Linux操作系统内核分析

第一章　走进Linux

　1. 1　GNU与Linux的成长

　1. 2　Linux的开发模式和运作机制

　1. 3　走进Linux内核

　1. 3. 1　Linux内核的特征

　1. 3. 2　Linux内核版本的变化

　1. 4　分析Linux内核的意义

　1. 4. 1　开发适合自己的操作系统

　1. 4. 2　开发高水平软件

　1. 4. 3　有助于计算机科学的教学和科研

第二章　Linux操作系统结构

　2. 1　Linux的抽象结构

　2. 1. 1　概述

　2. 1. 2　Linux内核的作用

　2. 1. 3　Linux内核的抽象结构

　2. 1. 4　系统数据结构

　2. 2　Linux的具体结构

　2. 3　进程调度子系统

　2. 3. 1　子系统描述

　2. 3. 2　功能

　2. 3. 3　接口

　2. 3. 4　数据结构

　2. 3. 5　子系统结构

　2. 3. 6　子系统依赖关系

　2. 4　内存管理子系统

　2. 4. 1　子系统描述

　2. 4. 2　功能

　2. 4. 3　接口

　2. 4. 4　数据结构

　2. 4. 5　子系统结构

　2. 4. 6　子系统依赖关系

　2. 5　虚拟文件系统

　2. 5. 1　子系统描述

　2. 5. 2　功能

　2. 5. 3　接口

　2. 5. 4　数据结构

　2. 5. 5　子系统结构

　2. 5. 6　子系统依赖关系

　2. 6　进程间通信(IPC)

　2. 6. 1　子系统描述

　2. 6. 2　功能

　2. 6. 3　接口

　2. 6. 4　数据结构

　2. 6. 5　子系统结构

　2. 6. 6　子系统的依赖关系

　2. 7　网络接口

　2. 7. 1　Linux的网络层

　2. 7. 2　接口

　2. 7. 3　子系统描述

　2. 7. 4　数据结构

　2. 7. 5　子系统结构

　2. 7. 6　子系统依赖关系

　2. 8　Linux内核源代码

　2. 8. 1　多版本的内核源代码

　2. 8. 2　Linux内核源代码的结构

　2. 8. 3　从何处开始阅读源代码

　2. 9　常用术语的定义

第三章　进程调度

　3. 1　进程描述

　3. 1. 1　进程和程序(Process　and　Program)

　3. 1. 2　Linux中的进程概述

　3. 1. 3　task_struct结构描述

　3. 1. 4　task_struct数据结构

　3. 2　Linux时间系统

　3. 2. 1　时钟硬件及时钟运作机制

　3. 2. 2　千年危机(千年虫)简介

　3. 2. 3　Linux时间系统

　3. 2. 4　时钟中断

　3. 3　Linux的调度程序——Schedule()

　3. 3. 1　基本原理

　3. 3. 2　Linux进程调度时机

　3. 3. 3　进程调度的依据

　3. 3. 4　可运行队列(Runnable　Queue)

　3. 3. 5　进程调度(调度正文)的工作流程

　3. 3. 6　调度程序流程图

　3. 4　Linux内核机制

　3. 4. 1　内核机制的引入

　3. 4. 2　Linux内核机制

　3. 4. 3　任务队列(Task　Queue)

　3. 4. 4　定时器内核例程处理程序(timer　bottom　half　handler)

