![Linux内核设计的艺术：图解Linux操作系统架构设计与实现原理(第2版)[按需印刷]](http://images.china-pub.com/ebook3765001-3770000/3767800/zcover.jpg)
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基本信息
编辑推荐
本书英文版在美国上市以来，不到一个月就取得在全球销售300余册的佳绩。以下是来自美国Amazon Top 100专家级评论员rpv（Top58）对本书的专业解读，对想了解和深入阅读这本书的读者朋友应该有帮助。
评论英文原文：
This book has lot of details, I mean lot of details. Linux kernel 0.11 has been dissected and explained in very detailed way in this book,The reason I am giving a 4 star is not because it focuses on 0.11 version which is over 20 years, but I find a lack of security focus on the book. Otherwise this is certainly a stellar book on Operating systems concepts. If you have read Tanenbaum's Operating systems book on MINIX, this will be a very similar treatment. Code has been dissected wonderfully! I cannot imagine the reverse engineering process of understanding the code and making it easy to explain to people.
The book starts with BIOS and how operating systems are bootstrapped. I really liked how the explanations are done - lot of source code, and design diagrams. This is like a design document for the kernel.There are lots of diagrams, yes plenty! File operations, process management, inter process communication, operating system design, buffer management are all explained in great detail. Overall explanations are great and this will be a wonderful asset to any student. Using Linux 0.11 makes it very easy to explain as foundations to operating systems are all same and a student can learn concepts well. As I said earlier, security should be taught from beginning and this is the biggest gap in systems design and how programming is taught. It cannot be an afterthought. It should be taught from beginning like from this book.
For any serious student of computer science, this book will be an invaluable asset.
为了便于国内的读者理解，我们将该评论翻译成了中文：
这本书有很多细节，我的意思是“很多细节”。
