OS X与iOS内核编程

第1章　操作系统原理　　1

1.1 　操作系统的作用　　3

1.2 　进程管理　　3

1.3 　进程地址空间　　4

1.4 　操作系统服务　　5

1.5 　虚拟内存　　6

1.6 　调度　　8

1.7 　硬件和驱动程序　　9

1.8 　小结　　11

第2章　Mac OS X和iOS　　12

2.1 　XNU内核　　17

2.1.1 　内核扩展（KEXT）　　18

2.1.2 　Mach　　18

2.1.3 　BSD层　　27

2.1.4 　I/O Kit　　29

2.2 　小结　　31

第3章　Xcode和内核开发环境　　32

3.1 　语言的选择：C++　　32

3.2 　Xcode　　33

3.3 　“Hello World”内核扩展　　34

3.4 　加载和卸载内核扩展　　37

3.5 　使用控制台查看输出　　39

3.6 　小结　　40

第4章　I/O Kit框架　　41

4.1 　I/O Kit 模型　　41

4.2 　对象关系　　43

4.3 　Info.plist文件　　43

4.3.1 　驱动程序类　　46

4.3.2 　IORegistryExplorer　　50

4.4 　内核库：libkern　　52

4.4.1 　OSObject　　52

4.4.2 　容器类　　54

4.5 　小结　　56

第5章　应用程序与驱动程序的交互　　57

5.1 　I/O Kit框架　　58

5.2 　查找驱动程序　　58

5.3 　观察设备移除　　63

5.4 　修改设备驱动程序属性　　65

5.5 　基于状态的交互　　68

5.6 　驱动程序的通知　　79

5.7 　小结　　83

第6章　内存管理　　84

6.1 　内存类型　　84

6.1.1 　CPU物理地址　　85

6.1.2 　总线物理地址　　85

6.1.3 　用户和内核虚拟地址　　85

6.1.4 　内存顺序：大端序和小端序　　86

6.1.5 　32位和64位内存寻址　　87

6.2 　内存分配　　88

6.2.1 　底层分配机制　　89

6.2.2 　Mach内存域分配器　　89

6.2.3 　kalloc家族　　89

6.2.4 　BSD中的内存分配　　90

6.2.5 　I/O Kit内存分配　　91

6.2.6 　使用C++的new操作符分配内存　　92

6.3 　内存描述符　　92

6.3.1 　IOBufferMemoryDescriptor　　94

6.3.2 　其他的内存描述符　　95

6.4 　映射内存　　95

6.4.1 　用户空间任务到内核空间的内存映射　　95

6.4.2 　IOMemoryMap类　　97

6.4.3 　内核到用户空间任务的内存映射　　98

6.4.4 　将内存映射到指定的用户空间任务　　99

6.4.5 　物理地址映射　　100

6.5 　小结　　101

第7章　同步和线程　　102

7.1 　同步原语　　102

7.2 　原子操作　　104

7.3 　锁　　107

7.3.1 　自旋锁　　107

7.3.2 　互斥　　109

7.3.3 　条件变量　　110

7.3.4 　读/写互斥　　112

7.4 　同步异步事件：工作环　　113

7.4.1 　IOCommandGate　　115

7.4.2 　定时器　　116

7.4.3 　释放工作环　　117

7.5 　内核线程　　118

7.6 　小结　　119

第8章　USB　　120

8.1 　USB体系结构　　120

8.1.1 　USB传输速度　　122

8.1.2 　主机控制器　　123

8.1.3 　USB协议　　124

8.1.4 　端点　　126

8.1.5 　USB描述符　　126

8.1.6 　USB设备类　　127

8.2 　I/O Kit USB支持　　128

8.2.1 　USB设备和驱动程序处理　　129

8.2.2 　加载USB驱动程序　　130

8.2.3 　USB Prober　　132

8.2.4 　驱动程序示例：USB大容量存储器设备驱动程序　　133

8.2.5 　驱动程序启动　　138

8.2.6 　处理设备移除　　138

8.2.7 　枚举接口　　139

8.2.8 　枚举端点　　140

8.2.9 　执行设备请求　　141

8.2.10 　执行批量端点和中断端点的I/O　　144

8.3 　小结　　147

第9章　PCI Express和Thunderbolt　　148

9.1 　I/O Kit中的PCI　　150

9.1.1 　匹配和加载驱动程序　　151

9.1.2 　驱动程序示例：一个简单的PCI驱动程序　　154

9.1.3 　访问配置空间寄存器　　156

9.1.4 　PCI I/O内存区　　158

9.1.5 　处理设备移除　　161

9.2 　中断　　162

9.2.1 　I/O Kit中断机制　　163

9.2.2 　注册接收中断　　164

9.2.3 　启用MSI　　166

9.2.4 　处理主中断　　166

9.2.5 　处理二级中断　　168

9.3 　直接内存访问　　168

9.3.1 　将物理地址转换为总线地址　　170

9.3.2 　为DMA准备内存　　171

9.3.3 　建立分散/聚集列表　　172

9.3.4 　IODMACommand类　　173

9.4 　小结　　175

第10章　电源管理　　177

