精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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　　♛Yocto Project開發者兼Linux Foundation成員～～Richard Purdie推薦
　　♛駕馭Linux係統，隨心所欲創造齣靈活又穩健的嵌入式裝置

　　本書的內容將帶領你遍覽開發週期的每個環節，並深入環節中的每個階段，說明階段中的元件以及可利用的工具。本書將一路從工具鏈、啓動載入器、Linux內核，再到如何設置一個根目錄檔案係統，以及學習使用Buildroot與Yocto Project這兩款在開發社群中最常見的組建係統，加速並簡化你的開發流程。在此基礎之上，我們將一同探討如何妥善運用NAND/NOR以及管理型eMMC的快閃記憶體特性，以便延長裝置的使用生命與建立可靠的綫上更新機製。接著，會討論執行緒的使用情境，這些議題將大大影響成品的效能與迴應能力。最後，我們將一同學習perf與ftrace的使用方式，瞭解對應用程式與內核進行剖析和追蹤的方法。

　　【你能夠從本書學習到】
　　◎瞭解Linux內核所扮演的角色，對應用程式的定位有所認知。
　　◎利用Buildroot與Yocto Project，快速有效率地建立齣嵌入式Linux係統。
　　◎使用U-Boot創造齣客製化的啓動載入器。
　　◎透過perf與ftrace來找齣效能上的瓶頸。
　　◎熟悉硬體結構樹的使用，替設備添加新的硬體裝置。
　　◎開發齣可與Linux裝置驅動程式互動的應用程式。
　　◎利用POSIX標準，設計多執行緒的應用程式。
　　◎在即時係統中進行量測，修改Linux內核降低延遲。
 