在这本书中，用非常详细的方式对Linux0.11的内核进行了剖析和解释。我给一个4星级的原因并不是因为它侧重于一个超过20年的0.11版本，而是认为缺乏对安全的关注。否则，这本书无疑将是操作系统概念上明星级别的著作。如果你已经读过Tanenbaum关于Minix操作系统的书，就会感到似曾相识。
代码已经被精彩的解剖！我无法想象采用逆向工程的方式去理解代码，并且能够以容易接受的方式解释代码。
这本书从BIOS、操作系统如何启动开始讲起，我真的非常喜欢这种有很多源代码和设计图的讲解方式，就像一个内核的设计文档，有许多的图，很充分！文件操作、进程管理、进程间通信、操作系统设计、缓冲区管理都有非常详尽的解释。所有的解释都很好，对任何学生而言都是非常好的材料。使用Linux0.11能够更容易解释所有操作系统实际上相同的基础部分，学生也能够很好的学习这些概念。
正如我刚才所说，安全应该从开始就被讲授，这是目前系统设计和编程教育中最大的缺陷。它不能是一个后来添加的东西。它应该在这本书的开始就被讲授。
对于任何一个计算机学科的、有着严肃态度的学生来说，这本书将是一个无价之宝。
除此之外，本书的中文版在国内也收到了很多开发者和高校老师发来的详细的、中肯定的、高度认可的评价！
内容简介
计算机书籍
《Linux内核设计的艺术：图解Linux操作系统架构设计与实现原理(第2版)》的第1版广获好评，版权被中国台湾和美国两家大型出版社引进，第2版根据读者的反馈和作者对操作系统的最新研究成果对第1版进行了大幅优化和重写，使其内容质量更上一层楼。本书在众多关于Linux内核的书中独树一帜，它在世界范围内首次提出并阐述了操作系统设计的核心指导思想——主奴机制，这是所有操作系统研究者的一笔宝贵财富。它也是一本能真正引导我们较为容易地、极为透彻地理解Linux内核的经典之作，也可能是当前唯一能从本质上指引我们去设计和开发拥有自主知识产权的操作系统的著作。
《Linux内核设计的艺术：图解Linux操作系统架构设计与实现原理(第2版)》的最大特点是它的写作方式和内容组织方式与同类书完全不同。它在深刻地分析了传统讲解方法的利弊之后，破旧立新，从认知学的角度开创了一种全新的方式。以操作系统的真实运行过程为主线，结合真实的内核源代码、300余幅精确的内核运行时序图和具有点睛之妙的文字说明，对操作系统从开机加电到系统完全准备就绪，及运行用户程序的整个过程进行了系统而完整地分析，深刻地揭示了其间每一个动作的设计意图和实现原理，完美地再现了操作系统设计者的设计思路。阅读本书就如同跟随着操作系统设计者一起去思考，我们会在阅读的过程中发现Linux内核设计的精妙，会发现原来处处都“暗藏玄机”，哪怕是一行很短的代码。
《Linux内核设计的艺术：图解Linux操作系统架构设计与实现原理(第2版)》在所有细节上都力求完美。为了保证知识的准确性，操作系统运行过程中的每个动作都经过了严格的考证；为了让我们真正理解Linux内核的原理，它突破传统，以Linux的真实运行过程为主线进行讲解；为了做到真正易于理解，创新性地使用了图解的方式，精心绘制了300余幅分辨率600dpi的时序图，图中表现的运行时结构和状态与操作系统实际运行时的真实状态完全吻合；为了提高阅读体验，本书采用了双色印刷，以便于我们更清楚地观察每一幅图中的细节。
作译者
新设计团队，一直在为设计一个自主的、有所突破和创新的操作系统而努力。为了让新的成员能更快、更容易地理解操作系统的精髓，从更高的角度去鉴赏和发现操作系统设计中的精妙与不足，团队成员以Linux
0.11内核为例，对操作系统的设计思想和实现原理进行了深刻地剖析，取得了十分好的效果，很好地培养和锻炼了团队成员对操作系统的驾驭能力。为了实现让国人也能设计出自己的操作系统的目标，本书作者团队无私地将他们的独特研究方式与研究成果奉献了出来，希望所有想要深刻理解Linux内核和操作系统设计思想的朋友能从中受益。
本书的特点在于，既不是空泛地讲理论，也不是单纯地从语法的角度去逐行地分析源代码，而是以操作系统在实际运行中的几个经典事件为主线，将理论和实际结合在一起，精准地再现了操作系统在实际运行中究竟是如何运转的。宏观上，大家可以领略Linux
0.11内核的设计指导思想，可以了解到各个环节是如何牵制并保持平衡的，以及软件和硬件之间是如何互相依赖、互相促进的；微观上，大家可以看到每一个细节的实现方式和其中的精妙之处。</p>
目录
前 言
第1章 从开机加电到执行
