LINUX内核设计与实现(原书第3版·典藏版) [美]罗伯特·洛夫(Robert Love) 著 专业科技 文轩网

目    录<br /><br />译者序<br />序  言<br />前  言<br />第3版致谢<br />作者简介<br /><br />第1章  Linux内核简介1<br />1.1  UNIX的历史1<br />1.2  追寻Linus足迹：Linux简介2<br />1.3  操作系统和内核简介3<br />1.4  Linux内核和传统UNIX内核的<br />比较5<br />1.5  Linux内核版本7<br />1.6  Linux内核开发者社区8<br />1.7  小结8<br />第2章  从内核出发10<br />2.1  获取内核源码10<br />2.1.1  使用Git10<br />2.1.2  安装内核源代码10<br />2.1.3  使用补丁11<br />2.2  内核源码树11<br />2.3  编译内核12<br />2.3.1  配置内核12<br />2.3.2  减少编译的垃圾信息14<br />2.3.3  衍生多个编译作业 14<br />2.3.4  安装新内核14<br />2.4  内核开发的特点15<br />2.4.1  无libc库抑或无标准头文件15<br />2.4.2  GNU C16<br />2.4.3  没有内存保护机制18<br />2.4.4  不要轻易在内核中使用浮点数18<br />2.4.5  容积小而固定的栈18<br />2.4.6  同步和并发18<br />2.4.7  可移植性的重要性19<br />2.5  小结19<br />第3章  进程管理20<br />3.1  进程20<br />3.2  进程描述符及任务结构 21<br />3.2.1  分配进程描述符22<br />3.2.2  进程描述符的存放23<br />3.2.3  进程状态23<br />3.2.4  设置当前进程状态25<br />3.2.5  进程上下文25<br />3.2.6  进程家族树25<br />3.3  进程创建26<br />3.3.1  写时拷贝27<br />3.3.2  fork()27<br />3.3.3  vfork()28<br />3.4  线程在Linux中的实现28<br />3.4.1  创建线程29<br />3.4.2  内核线程30<br />3.5  进程终结31<br />3.5.1  删除进程描述符32<br />3.5.2  孤儿进程造成的进退维谷32<br />3.6  小结34<br />第4章  进程调度35<br />4.1  多任务35<br />4.2  Linux 的进程调度36<br />4.3  策略36<br />4.3.1  I/O消耗型和处理器消耗型的<br />进程36<br />4.3.2  进程优先级37<br />4.3.3  时间片38<br />4.3.4  调度策略的活动38<br />4.4  Linux调度算法39<br />4.4.1  调度器类39<br />4.4.2  UNIX 系统中的进程调度40<br />4.4.3  公平调度41<br />4.5  Linux调度的实现42<br />4.5.1  时间记账42<br />4.5.2  进程选择44<br />4.5.3  调度器入口48<br />4.5.4  睡眠和唤醒49<br />4.6  抢占和上下文切换51<br />4.6.1  用户抢占53<br />4.6.2  内核抢占53<br />4.7  实时调度策略54<br />4.8  与调度相关的系统调用54<br />4.8.1  与调度策略和优先级相关的<br />系统调用55<br />4.8.2  与处理器绑定有关的系统调用55<br />4.8.3  放弃处理器时间56<br />4.9  小结56<br />第5章  系统调用57<br />5.1  与内核通信57<br />5.2  API、POSIX和C库57<br />5.3  系统调用58<br />5.3.1  系统调用号59<br />5.3.2  系统调用的性能59<br />5.4  系统调用处理程序60<br />5.4.1  指定恰当的系统调用60<br />5.4.2  参数传递60<br />5.5  系统调用的实现61<br />5.5.1  实现系统调用61<br />5.5.2  参数验证62<br />5.6  系统调用上下文64<br />5.6.1  绑定一个系统调用的最后步骤65<br />5.6.2  从用户空间访问系统调用67<br />5.6.3  为什么不通过系统调用的<br />方式实现68<br />5.7  小结68<br />第6章  内核数据结构69<br />6.1  链表69<br />6.1.1  单向链表和双向链表69<br />6.1.2  环形链表70<br />6.1.3  沿链表移动71<br />6.1.4  Linux 内核中的实现71<br />6.1.5  操作链表73<br />6.1.6  遍历链表75<br />6.2  队列78<br />6.2.1  kfifo79<br />6.2.2  创建队列79<br />6.2.3  