Linux内核设计与实现

第1章 Linux内核简介

1. 1 Linux简介

1. 2 操作系统和内核简介

1. 3 Linux内核和传统Unix内核的比较

1. 4 Linux内核版本

1. 5 Linux内核开发者社区

1. 6 内核开发的特点

1. 6. 1 没有libc库

1. 6. 2 GNU C

1. 6. 3 没有内存保护机制

1. 6. 4 不要轻易在内核中使用浮点数

1. 6. 5 容积小而固定的栈

1. 6. 6 同步和并发

1. 6. 7 可移植性的重要性

1. 7 编译内核

1. 8 小结

第2章 进程管理

2. 1 进程描述符及任务队列

2. 1. 1 分配进程描述符

2. 1. 2 进程描述符的存放

2. 1. 3 进程状态

2. 1. 4 设置当前进程状态

2. 1. 5 进程上下文

2. 2 进程创建

2. 2. 1 写时拷贝

2. 2. 2 fork()

2. 2. 3 vfork()

2. 3 线程在Linux中的实现

2. 4 进程终结

2. 4. 1 删除进程描述符

2. 4. 2 孤儿进程造成的进退维谷

第3章 调度

3. 1 策略

3. 1. 1 I／O消耗型和处理器消耗型的进程

3. 1. 2 进程优先级

3. 1. 3 时间片

3. 1. 4 进程抢占

3. 1. 5 调度策略的活动

3. 2 调度算法

3. 2. 1 可执行队列

3. 2. 2 优先级数组

3. 2. 3 重新计算时间片

3. 2. 4 计算优先级和时间片

3. 2. 5 睡眠和唤醒

3. 2. 6 负载平衡程序

3. 3 抢占和上下文切换

3. 3. 1 用户抢占

3. 3. 2 内核抢占

3. 4 实时

3. 5 与调度相关的系统调用

3. 5. 1 与调度策略和优先级相关的系统调用

3. 5. 2 与处理器绑定有关的系统调用

3. 5. 3 放弃处理器时间

第4章 系统调用

4. 1 API. POSIX和C库

4. 2 系统调用

4. 2. 1 系统调用号

4. 2. 2 系统调用的性能

4. 3 系统调用处理程序

4. 3. 1 指定恰当的系统调用

4. 3. 2 参数传递

4. 4 系统调用的实现

4. 5 系统调用上下文

4. 5. 1 绑定一个系统调用的最后步骤

4. 5. 2 从用户空间访问系统调用

4. 5. 3 为什么不通过系统调用的方式实现

第5章 中断和中断处理程序

5. 1 中断

5. 2 中断处理程序

5. 3 注册中断处理程序

5. 4 编写中断处理程序

5. 4. 1 共享的中断处理程序

5. 4. 2 中断处理程序实例

5. 4. 3 中断上下文

5. 5 中断处理机制的实现

5. 6 中断控制

5. 6. 1 禁止和激活中断

5. 6. 2 禁止指定中断线

5. 6. 3 中断系统的状态

第6章 下半部和推后执行的工作

6. 1 下半部

6. 1. 1 为什么要用下半部

6. 1. 2 下半部的环境

6. 2 软中断

6. 2. 1 软中断的实现

6. 2. 2 使用软中断

6. 3 Tasklets

6. 3. 1 Tasklets的实现

6. 3. 2 使用Tasklets

6. 3. 3 ksoftirqd

6. 3. 4 老的BH机制

6. 4 工作队列

6. 4. 1 工作队列的实现

6. 4. 2 使用工作队列

6. 4. 3 老的任务队列机制

6. 5 下半部机制的选择

6. 6 在下半部之间加锁

第7章 内核同步介绍

7. 1 临界区和竞争条件

7. 2 加锁

7. 2. 1 到底是什么造成了并发执行

7. 2. 2 需要保护什么

7. 3 死锁

7. 4 争用和扩展性

7. 5 小结

第8章 内核同步方法

8. 1 原子操作

8. 1. 1 原子整数操作

8. 1. 2 原子位操作

8. 2 自旋锁

8. 2. 1 其他针对自旋锁的操作

8. 2. 2 自旋锁和下半部

8. 3 读-写自旋锁

8. 4 信号量

8. 4. 1 创建和初始化信号量

8. 4. 2 使用信号量

8. 5 读-写信号量

8. 6 完成变量

8. 7 BKL

8. 8 Seq锁

8. 9 禁止抢占

8. 10 屏障

第9章 定时器和时间管理

9. 1 内核中的时间概念

9. 2 节拍率：Hz

9. 3 jiffes

9. 3. 1 jiffies的内部表示

9. 3. 2 jiffies的回绕

9. 3. 3 用户空间和Hz

9. 4 硬时钟和定时器

9. 4. 1 实时时钟

9. 4. 2 系统定时器

9. 5 时钟中断处理程序

9. 6 实际时间

9. 7 定时器

9. 7. 1 使用定时器

9. 7. 2 定时器竞争条件

9. 7. 3 实现定时器