main函数之前的过程1
1.1 启动BIOS，准备实模式下的中断向量表和中断服务程序1
1.1.1 BIOS的启动原理2
1.1.2 BIOS 在内存中加载中断向量表和中断服务程序3
1.2 加载操作系统内核程序并为保护模式做准备5
1.2.1 加载第一部分内核代码——引导程序(bootsect)5
1.2.2 加载第二部分内核代码——setup7
1.2.3 加载第三部分内核代码——system模块13
1.3 开始向32位模式转变，为main函数的调用做准备17
1.3.1 关中断并将system移动到内存地址起始位置0x0000017
1.3.2 设置中断描述符表和全局描述符表19
1.3.3 打开A20，实现32位寻址21
1.3.4 为保护模式下执行head.s做准备23
1.3.5 head.s开始执行26
1.4 本章小结44
第2章 设备环境初始化及激活进程045
2.1 设置根设备、硬盘46
前言
很早就有一个想法，做中国人自己的、有所突破、有所创新的操作系统、计算机语言及编译平台。
我带领的“新设计团队”（主要由中国科学院研究生院毕业的学生组成）在实际开发自己的操作系统的过程中，最先遇到的问题就是如何培养学生真正看懂Linux操作系统的源代码的能力。开源的Linux操作系统的源代码很容易找到，但很快就会发现，培养学生看懂Linux操作系统的源代码是一件非常困难的事。
操作系统的代码量通常都是非常庞大的，动辄几百万行，即使浏览一遍也要很长时间。比庞大的代码量更让学习者绝望的是操作系统有着极其错综复杂的关系。看上去，代码的执行序时隐时现，很难抓住脉络。代码之间相互牵扯，相互勾连，几乎无法理出头绪，更谈不上理解代码背后的原理、意图和思想。
对于学生而言，选择从源代码的什么地方开始分析，本身就是一个难题。通常，学生有两种选择：一种是从main函数，也就是从C语言代码的总入口开始，沿着源代码的调用路线一行一行地看下去，学生很快就会发现源代码的调用路线莫名其妙地断了，但直觉和常识告诉他操作系统肯定不会在这个地方停止，一定还在继续运行，却不知道后续的代码在哪里，这种方法很快就走进了死胡同；另一种则是从某一模块入手，如文件系统，但这样会无形中切断操作系统源码之间复杂的关系，如文件系统与进程管理的关系，文件系统与内存管理的关系，等等。学生如果孤立地去理解一个模块，往往只能记住一些名词和简单概念，难以真正理解操作系统的全貌。用学生的话讲，他们理解的操作系统变成了“文科”的操作系统。
由于操作系统是底层系统程序，对应用程序行之有效的调试和跟踪等手段对操作系统的源代码而言，几乎无效。学生就算把每一行源代码都看懂了，对源代码已经烂熟于心，知道这一行是一个for循环，那一行是一个调用……但仍然不知道整个代码究竟在做什么以及起到什么作用，更不知道设计者的意图究竟是什么。
学生在操作系统课程上学习过进程管理、内存管理、文件系统等基础知识，但是对这些空洞的理论在一个实际的操作系统中是如何实现的却不得而知。他们在源代码中很难看出进程和内存之间有什么关联，内核程序和用户程序有什么区别，为什么要有这些区别；也很难从源代码中看清楚，我们实际经常用到的操作，比如打开文件，操作系统在其中都做了哪些具体的工作。想在与常见的应用程序的编程方法有巨大差异的、晦涩难懂的、浩瀚如海的操作系统底层源代码中找到这些问题的答案，似乎比登天还难。
对熟悉操作系统源代码的学生而言，他们也知道像分页机制这样的知识点，知道若干级的分页及恒等映射，但是未必能够真正理解隐藏在机制背后的深刻意义。
这些都是学生在学习Linux操作系统源代码时遇到的实际问题。中国科学院研究生院的学生应该是年轻人中的佼佼者，他们遇到的问题可能其他读者也会遇到。我萌发了一个想法，虽然学生的问题早已解决，但是否可以把他们曾经在学习、研发操作系统的过程中遇到的问题和心得体会拿出来供广大读者分享。
当时，针对学生的实际问题，我的解决方法是以一个真实的操作系统为例，让学生理解源代码并把操作系统在内存中的运行时状态画出图来。实践证明，这个方法简单有效。
现在我们把这个解决方案体现在这本书中。这就是以一个真实的操作系统的实际运行为主线；以图形、图像为核心，突出描述操作系统在实际运行过程中内存的运行时结构；强调学生站在操作系统设计者的视角，用体系的思想方法，整体把握操作系统的行为、作用、目的和意义。
第1版与第2版的区别
第2版较第1版有较大的改动。
