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　　♛Yocto Project开发者兼Linux Foundation成员～～Richard Purdie推荐
　　♛驾驭Linux系统，随心所欲创造出灵活又稳健的嵌入式装置

　　本书的内容将带领你遍览开发週期的每个环节，并深入环节中的每个阶段，说明阶段中的元件以及可利用的工具。本书将一路从工具链、启动载入器、Linux内核，再到如何设置一个根目录档案系统，以及学习使用Buildroot与Yocto Project这两款在开发社群中最常见的组建系统，加速并简化你的开发流程。在此基础之上，我们将一同探讨如何妥善运用NAND/NOR以及管理型eMMC的快闪记忆体特性，以便延长装置的使用生命与建立可靠的线上更新机制。接着，会讨论执行绪的使用情境，这些议题将大大影响成品的效能与回应能力。最后，我们将一同学习perf与ftrace的使用方式，了解对应用程式与内核进行剖析和追踪的方法。

　　【你能够从本书学习到】
　　◎了解Linux内核所扮演的角色，对应用程式的定位有所认知。
　　◎利用Buildroot与Yocto Project，快速有效率地建立出嵌入式Linux系统。
　　◎使用U-Boot创造出客制化的启动载入器。
　　◎透过perf与ftrace来找出效能上的瓶颈。
　　◎熟悉硬体结构树的使用，替设备添加新的硬体装置。
　　◎开发出可与Linux装置驱动程式互动的应用程式。
　　◎利用POSIX标准，设计多执行绪的应用程式。
　　◎在即时系统中进行量测，修改Linux内核降低延迟。
 

