容簡介

　　《操作係統實踐 基於Linux的應用與內核編程》結閤多年操作係統課程理論與實踐教學經驗，基於當前流行的開源操作係統Ubuntul4.04LTS（Linux內核3.13.0）設計瞭一組操作係統課程實驗。全書可分為兩大部分，第一部分是Linux操作與應用編程，包括Linux常用命令、C語言編程工具和典型的Linux應用開發，如多進程、進程通信等，並提供一個基於開源的Qt框架和MySQL數據庫的綜閤實訓案例；第二部分是Linux內核編程，這一部分緊密結閤操作係統課程的教學內容，包含進程管理、內存管理、設備驅動程序和虛擬文件係統等。實驗安排循序漸進，每個實驗都有相應的原理性內容作為鋪墊。配套電子資源提供所有實驗的源代碼及其他相關資料，可從清華大學齣版社網站下載。《操作係統實踐 基於Linux的應用與內核編程》特點是實驗環境新、內容結構層次分明、經典與前沿兼顧，並與理論教學內容相呼應。
　　《操作係統實踐 基於Linux的應用與內核編程》既可作為高等院校計算機、電子信息類等專業的操作係統實驗課程教材，也可作為Linux編程相關課程的教材。另外，緻力於轉嚮新Linux開源開發環境的讀者也可以將其作為快速入門教程。

內頁插圖

目錄

第1章 Linux概述
1.1 Linux的發展
1.1.1 Linux概念
1.1.2 Linux和UNIX的淵源
1.1.3 與Linux相關的協議和標準
1.2 Linux的內核架構
1.2.1 Linux操作係統結構
1.2.2 Linux內核體係結構
1.2.3 內核版本和獲取
1.2.4 內核源代碼目錄結構
1.3 Linux的主要版本
1.3.1 Linux版本介紹
1.3.2 Ubuntu的首次使用
1.4 本章小結
習題

第2章 Linux基本命令與應用
2.1 認識命令行
2.1.1 Terminal
2.1.2 命令用法初體驗
2.1.3 其他虛擬終端
2.1.4 相關概念
2.2 使用文本文件
2.2.1 創建文本文件
2.2.2 查看文本文件內容
2.2.3 查找及統計
2.3 目錄和文件
2.3.1 目錄及文件的基本操作
2.3.2 文件權限
2.4 管理用戶和用戶組
2.4.1 相關配置文件
2.4.2 相關操作
2.5 其他常見命令
2.5.1 掛載和卸載設備
2.5.2 安裝和卸載軟件
2.6 本章小結
習題
練習

第3章 從Hello Linux程序開始
3.1 Hello Linux
3.1.1 hello_linux的誕生
3.1.2 Linux平颱C語言編碼風格
3.1.3 開發工具
3.2 gcc編譯
3.2.1 單文件的編譯
3.2.2 多個源文件的編譯
3.2.3 其他介紹
3.3 gdb調試
3.3.1 gdb介紹
3.3.2 使用gdb調試C語言文件
3.4 本章小結
習題
練習

第4章 利用Makefile管理一個工程
4.1 第一個Makefile
4.1.1 利用make編譯一個程序文件
4.1.2 利用make編譯多個程序文件
4.2 Makefile的基本概念與規則
4.2.1 Makefile的基本概念
4.2.2 規則
4.3 本章小結
習題
練習

第5章 Linux係統中的時間
5.1 時間錶示
5.1.1 Linux係統時間
5.1.2 Linux應用程序時間函數
5.2 利用程序顯示係統時間
……
第6章 多進程程序開發
第7章 進程間通信
第8章 利用Qt開發GUI應用程序
第9章 MySQL數據庫
第10章 Linux綜閤應用
第11章 構建Linux內核係統
第12章 添加最簡單的Linux內核模塊
第13章 基於proc的Linux進程控製塊信息讀取
第14章 POSIX多任務及同步機製
第15章 用戶態和內核態信號量
第16章 基於共享內存的進程間通信
第17章 Linux內存管理
第18章 Linux設備驅動程序
第19章 Linux虛擬文件係統
參考文獻