深入理解現代操作係統內核：從基礎原理到前沿應用 本書旨在為有誌於深入探索操作係統內核世界、構建高效、穩定、安全係統的技術人員提供一本全麵且深入的指南。我們聚焦於主流操作係統的核心機製，特彆是Linux內核的設計哲學、實現細節以及如何在復雜的硬件環境中實現資源的有效管理。 本書不側重於特定嵌入式平颱的細節實現，而是緻力於剖析操作係統作為一種抽象層和管理工具的本質。我們將係統地梳理從進程管理到內存分配，從設備驅動到網絡協議棧等各個關鍵領域。 --- 第一部分：操作係統的基石——架構與啓動 本部分為讀者搭建起理解現代操作係統的理論框架和物理基礎。我們首先探討操作係統的核心職能、曆史演變以及其在多層軟件架構中所處的位置。 1.1 硬件與軟件的交匯點：特權級與係統調用 深入分析CPU的運行模式（用戶態與內核態）及其切換機製。詳細解析中斷嚮量錶、係統調用接口（如`int 0x80`或更現代的`SYSCALL`/`SYSENTER`指令）的設計，這是用戶空間與內核空間通信的橋梁。探討異常處理流程，包括如何捕獲並響應硬件中斷和軟件陷阱。 1.2 內核的初始化序列 係統啓動是理解內核如何“蘇醒”的關鍵。我們將追蹤從BIOS/UEFI固件到加載引導加載程序（如GRUB），再到內核自身的啓動過程。重點闡述自解壓、內存映射的建立以及C語言環境的初始化。分析內核如何設置初始的頁錶，使自己能夠訪問物理內存，並最終跳轉到第一個用戶進程的啓動點。 1.3 內核數據結構基礎 介紹內核中用於組織係統狀態的核心數據結構。這包括進程描述符（Task Structure）的完整布局，對上下文切換所需寄存器狀態的保存與恢復機製的深入解讀。同時，剖析內核如何使用鏈錶、紅黑樹等復雜數據結構來高效地管理這些全局資源。 --- 第二部分：資源管理的核心——進程與綫程調度 本部分是操作係統的“心髒”，討論係統如何公平、高效地分配CPU時間給成百上韆的任務。 2.1 進程的生命周期與狀態轉換 詳述進程（Process）與綫程（Thread）的定義區彆與聯係。分析進程創建（如`fork()`和`execve()`的內部流程），包括如何復製地址空間、文件描述符錶及信號處理狀態。討論進程的各種狀態（運行、就緒、阻塞、僵屍、終止）及其在調度器中的流轉。 2.2 現代調度算法的實現 深入剖析搶占式調度的原理。詳細解析主流調度器（如CFS - 完美公平調度器）的算法細節。解釋“虛擬運行時間”（vruntime）的概念，以及它如何通過基於優先級的紅黑樹結構實現高效的任務選擇。討論實時進程（Real-Time Processes）的調度策略（SCHED_FIFO, SCHED_RR）及其與普通進程的隔離機製。 2.3 上下文切換的代價 精確分析上下文切換（Context Switch）的開銷。這不僅包括寄存器狀態的保存和恢復，還包括TLB（Translation Lookaside Buffer）的刷新以及對緩存係統的影響。討論如何通過技術手段（如Per-CPU變量、延遲TLB失效）來最小化這種性能損耗。 --- 第三部分：內存的藝術——虛擬內存管理 本部分聚焦於操作係統如何提供一個比物理內存更豐富、更抽象的地址空間，並高效地管理物理頁框。 3.1 虛擬地址空間布局與分頁機製 詳細闡述虛擬地址空間（VAS）的結構，包括內核空間與用戶空間的劃分。深入講解分頁機製：頁錶（Page Table）的多級結構、頁目錄項（PTE）的格式，以及地址轉換的硬件支持。分析TLB在加速地址翻譯中的作用及其失效處理機製。 3.2 物理內存的組織與分配 探討物理內存管理單元（PMM）。重點解析夥伴係統（Buddy System）算法如何用於管理和分配連續的頁框。介紹內存區（Zone）的概念，以及為什麼需要根據硬件特性（如DMA能力）來劃分不同的內存區域。 3.3 緩存替換與內存迴收 分析當物理內存不足時，內核如何進行頁替換。詳述LRU（Least Recently Used）變種算法在內核中的實現（如Active/Inactive Lists），以及Slab/SLUB分配器如何用於管理內核數據結構的緩存，避免頻繁分配和釋放小對象導緻的內存碎片化問題。 3.4 進程間內存共享與映射 講解`mmap()`係統調用的底層實現。分析如何通過共享映射實現進程間通信（IPC）和庫文件的加載。討論寫時復製（Copy-on-Write, COW）技術在`fork()`中的應用，及其對係統效率的巨大貢獻。 --- 第四部分：並發、同步與I/O基礎 本部分探討瞭內核如何協調多個並發執行流對共享資源的訪問，並處理外部世界的數據輸入輸齣。 4.1 並發控製原語 係統地介紹同步機製：自鏇鎖（Spinlocks）的應用場景（短時間臨界區、中斷禁用上下文）與信號量（Semaphores）的機製。深入探討互斥鎖（Mutexes）和讀寫信號量（RW Semaphores）的細微差彆和適用範圍。分析並發編程中常見的死鎖、飢餓問題及內核的預防措施。 4.2 原子操作與內存屏障 解釋原子操作（Atomic Operations）如何在無鎖（Lock-Free）編程中發揮作用。詳細剖析內存屏障（Memory Barriers）的必要性，特彆是為瞭對抗編譯器的亂序優化和CPU的寫緩衝，確保多核環境下的數據可見性。 4.3 塊設備I/O棧與通用塊層 重點分析I/O子係統的結構。從用戶空間的`read()/write()`請求發齣開始，追蹤數據包如何在文件係統層、通用塊層（Block Layer）和特定設備驅動層之間傳遞。闡述I/O調度器（如Deadline, CFQ, NOOP）的工作原理，以及它們如何優化磁盤訪問的尋道時間。 --- 第五部分：係統服務與內核擴展 本部分關注內核如何提供服務接口以及係統如何進行動態擴展和維護。 5.1 進程間通信（IPC）機製 全麵迴顧內核提供的傳統與現代IPC機製。詳細分析管道（Pipes）、消息隊列（Message Queues）、共享內存（Shared Memory）的內核實現細節。重點介紹System V IPC與POSIX IPC的差異，以及信號（Signals）在跨進程通知中的應用。 5.2 虛擬文件係統（VFS）層 剖析VFS層作為抽象接口的重要性。講解VFS如何通過超級塊（superblock）、索引節點（inode）、目錄項（dentry）等核心結構，將上層文件操作請求（如打開、讀取）與底層具體的文件係統（如Ext4, XFS）解耦。 5.3 內核模塊的生命周期 討論加載（insmod）和卸載（rmmod）內核模塊的過程。分析模塊初始化函數（`module_init`）與清理函數（`module_exit`）的執行環境。探討符號導齣、版本依賴性檢查以及如何安全地在運行時擴展或修改內核功能。 --- 通過對上述模塊的係統化、深入性的剖析，本書旨在提供一種超越“如何使用”的深度理解，使讀者能夠構建對現代操作係統內核工作原理的深刻洞察力，為係統優化、性能調試和復雜故障排除打下堅實的基礎。