第四章　保护模式

　4. 1　虚拟存储器

　4. 1. 1　虚地址和虚地址空间

　4. 1. 2　段机制和分页机制

　4. 1. 3　保护

　4. 2　描述符

　4. 2. 1　段机制

　4. 2. 2　描述符的概念

　4. 2. 3　系统段描述符

　4. 2. 4　门描述符

　4. 3　描述符表和寻址方式

　4. 3. 1　描述符表

　4. 3. 2　选择器与描述符表

　4. 3. 3　描述符投影寄存器

　4. 4　分页机制

　4. 4. 1　状态和控制寄存器

　4. 4. 2　分页机构

　4. 4. 3　页面高速缓冲寄存

　4. 5　控制转移和任务切换

　4. 5. 1　控制转移

　4. 5. 2　调用门

　4. 5. 3　任务切换

　4. 6　小结

第五章　Linux启动系统

　5. 1　初始化流程

　5. 1. 1　系统加电或复位

　5. 1. 2　BIOS启动

　5. 1. 3　Boot　Loader

　5. 1. 4　操作系统的初始化

　5. 2　初始化的任务

　5. 2. 1　处理器对初始化的影响

　5. 2. 2　其他硬件设备对初始化的影响

　5. 3　Linux的Boot　Loader

　5. 3. 1　软盘的结构

　5. 3. 2　硬盘的结构

　5. 3. 3　Boot　Loader

　5. 3. 4　LILO

　5. 3. 5　LILO的运行分析

　5. 4　进入操作系统

　5. 4. 1　Setup. S

　5. 4. 2　Head. S

　5. 5　main. c中的初始化

　5. 6　建立init进程

　5. 6. 1　init进程的建立

　5. 6. 2　启动所需的Shell脚本文件

第六章　Linux内存管理

　6. 1　Linux的虚拟内存管理

　6. 1. 1　Linux虚拟内存的实现结构

　6. 1. 2　多任务及保护

　6. 1. 3　内核空间和用户空间

　6. 1. 4　Linux虚拟内存实现机制间的关系

　6. 2　地址映射机制

　6. 2. 1　地址映射的数据结构

　6. 2. 2　进程的虚拟内存

　6. 2. 3　内存映射

　6. 3　请页机制

　6. 3. 1　页故障的产生

　6. 3. 2　页错误的定位

　6. 3. 3　页错误处理程序

　6. 3. 4　几点说明

　6. 4　交换机制

　6. 4. 1　页交换的方法

　6. 4. 2　交换守护进程(kswapd)的分析

　6. 4. 3　交换空间的数据结构

　6. 4. 4　交换空间的应用

　6. 5　内存分配和回收机制

　6. 5. 1　分配策略

　6. 5. 2　系统级调用分配过程和释放过程

　6. 5. 3　用户级内存分配释放函数

　6. 6　缓存和刷新机制

　6. 6. 1　Linux使用的缓存

　6. 6. 2　缓冲区高速缓存

　6. 6. 3　翻译后援存储器(TBL)

　6. 6. 4　刷新机制

　6. 7　进程的创建和执行

　6. 7. 1　进程的创建

　6. 7. 2　程序执行

　6. 7. 3　执行函数

　6. 8　内存共享机制

　6. 9　内存初始化

　6. 9. 1. 内存初始化过程

　6. 9. 2　进入用户模式

第七章　进程间通信

　7. 1　管道

　7. 1. 1　Linux管道的实现机制

　7. 1. 2　管道的应用

　7. 1. 3　命名管道(FIFO)

　7. 2　System　V的IPC机制

　7. 2. 1　信号量

　7. 2. 2　消息队列

　7. 2. 3　共享内存

　7. 3　信号(signal)

