LInux內(nèi)核分析及編程

第1章  數(shù)據(jù)類型及鏈表 1
    1.1  數(shù)據(jù)類型所占空間 1
    1.2  有關(guān)移植性的其他問題 3
    1.2.1  時(shí)間間隔 3
    1.2.2  頁面大小 3
    1.2.3  字節(jié)存儲(chǔ)順序 3
    1.2.4  數(shù)據(jù)對齊 4
    1.3  內(nèi)核通用鏈表 4
    1.3.1  hlist哈希鏈表 7
    1.3.2  RCU操作保護(hù)的鏈表 8
    1.4  AT&T的匯編格式 9
    1.5  內(nèi)核中的時(shí)間延遲 11
    第2章  進(jìn)程及進(jìn)程調(diào)度 13
    2.1  進(jìn)程結(jié)構(gòu) 13
    2.2  進(jìn)程創(chuàng)建 24
    2.2.1  對象緩存的分配 24
    2.2.2  系統(tǒng)調(diào)用sys_fork 25
    2.3  內(nèi)核線程 26
    2.4  工作隊(duì)列 27
    2.4.1  工作隊(duì)列的結(jié)構(gòu)及宏定義 28
    2.4.2  工作隊(duì)列的建立 29
    2.5  進(jìn)程調(diào)度 33
    2.5.1  runqueue結(jié)構(gòu) 34
    2.5.2  進(jìn)程調(diào)度初始化 36
    2.5.3  負(fù)載平衡的啟動(dòng) 38
    2.5.4  負(fù)載平衡的方法 42
    2.5.5  函數(shù)schedule分析 46
    2.5.6  調(diào)度器的實(shí)時(shí)性能 51
    2.6  Linux內(nèi)核搶占 51
    第3章  內(nèi)核同步機(jī)制 55
    3.1  內(nèi)核中的互斥機(jī)制 55
    3.1.1  自旋鎖 55
    3.1.2  原子操作 59
    3.1.3  信號量 60
    3.2  RCU 64
    3.2.1  RCU原理介紹 64
    3.2.2  RCU應(yīng)用實(shí)例 66
    3.2.3  RCU相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 67
    3.2.4  內(nèi)核RCU機(jī)制的建立 68
    3.2.5  RCU回調(diào)處理 73
    3.3  內(nèi)核與用戶空間的通信機(jī)制 74
    3.3.1  熱插拔操作 74
    3.3.2  內(nèi)核發(fā)消息到用戶空間通信機(jī)制 75
    3.3.3  內(nèi)核空間調(diào)用用戶空間程序 78
    第4章  內(nèi)存管理 81
    4.1  內(nèi)存地址類型和內(nèi)存保護(hù) 82
    4.1.1  地址類型 82
    4.1.2  內(nèi)存保護(hù) 83
    4.2  80386的段頁式管理機(jī)制 84
    4.2.1  描述符及分段 84
    4.2.2  物理內(nèi)存分頁機(jī)制 85
    4.3  IA-64 Linux地址空間劃分 86
    4.4  進(jìn)程的內(nèi)存組織 88
    4.4.1  內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 88
    4.4.2  VMA在/proc文件系統(tǒng)中的顯示 90
    4.5  虛擬內(nèi)存管理 91
    4.5.1  大容量對象緩存 91
    4.5.2  內(nèi)存映射 94
    4.5.3  物理內(nèi)存的反向映射 110
    4.5.4  虛擬內(nèi)存的加鎖和保護(hù) 113
    4.6  物理內(nèi)存管理 114
    4.6.1  物理內(nèi)存的結(jié)構(gòu) 114
    4.6.2  物理頁位圖 116
    4.6.3  物理內(nèi)存的初始化過程 117
    4.6.4  物理頁面的分配和回收 121
    4.6.5  緩存及slab 125
    4.6.6  緩存分配的應(yīng)用 129
    4.6.7  分配緩存函數(shù)的分析 129
    4.6.8  交換空間 135
    4.6.9  請頁機(jī)制 137
    4.6.10  守護(hù)進(jìn)程kswapd 139
    4.6.11  內(nèi)存管理相關(guān)的高速緩存 144
    4.6.12  內(nèi)存緩沖池 144
    4.6.13  大塊內(nèi)存頁 147
    第5章  虛擬文件系統(tǒng) 149
    5.1  VFS的超級塊、dentry和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 150
    5.2  與進(jìn)程聯(lián)系的文件系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu) 153
    5.3  系統(tǒng)有關(guān)操作函數(shù)集的結(jié)構(gòu) 155
    5.3.1  super_operations 155
    5.3.2  inode_operations 156
    5.3.3  file_operations 156