前言/序言

操作係統實踐 基於Linux的應用與內核編程

《Linux係統深度解析：從硬件到應用的全景探索》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的Linux係統認知框架，著重於揭示操作係統在現代計算中的核心作用，以及其底層機製如何支撐起豐富多彩的應用生態。我們並非簡單羅列命令或介紹API，而是緻力於引領讀者理解Linux的“血脈”與“靈魂”，從最基礎的硬件交互，到高層應用程序的運行，層層剝離，展現齣其精妙的設計理念和強大的工程實現。 第一部分：孕育之基——硬件與引導的對話 硬件抽象的哲學： 本部分將從硬件層麵齣發，探討CPU、內存、I/O設備等核心組件如何被操作係統所“認識”和“控製”。我們將深入解析CPU的架構（如x86-64的特權級、寄存器、中斷機製），以及內存管理單元（MMU）如何在物理地址和虛擬地址之間建立起至關重要的橋梁。理解這些概念，是掌握操作係統為何能夠公平、高效地分配和管理資源的根本。 引導的序麯：BIOS/UEFI與Bootloader： 沒有操作係統，硬件隻是一堆冰冷的金屬。本書將詳細講解計算機啓動過程中，BIOS或UEFI固件如何初始化硬件，並找到並加載Bootloader。我們將剖析GRUB等常見Bootloader的職責，它們如何解析內核配置文件，如何將內核鏡像加載到內存，並最終將控製權交給Linux內核。這一過程的每一步都充滿瞭精巧的設計，是操作係統生命周期的起點。 內核的誕生：內核初始化流程： 當Bootloader將內核載入內存並跳轉執行後，Linux內核便開始瞭其“生命”的第一個階段——初始化。我們將逐一解析內核初始化中的關鍵步驟，包括低級硬件的設置、內存管理器的初始化、中斷描述符錶（IDT）的構建、進程調度器的準備，以及各種子係統的注冊。讀者將看到，一個完整的操作係統是如何從無到有，逐步建立起自己的運行環境。 第二部分：秩序的構建——內核核心機製剖析 進程管理：生命的多綫程舞蹈： 進程是操作係統中最基本的執行單元。本書將深入剖析Linux進程模型的奧秘，包括進程的創建（fork()、execve()）、終止、狀態轉換（運行、就緒、等待、終止）。我們將詳細講解進程控製塊（PCB）的數據結構，以及它們如何存儲進程的關鍵信息。 調度策略的藝術： 如何在有限的CPU資源下，讓多個進程公平、高效地協同工作，是調度器麵臨的核心挑戰。我們將介紹Linux內核中各種調度算法的曆史演變與實現細節，如O(1)調度器、CFS（Completely Fair Scheduler）調度器。讀者將理解，這些調度算法是如何權衡進程的優先級、運行時間、飢餓度等因素，以達到最優的整體性能。 綫程模型：輕量級的並行： 綫程作為比進程更輕量級的執行單元，在現代並發編程中扮演著重要角色。我們將區分用戶級綫程和內核級綫程，並詳細講解Linux Pthreads庫的實現原理，以及其與內核綫程之間的映射關係。理解綫程模型，是編寫高效並發程序的基石。 內存管理的智慧：虛擬與物理的交織： 內存管理是操作係統的核心功能之一，直接影響著係統的性能和穩定性。我們將深入探討Linux的虛擬內存模型，包括頁錶、地址翻譯、頁麵置換算法（如LRU）、內存映射（mmap）。讀者將瞭解，操作係統是如何通過虛擬內存，為每個進程提供獨立的、看似巨大的地址空間，並有效地管理物理內存的分配與迴收。 文件係統：數據的永恒歸宿： 文件係統是操作係統管理持久化數據的關鍵。本書將介紹Linux VFS（Virtual File System）層，它提供瞭一個統一的文件係統接口，屏蔽瞭底層不同文件係統的差異。我們將深入分析Ext4、XFS等常用Linux文件係統的內部結構、目錄索引、 inode、數據塊的組織方式，以及文件的讀寫、創建、刪除等操作的流程。 I/O管理的精妙：請求隊列與驅動模型： 操作係統如何高效地與各種I/O設備進行交互，是提升係統吞吐量和響應速度的關鍵。我們將講解Linux的I/O子係統，包括塊設備I/O和字符設備I/O的請求隊列機製，以及Linux設備驅動模型。讀者將瞭解，操作係統是如何通過分層設計，簡化設備驅動的編寫，並實現對硬件的統一管理。 中斷與異常處理：危急時刻的冷靜應對： 中斷和異常是操作係統響應外部事件或內部錯誤的機製。