作者簡介

Chris Simmonds

　　Chris Simmonds齣身於英格蘭南部，身為一名軟體諮商與指導者，他從1990年代末期開始，就持續將Linux使用在嵌入式係統當中。這時他正投身於多項會令人大開眼界的專案，包括3D相機、智慧型體重計、各種機上盒與傢用路由器，甚至還有一項專案是巨型的步行機器人。

　　他也是各種開源軟體與嵌入式大會中的常客，其中包括Embedded Linux Conference、Embedded World，還有Android Builder's Summit。從2002年開始，他便持續主辦嵌入式Linux的課程與工作坊，而從2010年開始，更跨足到嵌入式Android的領域。他已為許多知名公司開辦過上百場的講座。你也可以到www.2net.co.uk上麵的「Inner Penguin」部落格當中，瞭解他的工作內容。
 

Chapter 01：一切由此開始
1.1 選擇正確的作業係統
1.2 源頭
1.3 專案的生命週期
1.4 開放原始碼
1.5 嵌入式Linux的硬體
1.6 本書會用到的硬體
1.7 本書會用到的軟體
1.8 小結

Chapter 02：工具鏈
2.1 什麼是工具鏈？
2.2 工具鏈的類型─原生或是跨平颱
2.3 選擇C 語言的函式庫
2.4 尋找工具鏈
2.5 剖析工具鏈
2.6 工具鏈裏的其他工具
2.7 深入C語言函式庫元件
2.8 連結函式庫：靜態和動態的連結
2.9 跨平颱編譯的技巧
2.10 跨平颱編譯時的問題
2.11 小結

Chapter 03：啓動載入器
3.1 啓動載入器是做什麼的？
3.2 啓動程序
3.3 以UEFI韌體啓動
3.4 從啓動載入器到內核
3.5 硬體結構樹
3.6 選擇啓動載入器
3.7 U-Boot
3.8 Barebox
3.9 小結

Chapter 04：移植與配置內核
4.1 內核是做什麼的？
4.2 選擇內核
4.3 組建內核
4.4 編譯
4.5 清理內核原始碼
4.6 啓動內核
4.7 把Linux移植到新的機闆上
4.8 延伸閱讀
4.9 小結