    5.3.4  dquot_operations 157
    5.4  文件系統(tǒng)的建立過程 157
    5.5  文件系統(tǒng)的注冊、安裝與卸載 159
    5.5.1  文件系統(tǒng)的注冊 159
    5.5.2  文件系統(tǒng)的安裝與卸載 160
    5.6  文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用過程 160
    5.6.1  系統(tǒng)調(diào)用open 161
    5.6.2  read系統(tǒng)調(diào)用 170
    5.7  文件系統(tǒng)的各種緩存 172
    5.7.1  塊緩存buffer 172
    5.7.2  inode緩存 182
    5.7.3  目錄條目dentry緩存 185
    5.8  緩存同步操作——sys_sync系統(tǒng)調(diào)用 189
    5.8.1  多個(gè)節(jié)點(diǎn)同步回寫操作函數(shù)
    5.8.1  sync_inodes 189
    5.8.2  單個(gè)節(jié)點(diǎn)同步回寫操作函數(shù)sync_inodes_sb 190
    5.8.3  節(jié)點(diǎn)地址空間數(shù)據(jù)回寫操作函數(shù) 194
    5.8.4  塊設(shè)備節(jié)點(diǎn)映射的數(shù)據(jù)同步回寫
    5.8.4  函數(shù)sync_blockdev 200
    5.9  pdflush線程池 203
    5.9.1  pdflush線程池的實(shí)現(xiàn) 203
    5.9.2  pdflush線程使用實(shí)例
    5.9.2  ——wakeup_bdflush 206
    5.10  限額機(jī)制 207
    第6章  EXT2文件系統(tǒng) 208
    6.1  EXT2文件系統(tǒng)的幾個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 210
    6.1.1  EXT2超級塊 210
    6.1.2  EXT2超級塊信息結(jié)構(gòu) 211
    6.1.3  超級塊的操作函數(shù)結(jié)構(gòu) 212
    6.1.4  EXT2的索引節(jié)點(diǎn)inode 212
    6.1.5  EXT2文件系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)信息結(jié)構(gòu) 214
    6.1.6  節(jié)點(diǎn)操作函數(shù)結(jié)構(gòu) 215
    6.1.7  文件操作函數(shù)結(jié)構(gòu) 215
    6.1.8  EXT2文件系統(tǒng)的組描述符 215
    6.2  EXT2文件系統(tǒng)建立過程 215
    6.3  ext2_read_inode函數(shù)分析 220
    6.4  ext2_write_inode函數(shù)分析 221
    6.5  文件的讀寫 223
    6.6  文件擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)塊分配策略 228
    6.7  EXT2的目錄項(xiàng)及文件的定位 234
    6.8  鏈接文件 237
    第7章  其他文件系統(tǒng) 238
    7.1  ramfs內(nèi)存文件系統(tǒng) 238
    7.1.1  ramfs文件系統(tǒng)模塊初始化 238
    7.1.2  ramfs文件系統(tǒng)操作函數(shù)集 240
    7.1.3  文件讀寫操作 240
    7.1.4  目錄及節(jié)點(diǎn)操作函數(shù)集 241
    7.2  /proc文件系統(tǒng) 242
    7.2.1  /proc文件系統(tǒng)在調(diào)試中的作用 243
    7.2.2  /proc文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分析 245
    7.2.3  在/proc中讀寫設(shè)備信息示例 250
    7.3  VFAT文件系統(tǒng) 255
    7.3.1  FAT文件系統(tǒng)的組成 255
    7.3.2  引導(dǎo)記錄區(qū)DBR及定義 256
    7.3.3  FAT文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義 260
    7.3.4  VFAT文件系統(tǒng)的注冊超級塊 261
    7.3.5  超級塊操作函數(shù)集的實(shí)現(xiàn) 264
    7.3.6  目錄操作函數(shù)集 265
    7.4  Devfs文件系統(tǒng) 270
    7.5  sysfs文件系統(tǒng) 275
    7.5.1  內(nèi)核對象相關(guān)結(jié)構(gòu) 276
    7.5.2  sysfs文件系統(tǒng)的建立過程 277
    7.5.3  sysfs提供給對象模型的調(diào)用函數(shù) 278
    7.5.4  sysfs建立bus子系統(tǒng) 280
    7.5.5  bus子系統(tǒng)的接口函數(shù) 282
    7.5.6  在sysfs中建立pci目錄示例 283