我們將詳細解析中斷嚮量錶（IVT）、中斷處理程序（ISR）的構建過程，以及異常發生時，CPU如何從用戶態切換到內核態，並執行相應的異常處理程序。理解這一機製，對於理解係統的實時性和健壯性至關重要。 IPC（進程間通信）機製：信息流動的橋梁： 進程之間需要協同工作，這就離不開有效的通信機製。本書將詳細介紹Linux提供的多種IPC方式，包括管道（pipe）、信號量（semaphore）、消息隊列（message queue）、共享內存（shared memory）、Socket等。我們將分析每種機製的優缺點，以及適用的場景。 第三部分：應用的舞颱——用戶空間與係統服務的協同 係統調用：用戶與內核的界碑： 係統調用是用戶程序請求內核服務的唯一途徑。我們將深入理解係統調用的工作原理，包括軟中斷（syscall）、係統調用錶（syscall table）的查找，以及參數傳遞和返迴值處理。通過分析常見的係統調用，如open, read, write, fork, execve等，讀者將清晰地看到用戶空間與內核空間之間的交互過程。 庫函數與係統調用的關係： 大多數用戶程序並不直接調用係統調用，而是依賴於C庫（glibc）等函數庫。我們將揭示庫函數是如何封裝係統調用，提供更方便、更易用的接口。理解這一層抽象，對於編寫可移植、高效的應用程序至關重要。 動態鏈接與共享庫：代碼復用與靈活部署： 動態鏈接技術是現代操作係統節省內存、提高效率的關鍵。本書將講解動態鏈接器（ld-linux.so）的工作原理，以及共享庫（.so文件）的加載、鏈接過程。讀者將理解，動態鏈接是如何實現代碼的復用，並使得程序在運行時可以按需加載，從而實現更靈活的部署。 信號處理：事件通知的機製： 信號是操作係統嚮進程發送的一種異步通知。我們將詳細講解信號的産生、傳遞、處理流程，包括信號的屏蔽、捕獲，以及信號處理函數的編寫。理解信號機製，是處理進程間通信和異常情況的重要手段。 用戶空間的內存布局：代碼、數據、堆、棧： 每個運行的程序在用戶空間都有其特定的內存布局。我們將剖析程序的代碼段、數據段（全局變量、靜態變量）、堆（動態分配內存）、棧（函數調用、局部變量）的組織方式，以及它們如何隨著程序的運行而變化。 網絡協議棧：連接世界的紐帶： TCP/IP協議棧是現代網絡通信的基礎。本書將對Linux的網絡協議棧進行深度剖析，包括IP層的路由選擇、TCP/UDP層的連接管理、數據分段與重組，以及Socket API的工作原理。我們將演示應用程序如何通過Socket API與網絡進行交互。 Linux Shell：用戶與係統的溝通橋梁： Shell是用戶與Linux係統交互的最常用界麵。我們將不僅僅介紹Shell命令的使用，更將深入講解Shell的工作原理，包括命令解析、管道、重定嚮、後颱進程、環境變量等。通過理解Shell，我們可以更好地控製和管理我們的Linux係統。 總結： 《Linux係統深度解析：從硬件到應用的全景探索》是一本麵嚮希望深入理解Linux操作係統底層機製的讀者所設計的書籍。無論您是希望成為一名齣色的係統工程師、內核開發者，還是對操作係統原理充滿好奇的技術愛好者，本書都將為您提供堅實的基礎和寶貴的見解。我們相信，通過對本書內容的學習，您將能夠更深刻地理解Linux的強大之處，並能更有效地利用和開發基於Linux的係統。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和廣度讓我印象深刻。它不僅僅停留在錶麵介紹一些概念，而是深入到操作係統的底層機製，比如進程調度的具體算法，內存分頁與分段的實現細節，以及文件係統的索引節點（inode）工作原理等等。我尤其對它講解虛擬內存的部分感到興奮，它詳細闡述瞭頁錶的作用，TLB（Translation Lookaside Buffer）如何加速地址轉換，以及缺頁中斷的處理流程。這些內容對於理解現代操作係統的性能優化至關重要。書中還涉及瞭並發與同步機製，如信號量、互斥鎖、條件變量等，並詳細分析瞭死鎖的産生條件和避免策略。此外，對網絡協議棧的講解，從TCP/IP的實現到socket編程，也讓我受益匪淺。作者的講解方式非常清晰，即使是復雜的概念，也能通過生動形象的比喻和詳實的圖示變得易於理解。這對於我這樣想要深入理解操作係統核心原理的讀者來說，無疑是一本寶藏。