深入理解现代操作系统内核：从基础原理到前沿应用 本书旨在为有志于深入探索操作系统内核世界、构建高效、稳定、安全系统的技术人员提供一本全面且深入的指南。我们聚焦于主流操作系统的核心机制，特别是Linux内核的设计哲学、实现细节以及如何在复杂的硬件环境中实现资源的有效管理。 本书不侧重于特定嵌入式平台的细节实现，而是致力于剖析操作系统作为一种抽象层和管理工具的本质。我们将系统地梳理从进程管理到内存分配，从设备驱动到网络协议栈等各个关键领域。 --- 第一部分：操作系统的基石——架构与启动 本部分为读者搭建起理解现代操作系统的理论框架和物理基础。我们首先探讨操作系统的核心职能、历史演变以及其在多层软件架构中所处的位置。 1.1 硬件与软件的交汇点：特权级与系统调用 深入分析CPU的运行模式（用户态与内核态）及其切换机制。详细解析中断向量表、系统调用接口（如`int 0x80`或更现代的`SYSCALL`/`SYSENTER`指令）的设计，这是用户空间与内核空间通信的桥梁。探讨异常处理流程，包括如何捕获并响应硬件中断和软件陷阱。 1.2 内核的初始化序列 系统启动是理解内核如何“苏醒”的关键。我们将追踪从BIOS/UEFI固件到加载引导加载程序（如GRUB），再到内核自身的启动过程。重点阐述自解压、内存映射的建立以及C语言环境的初始化。分析内核如何设置初始的页表，使自己能够访问物理内存，并最终跳转到第一个用户进程的启动点。 1.3 内核数据结构基础 介绍内核中用于组织系统状态的核心数据结构。这包括进程描述符（Task Structure）的完整布局，对上下文切换所需寄存器状态的保存与恢复机制的深入解读。同时，剖析内核如何使用链表、红黑树等复杂数据结构来高效地管理这些全局资源。 --- 第二部分：资源管理的核心——进程与线程调度 本部分是操作系统的“心脏”，讨论系统如何公平、高效地分配CPU时间给成百上千的任务。 2.1 进程的生命周期与状态转换 详述进程（Process）与线程（Thread）的定义区别与联系。分析进程创建（如`fork()`和`execve()`的内部流程），包括如何复制地址空间、文件描述符表及信号处理状态。讨论进程的各种状态（运行、就绪、阻塞、僵尸、终止）及其在调度器中的流转。 2.2 现代调度算法的实现 深入剖析抢占式调度的原理。详细解析主流调度器（如CFS - 完美公平调度器）的算法细节。解释“虚拟运行时间”（vruntime）的概念，以及它如何通过基于优先级的红黑树结构实现高效的任务选择。讨论实时进程（Real-Time Processes）的调度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）及其与普通进程的隔离机制。 2.3 上下文切换的代价 精确分析上下文切换（Context Switch）的开销。这不仅包括寄存器状态的保存和恢复，还包括TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新以及对缓存系统的影响。讨论如何通过技术手段（如Per-CPU变量、延迟TLB失效）来最小化这种性能损耗。 --- 第三部分：内存的艺术——虚拟内存管理 本部分聚焦于操作系统如何提供一个比物理内存更丰富、更抽象的地址空间，并高效地管理物理页框。 3.1 虚拟地址空间布局与分页机制 详细阐述虚拟地址空间（VAS）的结构，包括内核空间与用户空间的划分。深入讲解分页机制：页表（Page Table）的多级结构、页目录项（PTE）的格式，以及地址转换的硬件支持。分析TLB在加速地址翻译中的作用及其失效处理机制。 3.2 物理内存的组织与分配 探讨物理内存管理单元（PMM）。重点解析伙伴系统（Buddy System）算法如何用于管理和分配连续的页框。介绍内存区（Zone）的概念，以及为什么需要根据硬件特性（如DMA能力）来划分不同的内存区域。 3.3 缓存替换与内存回收 分析当物理内存不足时，内核如何进行页替换。详述LRU（Least Recently Used）变种算法在内核中的实现（如Active/Inactive Lists），以及Slab/SLUB分配器如何用于管理内核数据结构的缓存，避免频繁分配和释放小对象导致的内存碎片化问题。 3.4 进程间内存共享与映射 讲解`mmap()`系统调用的底层实现。分析如何通过共享映射实现进程间通信（IPC）和库文件的加载。讨论写时复制（Copy-on-Write, COW）技术在`fork()`中的应用，及其对系统效率的巨大贡献。 --- 第四部分：并发、同步与I/O基础 本部分探讨了内核如何协调多个并发执行流对共享资源的访问，并处理外部世界的数据输入输出。 4.1 并发控制原语 系统地介绍同步机制：自旋锁（Spinlocks）的应用场景（短时间临界区、中断禁用上下文）与信号量（Semaphores）的机制。深入探讨互斥锁（Mutexes）和读写信号量（RW Semaphores）的细微差别和适用范围。分析并发编程中常见的死锁、饥饿问题及内核的预防措施。 4.2 原子操作与内存屏障 解释原子操作（Atomic Operations）如何在无锁（Lock-Free）编程中发挥作用。详细剖析内存屏障（Memory Barriers）的必要性，特别是为了对抗编译器的乱序优化和CPU的写缓冲，确保多核环境下的数据可见性。 4.3 块设备I/O栈与通用块层 重点分析I/O子系统的结构。从用户空间的`read()/write()`请求发出开始，追踪数据包如何在文件系统层、通用块层（Block Layer）和特定设备驱动层之间传递。阐述I/O调度器（如Deadline, CFQ, NOOP）的工作原理，以及它们如何优化磁盘访问的寻道时间。 --- 第五部分：系统服务与内核扩展 本部分关注内核如何提供服务接口以及系统如何进行动态扩展和维护。 5.1 进程间通信（IPC）机制 全面回顾内核提供的传统与现代IPC机制。详细分析管道（Pipes）、消息队列（Message Queues）、共享内存（Shared Memory）的内核实现细节。重点介绍System V IPC与POSIX IPC的差异，以及信号（Signals）在跨进程通知中的应用。 5.2 虚拟文件系统（VFS）层 剖析VFS层作为抽象接口的重要性。讲解VFS如何通过超级块（superblock）、索引节点（inode）、目录项（dentry）等核心结构，将上层文件操作请求（如打开、读取）与底层具体的文件系统（如Ext4, XFS）解耦。 5.3 内核模块的生命周期 讨论加载（insmod）和卸载（rmmod）内核模块的过程。分析模块初始化函数（`module_init`）与清理函数（`module_exit`）的执行环境。探讨符号导出、版本依赖性检查以及如何安全地在运行时扩展或修改内核功能。 --- 通过对上述模块的系统化、深入性的剖析，本书旨在提供一种超越“如何使用”的深度理解，使读者能够构建对现代操作系统内核工作原理的深刻洞察力，为系统优化、性能调试和复杂故障排除打下坚实的基础。

作者简介

Chris Simmonds

　　Chris Simmonds出身于英格兰南部，身为一名软体谘商与指导者，他从1990年代末期开始，就持续将Linux使用在嵌入式系统当中。这时他正投身于多项会令人大开眼界的专案，包括3D相机、智慧型体重计、各种机上盒与家用路由器，甚至还有一项专案是巨型的步行机器人。