推入队列数据79<br />6.2.4  摘取队列数据80<br />6.2.5  获取队列长度80<br />6.2.6  重置和撤销队列80<br />6.2.7  队列使用举例 81<br />6.3  映射 81<br />6.3.1  初始化一个idr82<br />6.3.2  分配一个新的UID82<br />6.3.3  查找UID83<br />6.3.4  删除UID84<br />6.3.5  撤销idr84<br />6.4  二叉树84<br />6.4.1  二叉搜索树84<br />6.4.2  自平衡二叉搜索树 85<br />6.5  数据结构以及选择 87<br />6.6  算法复杂度88<br />6.6.1  算法88<br />6.6.2  大o 符号88<br />6.6.3  大θ符号89<br />6.6.4  时间复杂度89<br />6.7  小结 90<br />第7章  中断和中断处理91<br />7.1  中断91<br />7.2  中断处理程序92<br />7.3  上半部与下半部的对比93<br />7.4  注册中断处理程序93<br />7.4.1  中断处理程序标志94<br />7.4.2  一个中断例子95<br />7.4.3  释放中断处理程序95<br />7.5  编写中断处理程序96<br />7.5.1  共享的中断处理程序97<br />7.5.2  中断处理程序实例97<br />7.6  中断上下文99<br />7.7  中断处理机制的实现100<br />7.8  /proc/interrupts102<br />7.9  中断控制103<br />7.9.1  禁止和激活中断103<br />7.9.2  禁止指定中断线105<br />7.9.3  中断系统的状态105<br />7.10  小结106<br />第8章  下半部和推后执行的<br />工作107<br />8.1  下半部107<br />8.1.1  为什么要用下半部108<br />8.1.2  下半部的环境108<br />8.2  软中断110<br />8.2.1  软中断的实现111<br />8.2.2  使用软中断113<br />8.3  tasklet114<br />8.3.1  tasklet的实现114<br />8.3.2  使用tasklet116<br />8.3.3  老的BH机制119<br />8.4  工作队列120<br />8.4.1  工作队列的实现121<br />8.4.2  使用工作队列124<br />8.4.3  老的任务队列机制126<br />8.5  下半部机制的选择127<br />8.6  在下半部之间加锁128<br />8.7  禁止下半部128<br />8.8  小结129<br />第9章  内核同步介绍131<br />9.1  临界区和竞争条件131<br />9.1.1  为什么我们需要保护132<br />9.1.2  单个变量133<br />9.2  加锁134<br />9.2.1  造成并发执行的原因135<br />9.2.2  了解要保护些什么136<br />9.3  死锁137<br />9.4  争用和扩展性138<br />9.5  小结140<br />第10章  内核同步方法141<br />10.1  原子操作141<br />10.1.1  原子整数操作142<br />10.1.2  64位原子操作144<br />10.1.3  原子位操作145<br />10.2  自旋锁147<br />10.2.1  自旋锁方法148<br />10.2.2  其他针对自旋锁的操作149<br />10.2.3  自旋锁和下半部150<br />10.3  读-写自旋锁150<br />10.4  信号量152<br />10.4.1  计数信号量和二值信号量153<br />10.4.2  创建和初始化信号量154<br />10.4.3  使用信号量154<br />10.5  读-写信号量155<br />10.6  互斥体156<br />10.6.1  信号量和互斥体158<br />10.6.2  自旋锁和互斥体158<br />10.7  完成变量158<br />10.8  BLK：大内核锁159<br />10.9  顺序锁160<br />10.10  禁止抢占161<br />10.11  顺序和屏障162<br />10.12  小结165<br />第11章  定时器和时间管理166<br />11.1  内核中的时间概念166<br />11.2  节拍率：Hz167<br />11.2.1  理想的Hz值168<br />11.2.2  高Hz的优势169<br />11.2.3  高Hz的劣势169<br />11.3  jiffies170<br />11.3.1  jiffies的内部表示171<br />11.3.2  jiffies 的回绕172<br />11.3.3  用户空间和Hz173<br />11.4  硬时钟和定时器174<br />11.4.1  实时时钟174<br />11.4.2  系统定时器174<br />11.5  时钟中断处理程序174<br />11.6  实际时间176<br />11.7  定时器178<br />11.7.1  使用定时器178<br />11.7.2  定时器竞争条件180<br />11.7.3  实现定时器180<br />11.8  延迟执行181<br />11.8.1  忙等待181<br />11.8.2  短延迟182<br />11.8.3  schedule_timeout()183<br />11.9  小结185<br />第12章  内存管理186<br />12.1  页186<br />12.2  区187<br />12.3  获得页189<br />12.3.1  获得填充为0的页190<br />12.3.2  释放页191<br />12.4  kmalloc()191<br />12.4.1  gfp_mask标志192<br />12.4.2  kfree()195<br />12.5  vmalloc()196<br />12.6  slab层197<br />12.6.1  slab层的设计198<br />12.6.2  slab分配器的接口200<br />12.7  在栈上的静态分配203<br />12.7.1  单页内核栈203<br />12.7.2  在栈上光明正大地工作203<br />12.8  高端内存的映射204<br />12.8.1  较为映射204<br />12.8.2  临时映射204<br />12.9  每个CPU的分配205<br />12.10  新的每个CPU接口206<br />12.10.1  编译时的每个CPU数据206<br />12.10.2  运行时的每个CPU数据207<br />12.11  使用每个CPU数据的原因208<br />12.12  分配函数的选择209<br />12.13  小结209<br />第13章  虚拟文件系统210<br />13.1  通用文件系统接口210<br />13.2  文件系统抽象层211<br />13.3  UNIX文件系统212<br />13.4  VFS 对象及其数据结构213<br />13.5  超级块对象214<br />13.6  超级块操作215<br />13.7  索引节点对象217<br />13.8  索引节点操作219<br />13.9  目录项对象222<br />13.9.1  目录项状态222<br />13.9.2  目录项缓存223<br />13.10  目录项操作224<br />13.11  文件对象225<br />13.12  文件操作226<br />13.13  和文件系统相关的数据结构230<br />13.14  和进程相关的数据结构232<br />13.15  小结233<br />第14章  块I/O层234<br />14.1  剖析一个块设备234<br />14.2  缓冲区和缓冲区头235<br />14.3  bio结构体237<br />14.3.1  I/O向量238<br />14.3.2  新老方法对比239<br />14.4  请求队列240<br />14.5  I/O调度程序240<br />14.5.1  I/O调度程序的工作241<br />14.5.2  Linus 电梯241<br />14.5.3  最终期限I/O调度程序242<br />14.5.4  预测I/O调度程序244<br />14.5.5  接近公正的排队I/O调度<br />程序244<br />14.5.6  空操作的I/O调度程序245<br />14.5.7  I/O调度程序的选择245<br />14.6  小结246<br />第15章  进程地址空间247<br />15.1  地址空间247<br />15.2  内存描述符248<br />15.2.1  分配内存描述符249<br />15.2.2  撤销内存描述符250<br />15.2.3  mm_struct 与内核线程250<br />15.3  虚拟内存区域251<br />15.3.1  VMA标志251<br />15.3.2  VMA 操作253<br />15.3.3  内存区域的树型结构和内存<br />区域的链表结构254<br />15.3.4  实际使用中的内存区域254<br />15.4  操作内存区域255<br />15.4.1  find_vma()256<br />15.4.2  find_vma_prev()257<br />15.4.3  find_vma_intersection()257<br />15.5  mmap()和do_mmap()：创建地址<br />区间258<br />15.6  munmap()和do_munmap()：删除<br />地址区间259<br />15.7  页表260<br />15.8  小结261<br />第16章  页高速缓存和页回写262<br />16.1  缓存手段262<br />16.1.1  写缓存262<br />16.1.2  缓存回收263<br />16.2  Linux 页高速缓存264<br />16.2.1  address_space对象264<br />16.2.2  address_space 操作266<br />16.2.3  