10.1 　响应电源状态改变　　179

10.2 　请求电源状态改变　　184

10.3 　处理设备空闲　　185

10.4 　观察设备电源状态改变　　186

10.5 　汇总　　187

10.6 　小结　　191

第11章　串行端口驱动程序　　192

11.1 　Mac OS X串行端口体系结构概览　　192

11.2 　串行端口驱动程序　　194

11.3 　实现IOSerialDriverSync类　　197

11.4 　串行端口状态　　200

11.5 　串行端口事件　　204

11.6 　串行数据传输　　207

11.7 　从用户空间访问串行端口　　211

11.8 　小结　　214

第12章　音频驱动程序　　215

12.1 　数字音频和音频设备简介　　215

12.2 　Core Audio　　217

12.3 　I/O Kit音频支持　　218

12.4 　实现一个音频驱动程序　　219

12.4.1 　驱动程序和硬件初始化　　221

12.4.2 　注册音频控制　　223

12.4.3 　实现音频引擎　　225

12.4.4 　 I/O引擎初始化　　226

12.4.5 　其他的音频引擎功能　　235

12.5 　小结　　236

第13章　网络　　238

13.1 　网络内核扩展　　242

13.1.1 　内核控制KPI　　242

13.1.2 　套接字过滤器　　242

13.1.3 　因特网协议过滤器　　250

13.1.4 　接口过滤器　　255

13.2 　调试和测试网络扩展　　258

13.3 　I/O Kit中的网络　　259

13.3.1 　构建简单以太网控制器驱动程序　　261

13.3.2 　MyEthernetDriver设计　　262

13.3.3 　驱动程序初始化和启动　　264

13.3.4 　介质和状态选择　　266

13.3.5 　配置设备硬件地址　　268

13.3.6 　启用和禁用设备　　268

13.3.7 　传输网络分组　　270

13.3.8 　接收分组　　271

13.3.9 　对MyEthernetDriver进行测试　　274

13.4 　小结　　276

第14章　存储系统　　277

14.1 　传输层驱动程序　　278

14.2 　IOBlockStorageDevice接口　　279

14.3 　构建RAM磁盘设备　　282

14.4 　分区规则　　292

14.4.1 　实现一个示例分区规则　　293

14.4.2 　媒介内容线索属性　　300

14.5 　媒介过滤器驱动程序　　300

14.5.1 　加密过滤器规则示例　　302

14.5.2 　创建一个自定义GUID分区表　　306

14.6 　小结　　308

第15章　用户空间USB驱动程序　　310

15.1 　背景　　310

15.2 　IOUSBLib框架　　311

15.3 　处理异步操作　　315

15.4 　IOUSBDeviceInterface类　　316

15.5 　IOUSBInterfaceInterface类　　320

15.5.1 　属性方法　　321

15.5.2 　端点数据传输方法　　322

15.5.3 　低延迟同步传输　　328

15.6 　小结　　330

第16章　调试　　331

16.1 　常见的问题类型　　331

16.2 　内核恐慌　　332

16.3 　调试机制　　333

16.3.1 　启动时修复崩溃　　335

16.3.2 　采用IOLog()追踪　　335

16.3.3 　输出栈跟踪　　336

16.3.4 　通过FireWire远程跟踪　　337

16.3.5 　远程内核核心转储　　339

16.3.6 　KDB　　340

16.3.7 　通过以太网或FireWire使用GDB远程调试　　340

16.3.8 　实时调试运行的内核　　344

16.3.9 　使用虚拟机调试　　344

16.3.10 　在内核中使用GDB调试　　344

16.3.11 　使用Activity Monitor诊断挂起进程　　354

16.3.12 　查找内存和资源泄漏　　355

16.4 　小结　　356

第17章　高级内核编程　　357

17.1 　内核中的SSE和浮点　　357

17.2 　多功能驱动程序　　358

17.3 　编写I/O Kit族　　358

17.4 　内核控制KPI　　359

17.4.1 　内核控制注册　　361

17.4.2 　客户端连接　　362

17.4.3 　获取和设置选项　　363

17.4.4 　从用户空间访问内核控制　　364

17.5 　内核中的进程处理　　365

17.6 　加载资源　　366

17.7 　KEXT资源之外的内容　　367

17.8 　内核驱动程序通知　　368

17.9 　小结　　371

第18章　部署　　372

18.1 　安装和加载内核扩展　　372

18.2 　加载首选项和设置　　374

18.3 　内核扩展的版本管理　　375

18.4 　测试和品质保证　　375

18.5 　打包KEXT和软件　　376

18.5.1 　构建Hello World内核扩展安装包　　378

18.5.2 　将内容添加至安装包　　378

18.5.3 　配置安装包　　379

18.5.4 　构建安装包　　382

18.5.5 　卸载安装包　　383

18.6 　小结　　383

索引　　385