　　他也是各种开源软体与嵌入式大会中的常客，其中包括Embedded Linux Conference、Embedded World，还有Android Builder's Summit。从2002年开始，他便持续主办嵌入式Linux的课程与工作坊，而从2010年开始，更跨足到嵌入式Android的领域。他已为许多知名公司开办过上百场的讲座。你也可以到www.2net.co.uk上面的「Inner Penguin」部落格当中，了解他的工作内容。
 

Chapter 01：一切由此开始
1.1 选择正确的作业系统
1.2 源头
1.3 专案的生命週期
1.4 开放原始码
1.5 嵌入式Linux的硬体
1.6 本书会用到的硬体
1.7 本书会用到的软体
1.8 小结

Chapter 02：工具链
2.1 什么是工具链？
2.2 工具链的类型─原生或是跨平台
2.3 选择C 语言的函式库
2.4 寻找工具链
2.5 剖析工具链
2.6 工具链里的其他工具
2.7 深入C语言函式库元件
2.8 连结函式库：静态和动态的连结
2.9 跨平台编译的技巧
2.10 跨平台编译时的问题
2.11 小结

Chapter 03：启动载入器
3.1 启动载入器是做什么的？
3.2 启动程序
3.3 以UEFI韧体启动
3.4 从启动载入器到内核
3.5 硬体结构树
3.6 选择启动载入器
3.7 U-Boot
3.8 Barebox
3.9 小结

Chapter 04：移植与配置内核
4.1 内核是做什么的？
4.2 选择内核
4.3 组建内核
4.4 编译
4.5 清理内核原始码
4.6 启动内核
4.7 把Linux移植到新的机板上
4.8 延伸阅读
4.9 小结

Chapter 05：建立根目录档案系统
5.1 根目录档案系统中都有些什么？
5.2 根目录档案系统中的程式
5.3 根目录档案系统中的函式库
5.4 装置节点
5.5 proc 与sysfs 档案系统
5.6 内核模组
5.7 把根目录档案系统佈署到目标环境上
5.8 建立启动用模拟磁碟
5.9 init程式
5.10 配置使用者帐号
5.11 启用常驻服务
5.12 管理装置节点的好办法
5.13 配置网路
5.14 以装置表建立档案系统映像档
5.15 用NFS挂载根目录档案系统
5.16 用TFTP来载入内核
5.17 延伸阅读
5.18 小结

Chapter 06：选择组建系统
6.1 别再手工打造嵌入式Linux6
6.2 组建系统
6.3 套件类型与套件管理工具
6.4 Buildroot
6.5 Yocto Project
6.6 延伸阅读
6.7 小结

Chapter 07：建立储存空间的方式
7.1 储存空间的选择
7.2 从启动载入器存取快闪记忆体
7.3 从Linux 存取快闪记忆体
7.4 用于快闪记忆体的档案系统
7.5 适用NOR 与NAND 的档案系统
7.6 适用管理型快闪记忆体的档案系统
7.7 唯读的压缩档案系统
7.8 暂存档案系统
7.9 将根目录档案系统设为唯读
7.10 选择档案系统
7.11 上线后的更新
7.12 延伸阅读
7.13 小结

Chapter 08：装置驱动程式
8.1 装置驱动程式扮演的角色
8.2 字元装置
8.3 区块装置
8.4 网路装置
8.5 在执行期获取驱动资讯
8.6 找到适用的装置驱动程式
8.7 用户空间中的装置驱动程式
8.8 开发内核装置驱动程式
8.9 载入内核模组
8.10 探索硬体配置
8.11 延伸阅读
8.12 小结

Chapter 09：动起来吧！init程式
9.1 在内核启动之后
9.2 init程式
9.3 BusyBox的init
9.4 System V的init
9.5 systemd
9.6 延伸阅读
9.7 小结

Chapter 10：程序与执行绪
10.1 要用程序还是执行绪？
10.2 程序
10.3 执行绪
10.4 排程管理
10.5 延伸阅读
10.6 小结

Chapter 11：记忆体管理
11.1 虚拟记忆体的二三事
11.2 记忆体在内核空间的情形
11.3 记忆体在用户空间的情形
11.4 程序对记忆体的对映
11.5 置换空间
11.6 用mmap来做记忆体对映
11.7 应用程式用了多少记忆体？
11.8 个别程序的记忆体使用情形
11.9 侦测记忆体洩漏
11.10 记忆体不足
11.11 延伸阅读
11.12 小结