Chapter 05：建立根目錄檔案係統
5.1 根目錄檔案係統中都有些什麼？
5.2 根目錄檔案係統中的程式
5.3 根目錄檔案係統中的函式庫
5.4 裝置節點
5.5 proc 與sysfs 檔案係統
5.6 內核模組
5.7 把根目錄檔案係統佈署到目標環境上
5.8 建立啓動用模擬磁碟
5.9 init程式
5.10 配置使用者帳號
5.11 啓用常駐服務
5.12 管理裝置節點的好辦法
5.13 配置網路
5.14 以裝置錶建立檔案係統映像檔
5.15 用NFS掛載根目錄檔案係統
5.16 用TFTP來載入內核
5.17 延伸閱讀
5.18 小結

Chapter 06：選擇組建係統
6.1 彆再手工打造嵌入式Linux6
6.2 組建係統
6.3 套件類型與套件管理工具
6.4 Buildroot
6.5 Yocto Project
6.6 延伸閱讀
6.7 小結

Chapter 07：建立儲存空間的方式
7.1 儲存空間的選擇
7.2 從啓動載入器存取快閃記憶體
7.3 從Linux 存取快閃記憶體
7.4 用於快閃記憶體的檔案係統
7.5 適用NOR 與NAND 的檔案係統
7.6 適用管理型快閃記憶體的檔案係統
7.7 唯讀的壓縮檔案係統
7.8 暫存檔案係統
7.9 將根目錄檔案係統設為唯讀
7.10 選擇檔案係統
7.11 上綫後的更新
7.12 延伸閱讀
7.13 小結

Chapter 08：裝置驅動程式
8.1 裝置驅動程式扮演的角色
8.2 字元裝置
8.3 區塊裝置
8.4 網路裝置
8.5 在執行期獲取驅動資訊
8.6 找到適用的裝置驅動程式
8.7 用戶空間中的裝置驅動程式
8.8 開發內核裝置驅動程式
8.9 載入內核模組
8.10 探索硬體配置
8.11 延伸閱讀
8.12 小結

Chapter 09：動起來吧！init程式
9.1 在內核啓動之後
9.2 init程式
9.3 BusyBox的init
9.4 System V的init
9.5 systemd
9.6 延伸閱讀
9.7 小結

Chapter 10：程序與執行緒
10.1 要用程序還是執行緒？
10.2 程序
10.3 執行緒
10.4 排程管理
10.5 延伸閱讀
10.6 小結

Chapter 11：記憶體管理
11.1 虛擬記憶體的二三事
11.2 記憶體在內核空間的情形
11.3 記憶體在用戶空間的情形
11.4 程序對記憶體的對映
11.5 置換空間
11.6 用mmap來做記憶體對映
11.7 應用程式用瞭多少記憶體？
11.8 個彆程序的記憶體使用情形
11.9 偵測記憶體洩漏
11.10 記憶體不足
11.11 延伸閱讀
11.12 小結

Chapter 12：以GDB除錯
12.1 GNU的除錯器
12.2 除錯的準備
12.3 用GDB對應用程式除錯
12.4 用gdbserver進行遠端除錯
12.5 開始除錯
12.6 對共享函式庫除錯
12.7 即時除錯
12.8 對分支與執行緒除錯
12.9 記憶檔
12.10 GDB的使用者介麵
12.11 對內核程式碼除錯
12.12 延伸閱讀
12.13 小結

Chapter 13：剖析與追蹤
13.1 觀測者效應
13.2 開始剖析
13.3 用top進行剖析
13.4 介紹perf剖析工具
13.5 其他剖析工具：OProfile與gprof
13.6 追蹤事件
13.7 介紹Ftrace追蹤工具
13.8 使用LTTng
13.9 用Valgrind對應用程式進行剖析
13.10 Callgrind
13.11 Helgrind
13.12 用strace顯示係統呼叫
13.13 小結

Chapter 14：即時係統開發
14.1 什麼是即時性？
14.2 導緻不確定的因素
14.3 排程延遲
14.4 對內核插隊
14.5 即時係統版本的Linux內核（PREEMPT_RT）
14.6 以執行緒處理中斷訊號
14.7 允許插隊的內核資源鎖
14.8 獲取PREEMPT_RT修補程式
14.9 高精確度的計時器
14.10 避免即時應用程式發生分頁錯誤
14.11 摒除中斷
14.12 量測排程延遲
14.13 延伸閱讀
14.14 小結

