操作系统实践 基于Linux的应用与内核编程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

编辑推荐

　　教学目标明确，注重理论与实践的结合
　　教学方法灵活，培养学生自主学习的能力
　　教学内容先进，反映了计算机学科的新发展
　　教学模式完善，提供配套的教学资源解决方案
　　可在清华大学出版社网站下载教学资料

内容简介

　　《操作系统实践 基于Linux的应用与内核编程》结合多年操作系统课程理论与实践教学经验，基于当前流行的开源操作系统Ubuntul4.04LTS（Linux内核3.13.0）设计了一组操作系统课程实验。全书可分为两大部分，第一部分是Linux操作与应用编程，包括Linux常用命令、C语言编程工具和典型的Linux应用开发，如多进程、进程通信等，并提供一个基于开源的Qt框架和MySQL数据库的综合实训案例；第二部分是Linux内核编程，这一部分紧密结合操作系统课程的教学内容，包含进程管理、内存管理、设备驱动程序和虚拟文件系统等。实验安排循序渐进，每个实验都有相应的原理性内容作为铺垫。配套电子资源提供所有实验的源代码及其他相关资料，可从清华大学出版社网站下载。《操作系统实践 基于Linux的应用与内核编程》特点是实验环境新、内容结构层次分明、经典与前沿兼顾，并与理论教学内容相呼应。
　　《操作系统实践 基于Linux的应用与内核编程》既可作为高等院校计算机、电子信息类等专业的操作系统实验课程教材，也可作为Linux编程相关课程的教材。另外，致力于转向新Linux开源开发环境的读者也可以将其作为快速入门教程。

内页插图

目录

第1章 Linux概述
1.1 Linux的发展
1.1.1 Linux概念
1.1.2 Linux和UNIX的渊源
1.1.3 与Linux相关的协议和标准
1.2 Linux的内核架构
1.2.1 Linux操作系统结构
1.2.2 Linux内核体系结构
1.2.3 内核版本和获取
1.2.4 内核源代码目录结构
1.3 Linux的主要版本
1.3.1 Linux版本介绍
1.3.2 Ubuntu的首次使用
1.4 本章小结
习题

第2章 Linux基本命令与应用
2.1 认识命令行
2.1.1 Terminal
2.1.2 命令用法初体验
2.1.3 其他虚拟终端
2.1.4 相关概念
2.2 使用文本文件
2.2.1 创建文本文件
2.2.2 查看文本文件内容
2.2.3 查找及统计
2.3 目录和文件
2.3.1 目录及文件的基本操作
2.3.2 文件权限
2.4 管理用户和用户组
2.4.1 相关配置文件
2.4.2 相关操作
2.5 其他常见命令
2.5.1 挂载和卸载设备
2.5.2 安装和卸载软件
2.6 本章小结
习题
练习

第3章 从Hello Linux程序开始
3.1 Hello Linux
3.1.1 hello_linux的诞生
3.1.2 Linux平台C语言编码风格
3.1.3 开发工具
3.2 gcc编译
3.2.1 单文件的编译
3.2.2 多个源文件的编译
3.2.3 其他介绍
3.3 gdb调试
3.3.1 gdb介绍
3.3.2 使用gdb调试C语言文件
3.4 本章小结
习题
练习

第4章 利用Makefile管理一个工程
4.1 第一个Makefile
4.1.1 利用make编译一个程序文件
4.1.2 利用make编译多个程序文件
4.2 Makefile的基本概念与规则
4.2.1 Makefile的基本概念
4.2.2 规则
4.3 本章小结
习题
练习

第5章 Linux系统中的时间
5.1 时间表示
5.1.1 Linux系统时间
5.1.2 Linux应用程序时间函数
5.2 利用程序显示系统时间
……
第6章 多进程程序开发
第7章 进程间通信
第8章 利用Qt开发GUI应用程序
第9章 MySQL数据库
第10章 Linux综合应用
第11章 构建Linux内核系统
第12章 添加最简单的Linux内核模块
第13章 基于proc的Linux进程控制块信息读取
第14章 POSIX多任务及同步机制
第15章 用户态和内核态信号量
第16章 基于共享内存的进程间通信
第17章 Linux内存管理
第18章 Linux设备驱动程序
第19章 Linux虚拟文件系统
参考文献