9. 8 延迟执行

9. 8. 1 忙等待

9. 8. 2 短延迟

第10章 内存管理

10. 1 页

10. 2 区

10. 3 获得页

10. 3. 1 获得填充为0的页

10. 3. 2 释放页

10. 4 slab层

10. 5 slab分配器的接口

10. 6 在栈上的静态分配

10. 7 高端内存的映射

10. 7. 1 永久映射

10. 7. 2 临时映射

10. 8 分配函数的选择

第11章 虚拟文件系统

11. 1 通用文件系统接口

11. 2 文件系统抽象层

11. 3 Unix文件系统

11. 4 VFS对象及其数据结构

11. 5 超级块对象

11. 6 索引节点对象

11. 7 目录项对象

11. 7. 1 目录项状态

11. 7. 2 目录项缓存

11. 7. 3 目录项操作

11. 8 文件对象

11. 9 和文件系统相关的数据结构

11. 10 和进程相关的数据结构

11. 11 Linux中的文件系统

第12章 块I／O层

12. 1 解剖一个块设备

12. 2 缓冲区和缓冲区头

12. 3 bio结构体

12. 4 请求队列

12. 5 I／O调度程序

12. 5. 1 I／O调度程序的工作

12. 5. 2 Linus电梯

12. 5. 3 最终期限I／O调度程序

12. 5. 4 预测I／O调度程序

第13章 进程地址空间

13. 1 内存描述符

13. 1. 1 分配内存描述符

13. 1. 2 销毁内存描述符

13. 1. 3 mm_struct与内核线程

13. 2 内存区域

13. 2. 1 VMA标志

13. 2. 2 VM操作

13. 2. 3 内存区域的树型结构和内存区域的链表结构

13. 2. 4 实际使用中的内存区域

13. 3 操作内存区域

13. 3. 1 find_vma()

13. 3. 2 find_vma_prev()

13. 3. 3 find_vma_intersection()

13. 4 mmap()和do_mmap()：创建地址区间

13. 5 mummap()和do_mummap()：删除地址区间

13. 6 页表

第14章 页高速缓存和页回写

14. 1 页高速缓存

14. 2 基树

14. 3 缓冲区高速缓存

14. 4 pdflush后台例程

14. 4. 1 bdflush和kupdated

14. 4. 2 避免拥塞的方法：使用多线程

第15章 调试

15. 1 调度前需要准备什么

15. 2 内核中的bug

15. 2. 1 pintk()

15. 2. 2 记录等级

15. 2. 3 记录缓冲区

15. 2. 4 syslogd和klogd

15. 2. 5 printk()和内核开发时需要留意的一点

15. 3 oops

15. 3. 1 ksymoops

15. 3. 2 kallsyms

15. 4 内核调试配置选项

15. 5 引发bug并打印信息

15. 6 神奇的系统请求键

15. 7 内核调试器的传奇

15. 7. 1 gdb

15. 7. 2 kgdb

15. 7. 3 kdb

15. 8 刺探系统

15. 8. 1 用UID作为选择条件

15. 8. 2 使用条件变量

15. 8. 3 使用统计量

15. 8. 4 重复频率限制

15. 9 用二分查找法找出引发罪恶的变更

15. 10 当所有的努力都失败时：社区

第16章 可移植性

16. 1 Linux移植史

16. 2 字长和数据类型

16. 2. 1 不透明类型

16. 2. 2 指定数据类型

16. 2. 3 长度明确的类型

16. 2. 4 char型的符号问题

16. 3 数据对齐

16. 3. 1 避免对齐引发的问题

16. 3. 2 非标准类型的对齐

16. 3. 3 结构体填补

16. 4 字节顺序

16. 4. 1 高位优先和低位优先的历史

16. 4. 2 内核中的字节顺序

16. 5 时间

16. 6 页长度

16. 7 处理器排序

16. 8 SMP. 内核抢占. 高端内存

16. 9 小结

第17章 补丁. 开发和社区

17. 1 社区

17. 2 Linux编码风格

17. 2. 1 缩进

17. 2. 2 括号

17. 2. 3 命名规范

17. 2. 4 函数

17. 2. 5 注释

17. 2. 6 Typedefs

17. 2. 7 多用现成的东西

17. 2. 8 在源码中不要使用ifdef

17. 2. 9 结构初始化

17. 2. 10 代码的事后修正

17. 3 管理系统

17. 4 提交错误报告

17. 5 创建补丁

17. 6 提交补丁

附录A 链表

附录B 单CPU接口

附录C 内核随机数产生器

附录D 算法复杂度

参考资料