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身打造的！一直對嵌入式Linux開發充滿好奇，但總覺得入門門檻很高，資料也零散，學習起來磕磕絆絆。直到遇到瞭《精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版)》，纔真正打開瞭新世界的大門。 從零開始，循序漸進的講解方式是我最看重的。作者沒有上來就拋齣晦澀難懂的概念，而是從最基礎的Linux命令行操作講起，一步一步引導讀者熟悉環境。無論是交叉編譯器的安裝配置，還是uboot的燒寫過程，書中都提供瞭清晰的步驟和詳盡的解釋，即使是我這樣的新手，也能跟著操作完成。尤其讓我印象深刻的是，書中對Linux內核的講解，並沒有止步於錶麵，而是深入剖析瞭內核的啓動流程、進程管理、內存管理等核心機製。讀完這部分，我對嵌入式Linux的底層原理有瞭更深刻的理解，不再是隻會調用的“拿來主義”者，而是開始真正理解“為什麼”這麼做。 而且，書中提供瞭大量的實例代碼，並且這些代碼都經過瞭實際驗證。我跟著書中提供的代碼，在開發闆上成功運行瞭TCP/IP網絡通信程序、文件係統操作程序，甚至還嘗試瞭簡單的設備驅動開發。這種“學以緻用”的學習方式，極大地增強瞭我的學習動力和信心。書中對調試技巧的介紹也十分到位，無論是GDB的使用，還是JTAG接口的配置，都講得非常實用，為我解決瞭不少開發中的難題。總而言之，這本書不僅僅是一本技術書籍，更像是一位經驗豐富的導師，耐心地引導我走上嵌入式Linux開發的道路。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對嵌入式係統有著濃厚興趣的在校學生，我一直在尋找一本能夠係統性地介紹嵌入式Linux編程的書籍。《精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版)》無疑是我近期最大的收獲。 這本書最大的優點在於它的體係化和全麵性。它從最基礎的Linux係統原理講起，然後逐步深入到內核、驅動、應用層開發等各個環節，構建瞭一個完整的知識體係。我之前閱讀的很多資料都比較碎片化，這本書則將這些知識點串聯起來，讓我對整個嵌入式Linux開發流程有瞭清晰的認識。 其中，關於Linux內核裁剪和定製的部分，讓我印象尤為深刻。書中詳細講解瞭如何根據實際需求選擇和配置內核模塊，如何優化內核性能，以及如何編寫自己的內核模塊。這對於我理解嵌入式係統的底層工作原理非常有幫助，也為我今後進行更深入的開發打下瞭堅實的基礎。 另外，書中對各種常用嵌入式Linux開發工具的介紹也十分詳盡，包括交叉編譯工具鏈、調試器、內存分析工具等等。通過學習這些工具的使用，我能夠更高效地進行開發和調試，大大提高瞭我的學習效率。 最後，書中提供的案例都非常貼近實際應用，例如物聯網設備開發、嵌入式GUI應用開發等。通過模仿和實踐這些案例，我不僅能夠鞏固書本上的知識，還能夠鍛煉自己的動手能力，為將來進入嵌入式開發領域做好準備。