前言/序言

操作系统实践 基于Linux的应用与内核编程

《Linux系统深度解析：从硬件到应用的全景探索》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入的Linux系统认知框架，着重于揭示操作系统在现代计算中的核心作用，以及其底层机制如何支撑起丰富多彩的应用生态。我们并非简单罗列命令或介绍API，而是致力于引领读者理解Linux的“血脉”与“灵魂”，从最基础的硬件交互，到高层应用程序的运行，层层剥离，展现出其精妙的设计理念和强大的工程实现。 第一部分：孕育之基——硬件与引导的对话 硬件抽象的哲学： 本部分将从硬件层面出发，探讨CPU、内存、I/O设备等核心组件如何被操作系统所“认识”和“控制”。我们将深入解析CPU的架构（如x86-64的特权级、寄存器、中断机制），以及内存管理单元（MMU）如何在物理地址和虚拟地址之间建立起至关重要的桥梁。理解这些概念，是掌握操作系统为何能够公平、高效地分配和管理资源的根本。 引导的序曲：BIOS/UEFI与Bootloader： 没有操作系统，硬件只是一堆冰冷的金属。本书将详细讲解计算机启动过程中，BIOS或UEFI固件如何初始化硬件，并找到并加载Bootloader。我们将剖析GRUB等常见Bootloader的职责，它们如何解析内核配置文件，如何将内核镜像加载到内存，并最终将控制权交给Linux内核。这一过程的每一步都充满了精巧的设计，是操作系统生命周期的起点。 内核的诞生：内核初始化流程： 当Bootloader将内核载入内存并跳转执行后，Linux内核便开始了其“生命”的第一个阶段——初始化。我们将逐一解析内核初始化中的关键步骤，包括低级硬件的设置、内存管理器的初始化、中断描述符表（IDT）的构建、进程调度器的准备，以及各种子系统的注册。读者将看到，一个完整的操作系统是如何从无到有，逐步建立起自己的运行环境。 第二部分：秩序的构建——内核核心机制剖析 进程管理：生命的多线程舞蹈： 进程是操作系统中最基本的执行单元。本书将深入剖析Linux进程模型的奥秘，包括进程的创建（fork()、execve()）、终止、状态转换（运行、就绪、等待、终止）。我们将详细讲解进程控制块（PCB）的数据结构，以及它们如何存储进程的关键信息。 调度策略的艺术： 如何在有限的CPU资源下，让多个进程公平、高效地协同工作，是调度器面临的核心挑战。我们将介绍Linux内核中各种调度算法的历史演变与实现细节，如O(1)调度器、CFS（Completely Fair Scheduler）调度器。读者将理解，这些调度算法是如何权衡进程的优先级、运行时间、饥饿度等因素，以达到最优的整体性能。 线程模型：轻量级的并行： 线程作为比进程更轻量级的执行单元，在现代并发编程中扮演着重要角色。我们将区分用户级线程和内核级线程，并详细讲解Linux Pthreads库的实现原理，以及其与内核线程之间的映射关系。理解线程模型，是编写高效并发程序的基石。 内存管理的智慧：虚拟与物理的交织： 内存管理是操作系统的核心功能之一，直接影响着系统的性能和稳定性。我们将深入探讨Linux的虚拟内存模型，包括页表、地址翻译、页面置换算法（如LRU）、内存映射（mmap）。读者将了解，操作系统是如何通过虚拟内存，为每个进程提供独立的、看似巨大的地址空间，并有效地管理物理内存的分配与回收。 文件系统：数据的永恒归宿： 文件系统是操作系统管理持久化数据的关键。本书将介绍Linux VFS（Virtual File System）层，它提供了一个统一的文件系统接口，屏蔽了底层不同文件系统的差异。我们将深入分析Ext4、XFS等常用Linux文件系统的内部结构、目录索引、 inode、数据块的组织方式，以及文件的读写、创建、删除等操作的流程。 