評分☆☆☆☆☆

我一直對Linux內核的魅力充滿好奇，這本書的齣現就像打開瞭一扇通往未知世界的大門。它深入剖析瞭Linux內核的架構，從引導過程到各個子係統的劃分，都做瞭詳盡的介紹。特彆是對內核數據結構，如進程描述符（task_struct）、文件描述符（file_struct）、內存描述符（mm_struct）的講解，讓我在腦海中構建起瞭清晰的內核模型。書中還詳細介紹瞭如何使用GDB等工具對內核進行調試，這對於學習內核編程來說是必不可少的技能。我非常欣賞它在介紹內核模塊開發時，提供的那些清晰的示例代碼，並且對代碼的每一行都進行瞭詳細的注釋和解釋，這讓我能夠快速上手，理解模塊的加載、卸載機製，以及如何與用戶空間進行通信。這本書不僅僅是理論的堆砌，更多的是一種指導，一種引領，讓我在探索Linux內核的道路上不再迷茫。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的亮點在於它將理論與實踐完美地結閤在瞭一起。不僅僅是提供一些純粹的概念講解，而是通過大量的實例和代碼片段，讓讀者能夠親身感受到操作係統的運行。例如，在講解進程間通信（IPC）時，書中詳細演示瞭如何使用管道、消息隊列、共享內存等多種方式來實現進程間的通信，並且提供瞭可運行的代碼示例，讀者可以自行編譯運行，觀察效果。在內存管理部分，它引導讀者通過分析 `/proc/meminfo` 來理解內存的使用情況，甚至教導如何通過 `mmap` 係統調用來映射文件到內存，從而實現高效的文件讀寫。這種“上手實踐”的教學方式，極大地增強瞭學習的趣味性和有效性。我個人尤其喜歡書中關於文件係統這一章節的講解，它不僅介紹瞭ext4等常見文件係統的結構，還指導讀者如何使用`strace`命令來跟蹤文件操作的係統調用，從而深入理解文件係統的底層工作原理。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就充滿瞭技術感，深邃的藍色背景搭配著抽象的Linux吉祥物Tux，一眼就能看齣這是一本與Linux深度相關的書籍。拿到手裏，它的分量也相當可觀，紙張的質感很好，印刷清晰，拿在手裏感覺很紮實，預示著內容的厚度與深度。翻開目錄，我立刻被吸引瞭。從基礎的Linux命令、文件係統原理，到進程管理、內存管理、I/O係統，再到更深層次的係統調用、內核模塊開發，簡直是一個循序漸進的完美學習路徑。而且，它並沒有止步於理論，而是強調“實踐”，這一點我非常看重。很多操作係統書籍雖然講得頭頭是道，但脫離瞭實際操作，總感覺隔靴搔癢。這本書的標題就點明瞭這一點——“基於Linux的應用與內核編程”，意味著讀者可以真正動手去實現、去調試、去理解操作係統是如何運轉的。我尤其期待它在係統調用和內核模塊開發部分的內容，希望能真正學到如何與內核交互，如何編寫屬於自己的內核模塊，甚至為Linux社區貢獻代碼。

評分☆☆☆☆☆

從應用的角度來看，這本書也提供瞭非常實用的指導。它不僅僅局限於操作係統原理，還著重講解瞭如何利用Linux的各種係統調用來開發高效、穩定的應用程序。我尤其對書中關於多綫程編程和網絡編程的章節非常感興趣。它詳細講解瞭POSIX綫程（pthreads）的創建、同步和通信，並提供瞭許多實例，幫助讀者理解如何編寫高效的多綫程程序。在網絡編程方麵，書中深入講解瞭socket API的使用，包括TCP和UDP套接字的創建、連接、數據傳輸等，並給齣瞭構建簡單客戶端/服務器應用的完整代碼。這對於我想要開發網絡服務或者分布式係統的開發者來說，是不可或缺的知識。而且，書中還提及瞭信號處理、異常處理等內容，這些都是編寫健壯程序的關鍵要素。這本書讓我感覺，不僅能夠理解操作係統，更能寫齣真正利用操作係統強大功能的程序。