从总体结构上，将第1版的第2章拆分为第2版的第2章、第3章、第4章。这样的拆分对操作系统启动部分的系统初始化、激活进程0、创建进程1、创建进程2的层次划分更清晰。各章内容的分量也比较均衡，阅读感受会更好。
根据读者的反馈意见，第2版增加了一些示意图，在源代码中增加了大量的注释，对操作系统的架构表述得更直观，对源代码讲解得更细致。这些是第2版改动最大、下功夫最多的地方。希望我们的努力能给读者带来更多的帮助。
本书内容及特色
在全书的讲解过程中，我们不仅详细分析了源代码、分析了操作系统的执行序，还特别分析了操作系统都做了哪些“事”，并且对于“事”与“事”之间的关系和来龙去脉，这些“事”意味着什么，为什么要做这些“事”，这些“事”背后的设计思想是什么……都做了非常详细且深入的分析。
更重要的是，对于所有重要的阶段，我们几乎都用图解的方式把操作系统在内存中的实际运行状态精确地表示了出来。我们用600 dpi的分辨率精心绘制了300多张图，图中表现的运行时结构和状态与操作系统实际运行的真实状态完全吻合。对每一条线、每一个色块、每一个位置、每一个地址及每一个数字，我们都经过了认真反复地推演和求证，并最终在计算机上进行了核对和验证。看了这些绘制精美的图后，读者的头脑中就不再是一行行、一段段枯燥的、令人眩晕的源代码，而是立体呈现的一件件清晰的“事”，以及这些“事”在内存中直截了当、清晰鲜活的画面。用这样的方法讲解操作系统是本书的一大特色。理解这些图要比理解源代码和文字容易得多。毫不夸张地说，只要你能理解这些图，你就理解了操作系统的80％。这时你可以自豪地说，你比大多数用别的方法学过操作系统的人的水平都要高出一大截。
作者和机械工业出版社的编辑做了大量的检索工作。就我们检索的范围而言，这样的创作方法及具有这样特色的操作系统专著在世界范围都是第一次。
本书分三部分来讲解Linux操作系统：第一部分（第1～4章）分析了从开机加电到操作系统启动完成并进入怠速状态的整个过程；第二部分（第5～8章）讲述了操作系统进入系统怠速后，在执行用户程序的过程中，操作系统和用户进程的实际运行过程和状态；第三部分（第9章）阐述整个Linux操作系统的设计指导思想，是从微观到宏观的回归。
书摘
缓冲区是内存与外设（如硬盘，以后以硬盘为例）进行数据交互的媒介。内存与硬盘最大的区别在于，硬盘的作用仅仅是对数据信息以很低的成本做大量数据的断电保存，并不参与运算（因为CPU无法到硬盘上进行寻址），而内存除了需要对数据进行保存以外，更重要的是要与CPU、总线配合进行数据运算。缓冲区则介于两者之间，它既对数据信息进行保存，也能够参与一些像查找、组织之类的间接、辅助性运算。有了缓冲区这个媒介以后，对外设而言，它仅需要考虑与缓冲区进行数据交互是否符合要求，而不需要考虑内存如何使用这些交互的数据；对内存而言，它也仅需要考虑与缓冲区交互的条件是否成熟，而不需要关心此时外设对缓冲区的交互情况。两者的组织、管理和协调将由操作系统统一操作。
操作系统通过hash_table[NR_HASH]、buffer_head双向环链表组成的复杂的哈希表管理缓冲区。
操作系统通过调用buffer_init（）函数对缓冲区进行设置，执行代码如下：
在buffer_init（）函数里，从内核的末端及缓冲区的末端同时开始，方向相对增长、配对地做出buffer_head、缓冲块，直到不足一对buffer_head、缓冲块。在第2章开始时设定的内存格局下，有3000多对buffer_head、缓冲块，buffer_head在低地址端，缓冲块在高地址端。
将buffer_head的成员设备号b_dev、引用次数b_count、“更新”标志b_uptodate、“脏”标志b_dirt、“锁定”标志b_lock设置为0。如图2—24所示，将b_data指针指向对应的缓冲块。利用buffer_head的b_prevz_free、b_next_free，将所有的buffer_head形成双向链表。使flee_list指向第一个buffer_head，并利用free_list将buffer_head形成双向链表链接成双向环链表，如图2—25所示。
注意图2—26顶部所示的内存的变化。在紧靠系统内核的部分，多出了一块用黑色表示的内存区域，那里面存储的就是缓冲区管理结构。由于它管理着3000多个缓冲块，因此它占用的内存空间的大小，与内核几乎差不多。图2—26中也对空闲表的双向链表结构给出了形象的说明。
……
