Linux内核架构是计算机操作系统领域中一个核心的研究课题。在深入学习和理解Linux操作系统的过程中,内核架构是基础和核心。本书《Professional Linux® Kernel Architecture》由Wolfgang Mauerer撰写,由Wiley Publishing, Inc.出版,为读者提供了一个系统而深入的Linux内核架构知识体系。
本书共分为多个章节,每个章节都聚焦于Linux内核的不同组成部分,从基础的进程管理与调度,到内存管理,再到虚拟文件系统,每个话题都尽可能详尽地展开,使得读者可以从中获得对Linux内核深层次的认识。
在章节1中,介绍了Linux内核的总体介绍和概览,这为读者提供了一个关于Linux内核发展的历史脉络和架构基础。
第二章,进程管理与调度。这一章节深入探讨了Linux内核如何管理和调度进程,包括进程的状态、调度策略,以及如何在多处理器系统上进行负载平衡。
第三章,内存管理。在这里,作者详细介绍了Linux内核中的内存管理机制,包括物理和虚拟内存的管理,页面置换算法以及如何通过内存管理子系统高效使用物理内存。
第四章,虚拟进程内存。这一部分着重讲解了虚拟内存的概念,以及Linux内核是如何将物理内存映射到进程空间的。
第五章,锁机制和进程间通信。本章内容涉及同步机制,例如互斥锁、信号量等,以及进程间通信的各种方法,如管道、消息队列、共享内存、信号等。
第六章,设备驱动程序。该章节从硬件抽象层到设备驱动程序的实现,解析了Linux内核中的设备驱动框架和驱动程序编写的关键概念。
第七章,模块。模块化设计是Linux内核灵活性的体现,本章解释了内核模块的加载和卸载机制,以及如何管理模块。
第八章,虚拟文件系统。Linux使用虚拟文件系统(VFS)来提供统一的文件系统接口。本章解释了VFS的设计和实现,以及它如何为不同的文件系统提供一个通用的访问层。
第九章,扩展文件系统家族。这里介绍了Linux支持的众多文件系统,例如ext3, ext4, XFS等,以及它们的特定实现细节。
第十章,无持久存储的文件系统。本章探讨了内存中的文件系统,比如tmpfs,它们不依赖于外部存储设备,而是将文件系统存储在内存中。
第十一章,扩展属性和访问控制列表。Linux内核支持文件的扩展属性和访问控制列表,这一章节解释了这些高级文件特性是如何实现的。
第十二章,网络。本章涵盖了Linux内核中网络协议栈的实现,包括网络接口,IP层,传输层等。
第十三章,系统调用。系统调用是用户空间程序与内核进行交互的接口,本章分析了Linux系统调用的实现和机制。
第十四章,内核活动。该章节讨论了与内核初始化、异常处理以及中断相关的内部工作。
第十五章,时间管理。Linux内核必须精确地处理时间,包括时间的获取、维护和使用。
第十六章,页面和缓冲区缓存。本章解释了Linux内核是如何使用页面缓存和缓冲区缓存来优化数据访问速度和存储效率的。
第十七章,数据同步。数据同步是确保数据持久性和一致性的重要机制,本章详细讨论了Linux内核是如何处理数据同步的。
第十八章,页面回收和交换。为了高效地管理有限的物理内存,Linux内核实现了页面回收和交换机制,本章详细阐述了这一机制。
第十九章,审计。Linux内核还包含审计子系统,用于记录系统中的安全相关事件,本章介绍了Linux审计机制的实现。
附录A到F提供了针对特定架构的说明、如何操作源代码、C语言注释、系统启动过程、ELF二进制格式以及内核开发流程等补充材料。
书后附有参考文献和索引,方便读者查找和回顾书中内容。
这本书为IT专业人员、系统开发者,以及对Linux内核感兴趣的读者提供了一本权威的参考书,帮助他们深入理解和掌握Linux内核的架构和机制。通过阅读这本书,读者能够建立起对Linux内核的深入理解,并能够在实际的工作中应用这些知识。