基树267<br />16.2.4  以前的页散列表268<br />16.3  缓冲区高速缓存268<br />16.4  flusher线程268<br />16.4.1  膝上型计算机模式270<br />16.4.2  历史上的bdflush、kupdated 和<br />pdflush270<br />16.4.3  避免拥塞的方法：使用多线程271<br />16.5  小结271<br />第17章  设备与模块273<br />17.1  设备类型273<br />17.2  模块274<br />17.2.1  Hello，World274<br />17.2.2  构建模块275<br />17.2.3  安装模块277<br />17.2.4  产生模块依赖性277<br />17.2.5  载入模块278<br />17.2.6  管理配置选项279<br />17.2.7  模块参数280<br />17.2.8  导出符号表282<br />17.3  设备模型283<br />17.3.1  kobject283<br />17.3.2  ktype284<br />17.3.3  kset285<br />17.3.4  kobject、ktype和kset的<br />相互关系285<br />17.3.5  管理和操作kobject286<br />17.3.6  引用计数287<br />17.4  sysfs288<br />17.4.1  sysfs中添加和删除<br />kobject290<br />17.4.2  向sysfs中添加文件291<br />17.4.3  内核事件层293<br />17.5  小结294<br />第18章  调试295<br />18.1  准备开始295<br />18.2  内核中的bug296<br />18.3  通过打印来调试296<br />18.3.1  健壮性296<br />18.3.2  日志等级297<br />18.3.3  记录缓冲区298<br />18.3.4  syslogd和klogd298<br />18.3.5  从printf()到printk()的转换298<br />18.4  oops298<br />18.4.1  ksymoops300<br />18.4.2  kallsyms300<br />18.5  内核调试配置选项301<br />18.6  引发bug并打印信息301<br />18.7  神奇的系统请求键302<br />18.8  内核调试器的传奇303<br />18.8.1  gdb303<br />18.8.2  kgdb304<br />18.9  探测系统304<br />18.9.1  用UID作为选择条件304<br />18.9.2  使用条件变量305<br />18.9.3  使用统计量305<br />18.9.4  重复频率305<br />18.10  用二分查找法找出引发罪恶的<br />变更306<br />18.11  使用Git进行二分搜索307<br />18.12  当所有的努力都失败时：社区308<br />18.13  小结308<br />第19章  可移植性309<br />19.1  可移植操作系统309<br />19.2  Linux移植史310<br />19.3  字长和数据类型311<br />19.3.1  不透明类型313<br />19.3.2  指定数据类型314<br />19.3.3  长度明确的数据类型314<br />19.3.4  char型的符号问题315<br />19.4  数据对齐315<br />19.4.1  避免对齐引发的问题316<br />19.4.2  非标准类型的对齐316<br />19.4.3  结构体填补316<br />19.5  字节顺序318<br />19.6  时间319<br />19.7  页长度320<br />19.8  处理器排序320<br />19.9  SMP、内核抢占、高端<br />内存321<br />19.10  小结321<br />第20章  补丁、开发和社区322<br />20.1  社区322<br />20.2  Linux编码风格322<br />20.2.1  缩进323<br />20.2.2  switch 语句323<br />20.2.3  空格324<br />20.2.4  花括号325<br />20.2.5  每行代码的长度326<br />20.2.6  命名规范326<br />20.2.7  函数326<br />20.2.8  注释326<br />20.2.9  typedef327<br />20.2.10  多用现成的东西328<br />20.2.11  在源码中减少使用ifdef328<br />20.2.12  结构初始化328<br />20.2.13  代码的事后修正329<br />20.3  管理系统329<br />20.4  提交错误报告329<br />20.5  补丁330<br />20.5.1  创建补丁330<br />20.5.2  用Git创建补丁331<br />20.5.3  提交补丁331<br />20.6  小结332<br />