评分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，可以說是給廣大嵌入式Linux開發者帶來瞭一場及時雨。作為一個在行業內摸爬滾打多年的老兵，我深知要跟上技術發展的步伐，持續學習和更新知識是多麼重要。而《精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版)》恰恰滿足瞭這種需求。 我特彆欣賞書中對最新技術和發展趨勢的關注。比如，書中對容器技術在嵌入式領域的應用進行瞭深入探討，包括Docker和Kubernetes在嵌入式係統中的部署和管理。這對於構建更加靈活、可擴展的嵌入式係統具有重要的指導意義。此外，書中還詳細介紹瞭Yocto Project的構建流程和使用方法，這對於創建定製化的嵌入式Linux發行版提供瞭強大的支持。要知道，掌握Yocto Project對於任何一個希望深入嵌入式Linux開發的工程師來說，都是一項必備的技能。 讓我驚喜的是，書中並沒有迴避一些在實際開發中遇到的棘手問題。例如，關於嵌入式係統安全性的討論，就非常貼閤當前日益增長的安全需求。書中不僅分析瞭常見的安全漏洞，還提供瞭有效的防護策略和實現方法。此外，對嵌入式係統性能優化的講解也十分到位，涵蓋瞭從硬件選型到軟件調優的各個方麵。讀完這些章節，我不僅鞏固瞭已有的知識，還學到瞭不少新穎的思路和實用的技巧。總的來說，這本書的內容廣度與深度兼備，無論是初學者還是有經驗的開發者，都能從中獲益良多。

评分☆☆☆☆☆

對於很多想要進入嵌入式Linux領域的朋友來說，《精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版)》絕對是一本值得推薦的入門與進階書籍。它的講解方式非常易於理解，即使是初學者也能快速上手。 這本書的語言風格非常平實，沒有過多的技術術語堆砌，而是用清晰易懂的語言來解釋復雜的概念。我尤其喜歡書中通過大量的圖示和流程圖來輔助講解，這使得原本枯燥的技術內容變得生動有趣，也更容易被我所消化吸收。 書中對於嵌入式Linux係統架構的講解也非常到位。它係統地介紹瞭嵌入式Linux係統的組成部分，包括 bootloader、kernel、filesystem、application 等，並且詳細講解瞭它們之間的相互關係和工作原理。這幫助我建立瞭一個宏觀的認識，對整個嵌入式Linux係統的運作機製有瞭更清晰的理解。 此外，書中對嵌入式Linux應用程序開發的講解也非常實用。它涵蓋瞭多綫程編程、IPC通信、網絡編程等常用的開發技術，並且提供瞭大量的代碼示例，方便讀者對照學習。我跟著書中的例子，成功開發瞭一些簡單的應用程序，這極大地增強瞭我學習的信心。 總的來說，這本書內容詳實，講解清晰，非常適閤想要係統學習嵌入式Linux編程的讀者。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位循循善誘的老師，陪伴我一起探索嵌入式Linux的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

一本優秀的技術書籍，不應該隻是一味地羅列知識點，更應該能夠引發讀者的思考，激發他們的探索欲。《精通嵌入式Linux程式設計(暢銷迴饋版)》在這方麵做得非常齣色。 這本書在講解技術的同時，非常注重與實際項目的結閤。書中提供的案例，很多都是基於當前熱門的嵌入式應用場景，例如智能傢居、工業自動化、車載係統等。這些案例不僅具有很高的參考價值，也能夠幫助讀者更好地理解書中的技術概念如何在實際項目中落地。 讓我眼前一亮的是，書中對嵌入式Linux係統優化和性能調優的探討。它不僅僅是簡單地列齣一些優化方法，而是深入分析瞭不同優化手段的原理和適用場景，以及它們可能帶來的影響。這對於我這種追求極緻性能的開發者來說，無疑是寶貴的財富。 更難能可貴的是，書中還觸及瞭一些前沿的技術話題，例如嵌入式AI、邊緣計算等。雖然篇幅不長，但足以給讀者打開新的視野，引導他們去思考未來的技術發展方嚮。這種前瞻性的內容，讓這本書的價值遠遠超越瞭單純的技術教程。 總而言之，這本書不僅提供瞭紮實的嵌入式Linux編程知識，更重要的是，它培養瞭讀者的獨立思考能力和解決問題的能力。它鼓勵讀者不僅僅是“學習”，更是“創造”。這本書是我在嵌入式Linux開發道路上遇到的一個裏程碑。