Chapter 12：以GDB除错
12.1 GNU的除错器
12.2 除错的准备
12.3 用GDB对应用程式除错
12.4 用gdbserver进行远端除错
12.5 开始除错
12.6 对共享函式库除错
12.7 即时除错
12.8 对分支与执行绪除错
12.9 记忆档
12.10 GDB的使用者介面
12.11 对内核程式码除错
12.12 延伸阅读
12.13 小结

Chapter 13：剖析与追踪
13.1 观测者效应
13.2 开始剖析
13.3 用top进行剖析
13.4 介绍perf剖析工具
13.5 其他剖析工具：OProfile与gprof
13.6 追踪事件
13.7 介绍Ftrace追踪工具
13.8 使用LTTng
13.9 用Valgrind对应用程式进行剖析
13.10 Callgrind
13.11 Helgrind
13.12 用strace显示系统唿叫
13.13 小结

Chapter 14：即时系统开发
14.1 什么是即时性？
14.2 导致不确定的因素
14.3 排程延迟
14.4 对内核插队
14.5 即时系统版本的Linux内核（PREEMPT_RT）
14.6 以执行绪处理中断讯号
14.7 允许插队的内核资源锁
14.8 获取PREEMPT_RT修补程式
14.9 高精确度的计时器
14.10 避免即时应用程式发生分页错误
14.11 摒除中断
14.12 量测排程延迟
14.13 延伸阅读
14.14 小结

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作为一名对嵌入式系统有着浓厚兴趣的在校学生，我一直在寻找一本能够系统性地介绍嵌入式Linux编程的书籍。《精通嵌入式Linux程式设计(畅销回馈版)》无疑是我近期最大的收获。 这本书最大的优点在于它的体系化和全面性。它从最基础的Linux系统原理讲起，然后逐步深入到内核、驱动、应用层开发等各个环节，构建了一个完整的知识体系。我之前阅读的很多资料都比较碎片化，这本书则将这些知识点串联起来，让我对整个嵌入式Linux开发流程有了清晰的认识。 其中，关于Linux内核裁剪和定制的部分，让我印象尤为深刻。书中详细讲解了如何根据实际需求选择和配置内核模块，如何优化内核性能，以及如何编写自己的内核模块。这对于我理解嵌入式系统的底层工作原理非常有帮助，也为我今后进行更深入的开发打下了坚实的基础。 另外，书中对各种常用嵌入式Linux开发工具的介绍也十分详尽，包括交叉编译工具链、调试器、内存分析工具等等。通过学习这些工具的使用，我能够更高效地进行开发和调试，大大提高了我的学习效率。 最后，书中提供的案例都非常贴近实际应用，例如物联网设备开发、嵌入式GUI应用开发等。通过模仿和实践这些案例，我不仅能够巩固书本上的知识，还能够锻炼自己的动手能力，为将来进入嵌入式开发领域做好准备。

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这本书的出版，可以说是给广大嵌入式Linux开发者带来了一场及时雨。作为一个在行业内摸爬滚打多年的老兵，我深知要跟上技术发展的步伐，持续学习和更新知识是多么重要。而《精通嵌入式Linux程式设计(畅销回馈版)》恰恰满足了这种需求。 我特别欣赏书中对最新技术和发展趋势的关注。比如，书中对容器技术在嵌入式领域的应用进行了深入探讨，包括Docker和Kubernetes在嵌入式系统中的部署和管理。这对于构建更加灵活、可扩展的嵌入式系统具有重要的指导意义。此外，书中还详细介绍了Yocto Project的构建流程和使用方法，这对于创建定制化的嵌入式Linux发行版提供了强大的支持。要知道，掌握Yocto Project对于任何一个希望深入嵌入式Linux开发的工程师来说，都是一项必备的技能。 让我惊喜的是，书中并没有回避一些在实际开发中遇到的棘手问题。例如，关于嵌入式系统安全性的讨论，就非常贴合当前日益增长的安全需求。书中不仅分析了常见的安全漏洞，还提供了有效的防护策略和实现方法。此外，对嵌入式系统性能优化的讲解也十分到位，涵盖了从硬件选型到软件调优的各个方面。读完这些章节，我不仅巩固了已有的知识，还学到了不少新颖的思路和实用的技巧。总的来说，这本书的内容广度与深度兼备，无论是初学者还是有经验的开发者，都能从中获益良多。