I/O管理的精妙：请求队列与驱动模型： 操作系统如何高效地与各种I/O设备进行交互，是提升系统吞吐量和响应速度的关键。我们将讲解Linux的I/O子系统，包括块设备I/O和字符设备I/O的请求队列机制，以及Linux设备驱动模型。读者将了解，操作系统是如何通过分层设计，简化设备驱动的编写，并实现对硬件的统一管理。 中断与异常处理：危急时刻的冷静应对： 中断和异常是操作系统响应外部事件或内部错误的机制。我们将详细解析中断向量表（IVT）、中断处理程序（ISR）的构建过程，以及异常发生时，CPU如何从用户态切换到内核态，并执行相应的异常处理程序。理解这一机制，对于理解系统的实时性和健壮性至关重要。 IPC（进程间通信）机制：信息流动的桥梁： 进程之间需要协同工作，这就离不开有效的通信机制。本书将详细介绍Linux提供的多种IPC方式，包括管道（pipe）、信号量（semaphore）、消息队列（message queue）、共享内存（shared memory）、Socket等。我们将分析每种机制的优缺点，以及适用的场景。 第三部分：应用的舞台——用户空间与系统服务的协同 系统调用：用户与内核的界碑： 系统调用是用户程序请求内核服务的唯一途径。我们将深入理解系统调用的工作原理，包括软中断（syscall）、系统调用表（syscall table）的查找，以及参数传递和返回值处理。通过分析常见的系统调用，如open, read, write, fork, execve等，读者将清晰地看到用户空间与内核空间之间的交互过程。 库函数与系统调用的关系： 大多数用户程序并不直接调用系统调用，而是依赖于C库（glibc）等函数库。我们将揭示库函数是如何封装系统调用，提供更方便、更易用的接口。理解这一层抽象，对于编写可移植、高效的应用程序至关重要。 动态链接与共享库：代码复用与灵活部署： 动态链接技术是现代操作系统节省内存、提高效率的关键。本书将讲解动态链接器（ld-linux.so）的工作原理，以及共享库（.so文件）的加载、链接过程。读者将理解，动态链接是如何实现代码的复用，并使得程序在运行时可以按需加载，从而实现更灵活的部署。 信号处理：事件通知的机制： 信号是操作系统向进程发送的一种异步通知。我们将详细讲解信号的产生、传递、处理流程，包括信号的屏蔽、捕获，以及信号处理函数的编写。理解信号机制，是处理进程间通信和异常情况的重要手段。 用户空间的内存布局：代码、数据、堆、栈： 每个运行的程序在用户空间都有其特定的内存布局。我们将剖析程序的代码段、数据段（全局变量、静态变量）、堆（动态分配内存）、栈（函数调用、局部变量）的组织方式，以及它们如何随着程序的运行而变化。 网络协议栈：连接世界的纽带： TCP/IP协议栈是现代网络通信的基础。本书将对Linux的网络协议栈进行深度剖析，包括IP层的路由选择、TCP/UDP层的连接管理、数据分段与重组，以及Socket API的工作原理。我们将演示应用程序如何通过Socket API与网络进行交互。 Linux Shell：用户与系统的沟通桥梁： Shell是用户与Linux系统交互的最常用界面。我们将不仅仅介绍Shell命令的使用，更将深入讲解Shell的工作原理，包括命令解析、管道、重定向、后台进程、环境变量等。通过理解Shell，我们可以更好地控制和管理我们的Linux系统。 总结： 《Linux系统深度解析：从硬件到应用的全景探索》是一本面向希望深入理解Linux操作系统底层机制的读者所设计的书籍。无论您是希望成为一名出色的系统工程师、内核开发者，还是对操作系统原理充满好奇的技术爱好者，本书都将为您提供坚实的基础和宝贵的见解。我们相信，通过对本书内容的学习，您将能够更深刻地理解Linux的强大之处，并能更有效地利用和开发基于Linux的系统。