　7. 3. 1　信号的引入

　7. 3. 2　信号掩码

　7. 3. 3　系统调用

　7. 3. 4　典型系统调用的实现

　7. 3. 5　进程与信号的关系

　7. 3. 6　信号举例

第八章　虚拟文件系统

　8. 1　概述

　8. 2　VFS中的重要数据结构

　8. 2. 1　VFS的超级块

　8. 2. 2　VFS的索引节点

　8. 2. 3　与进程联系的三个结构

　8. 2. 4　有关操作的数据结构

　8. 3　高速缓存

　8. 3. 1　块高速缓存

　8. 3. 2　索引节点高速缓存

　8. 3. 3　目录高速缓存

　8. 4　文件系统的注册. 安装与卸载

　8. 4. 1　文件系统的注册

　8. 4. 2　文件系统的安装

　8. 4. 3　文件系统的卸载

　8. 5　限额机制

　8. 6　文件系统的系统调用

　8. 6. 1　open系统调用

　8. 6. 2　read系统调用

　8. 6. 3　fcntl系统调用

第九章　EXT2文件系统

　9. 1　基本概念

　9. 2　EXT2的磁盘布局和数据结构

　9. 2. 1　EXT2的磁盘布局

　9. 2. 2　EXT2的超级块

　9. 2. 3　EXT2的索引节点

　9. 2. 4　组描述符

　9. 2. 5　位图

　9. 2. 6　索引节点表及举例

　9. 2. 7　EXT2的目录项及文件的定位

　9. 3　文件的访问权限和安全

　9. 4　链接文件

　9. 5　错误处理

　9. 6　分配策略

第十章　模块机制

　10. 1　概述

　10. 1. 1　什么是模块

　10. 1. 2　为什么要使用模块

　10. 1. 3　Linux内核模块的优缺点

　10. 2　实现机制

　10. 2. 1　数据结构

　10. 2. 2　实现函数的分析

　10. 2. 3　模块的装入

　10. 3　卸载(unload)一个模块

　10. 4　编写内核模块

　10. 4. 1　内核的复制函数

　10. 4. 2　内核版本2. 0. 35与2. 2. 3之间的变化

　10. 4. 3　简单内核模块的编写

　10. 4. 4　内核模块的Makefiles文件

　10. 4. 5　内核模块的多个文件

　10. 5　系统调用

　10. 6　模块实用程序

第十一章　设备驱动程序

　11. 1　Linux的设备管理

　11. 1. 1　I/O软件

　11. 1. 2　设备驱动程序

　11. 1. 3　Linux驱动程序的几个通用函数

　11. 2　中断

　11. 2. 1　硬件对中断的支持

　11. 2. 2　Linux对中断的管理

　11. 2. 3　Linux对中断的处理

　11. 3　块设备驱动程序

　11. 3. l　块设备驱动程序的登记

　11. 3. 2　块设备基于缓冲区的数据交换

　11. 3. 3　块设备驱动程序的几个函数

　11. 3. 4　RAM盘驱动程序的实现

　11. 3. 5　硬盘驱动程序的实现

　11. 4　字符设备驱动程序

　11. 4. 1　字符设备的注册

　11. 4. 2　工作内存

　11. 4. 3　基本入口点

　11. 4. 4　一个字符设备驱动程序的实例

　11. 4. 5　驱动程序的编译与装载

第十二章　Linux系统调用机制

　12. 1　基本原理

　12. 2　系统调用的初始化

　12. 3　Linux系统调用的执行

　12. 4　增加新的系统调用

　12. 4. 1　编写一个系统调用

　12. 4. 2　连接新的系统调用

　12. 4. 3　使用新的系统调用

第十三章　网络

　13. 1　概述

　13. 2　网络协议

　13. 2. 1　网络参考模型

　13. 2. 2　TCP/IP协议工作原理及数据流

　13. 2. 3　Internet协议

　13. 2. 4　TCP协议

　13. 3　套接字(socket)

　13. 3. 1　套接字在网络中的地位和作用

　13. 3. 2　套接字接口的种类

　13. 3. 3　套接字的工作原理

　13. 3. 4　socket的通信过程

　13. 3. 5　和套接字相关的数据结构

　13. 3. 6　socket为用户提供的系统调用

　13. 4　套接字缓冲区(sk_buff)

　13. 4. 1　套接字缓冲区的特点

　13. 4. 2　套接字缓冲区操作基本原理

　13. 4. 3　sk_buff数据结构的核心内容

　13. 4. 4　套接字缓冲区提供的函数

　13. 4. 5　套接字缓冲区的上层支持例程

　13. 4. 6　sk_buff数据结构

　13. 5　网络设备接口

　13. 5. 1　基本结构

　13. 5. 2　命名规则

　13. 5. 3　设备注册

　13. 5. 4　网络设备数据结构