评分☆☆☆☆☆

对于很多想要进入嵌入式Linux领域的朋友来说，《精通嵌入式Linux程式设计(畅销回馈版)》绝对是一本值得推荐的入门与进阶书籍。它的讲解方式非常易于理解，即使是初学者也能快速上手。 这本书的语言风格非常平实，没有过多的技术术语堆砌，而是用清晰易懂的语言来解释复杂的概念。我尤其喜欢书中通过大量的图示和流程图来辅助讲解，这使得原本枯燥的技术内容变得生动有趣，也更容易被我所消化吸收。 书中对于嵌入式Linux系统架构的讲解也非常到位。它系统地介绍了嵌入式Linux系统的组成部分，包括 bootloader、kernel、filesystem、application 等，并且详细讲解了它们之间的相互关系和工作原理。这帮助我建立了一个宏观的认识，对整个嵌入式Linux系统的运作机制有了更清晰的理解。 此外，书中对嵌入式Linux应用程序开发的讲解也非常实用。它涵盖了多线程编程、IPC通信、网络编程等常用的开发技术，并且提供了大量的代码示例，方便读者对照学习。我跟着书中的例子，成功开发了一些简单的应用程序，这极大地增强了我学习的信心。 总的来说，这本书内容详实，讲解清晰，非常适合想要系统学习嵌入式Linux编程的读者。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位循循善诱的老师，陪伴我一起探索嵌入式Linux的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

一本优秀的技术书籍，不应该只是一味地罗列知识点，更应该能够引发读者的思考，激发他们的探索欲。《精通嵌入式Linux程式设计(畅销回馈版)》在这方面做得非常出色。 这本书在讲解技术的同时，非常注重与实际项目的结合。书中提供的案例，很多都是基于当前热门的嵌入式应用场景，例如智能家居、工业自动化、车载系统等。这些案例不仅具有很高的参考价值，也能够帮助读者更好地理解书中的技术概念如何在实际项目中落地。 让我眼前一亮的是，书中对嵌入式Linux系统优化和性能调优的探讨。它不仅仅是简单地列出一些优化方法，而是深入分析了不同优化手段的原理和适用场景，以及它们可能带来的影响。这对于我这种追求极致性能的开发者来说，无疑是宝贵的财富。 更难能可贵的是，书中还触及了一些前沿的技术话题，例如嵌入式AI、边缘计算等。虽然篇幅不长，但足以给读者打开新的视野，引导他们去思考未来的技术发展方向。这种前瞻性的内容，让这本书的价值远远超越了单纯的技术教程。 总而言之，这本书不仅提供了扎实的嵌入式Linux编程知识，更重要的是，它培养了读者的独立思考能力和解决问题的能力。它鼓励读者不仅仅是“学习”，更是“创造”。这本书是我在嵌入式Linux开发道路上遇到的一个里程碑。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身打造的！一直对嵌入式Linux开发充满好奇，但总觉得入门门槛很高，资料也零散，学习起来磕磕绊绊。直到遇到了《精通嵌入式Linux程式设计(畅销回馈版)》，才真正打开了新世界的大门。 从零开始，循序渐进的讲解方式是我最看重的。作者没有上来就抛出晦涩难懂的概念，而是从最基础的Linux命令行操作讲起，一步一步引导读者熟悉环境。无论是交叉编译器的安装配置，还是uboot的烧写过程，书中都提供了清晰的步骤和详尽的解释，即使是我这样的新手，也能跟着操作完成。尤其让我印象深刻的是，书中对Linux内核的讲解，并没有止步于表面，而是深入剖析了内核的启动流程、进程管理、内存管理等核心机制。读完这部分，我对嵌入式Linux的底层原理有了更深刻的理解，不再是只会调用的“拿来主义”者，而是开始真正理解“为什么”这么做。 而且，书中提供了大量的实例代码，并且这些代码都经过了实际验证。我跟着书中提供的代码，在开发板上成功运行了TCP/IP网络通信程序、文件系统操作程序，甚至还尝试了简单的设备驱动开发。这种“学以致用”的学习方式，极大地增强了我的学习动力和信心。书中对调试技巧的介绍也十分到位，无论是GDB的使用，还是JTAG接口的配置，都讲得非常实用，为我解决了不少开发中的难题。总而言之，这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的导师，耐心地引导我走上嵌入式Linux开发的道路。