    第8章  I/O端口資源管理 288
    8.1  I/O資源的描述 288
    8.1.1  內(nèi)存屏障 289
    8.1.2  資源管理函數(shù) 290
    8.2  中斷處理 295
    8.2.1  硬件提供的中斷機(jī)制 295
    8.2.2  Linux的中斷處理 297
    8.2.3  中斷向量的設(shè)置和相關(guān)數(shù)據(jù)的
    8.2.3  初始化 298
    8.2.4  中斷處理全過程 299
    8.2.5  tasklet機(jī)制 303
    8.2.6  中斷處理在/proc文件系統(tǒng)中的報(bào)告 311
    8.2.7  并口中斷處理程序示例 311
    8.3  DMA 315
    8.3.1  DMA控制器硬件結(jié)構(gòu) 315
    8.3.2  DMA通道使用的地址 316
    8.3.3  DMA操作函數(shù) 317
    8.3.4  DMA映射 318
    8.3.5  DMA池 321
    8.3.6  一個(gè)簡單的使用DMA例子 324
    8.4  電源管理 325
    8.4.1  ACPI規(guī)范介紹 326
    8.4.2  ACPI的一些基本概念 328
    8.4.3  ACPI的運(yùn)行 329
    8.4.4  ACPI驅(qū)動(dòng)程序分析 332
    8.4.5  pci的ACPI電源管理的實(shí)現(xiàn) 337
    8.4.6  APM電源管理模式 341
    第9章  模塊機(jī)制 348
    9.1  簡單模塊示例 348
    9.2  內(nèi)核空間和用戶空間 349
    9.2.1  處理器保護(hù)級 349
    9.2.2  用戶空間和內(nèi)核空間權(quán)限 350
    9.2.3  用戶空間和內(nèi)核空間范圍及函數(shù)
    9.2.3  參數(shù)傳遞 350
    9.2.4  內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間數(shù)據(jù)傳遞 352
    9.3  模塊的使用過程 353
    9.4  實(shí)現(xiàn)機(jī)制 354
    9.4.1  模塊在/proc文件系統(tǒng)中的顯示 354
    9.4.2  模塊結(jié)構(gòu) 354
    9.4.3  模塊數(shù)據(jù)宏操作 356
    9.4.4  實(shí)現(xiàn)函數(shù)的分析 359
    9.5  modutils介紹 369
    第10章  設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 371
    10.1  設(shè)備文件及設(shè)備訪問方式 372
    10.1.1  輪詢與中斷 372
    10.1.2  直接內(nèi)存訪問（DMA） 372
    10.1.3  設(shè)備驅(qū)動(dòng)使用內(nèi)存 372
    10.1.4  設(shè)備文件及接口 372
    10.2  設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型 374
    10.2.1  驅(qū)動(dòng)模型中的描述結(jié)構(gòu) 374
    10.2.2  驅(qū)動(dòng)程序向新的模型上遷移 383
    10.2.3  即插即用 386
    10.2.4  文件系統(tǒng)中與設(shè)備驅(qū)動(dòng)相關(guān)
    10.2.4  的結(jié)構(gòu) 389
    10.3  字符設(shè)備操作過程 390
    10.4  塊設(shè)備偽文件系統(tǒng) 393
    10.4.1  塊設(shè)備文件系統(tǒng)初始化 393
    10.4.2  文件操作函數(shù)集 394
    10.5  通用硬盤GENHD 398
    10.6  通用塊層 403
    10.6.1  bio相關(guān)結(jié)構(gòu) 404
    10.6.2  bio_vec池 405
    10.6.3  碎片鏈表 406
    10.6.4  請求及請求隊(duì)列結(jié)構(gòu) 407
    10.6.5  通用的命令標(biāo)志請求 410
    10.6.6  I/O調(diào)度器 411
    10.7  塊設(shè)備的讀寫請求隊(duì)列及提交過程 415
    10.7.1  初始化塊設(shè)備的請求隊(duì)列 415
    10.7.2  塊設(shè)備讀寫請求的傳遞過程 417
    10.8  IOCTL設(shè)備控制操作 423
    10.9  編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的基本步驟 425
    10.9.1  如何添加一個(gè)字符設(shè)備 425
    10.9.2  如何添加一個(gè)塊設(shè)備 425
    第11章  FLASH閃存及SD/MMC卡設(shè)備
    第11章  驅(qū)動(dòng)程序 427
    11.1  MTD內(nèi)存技術(shù)設(shè)備 427
    11.1.1  MTD內(nèi)存技術(shù)設(shè)備層次結(jié)構(gòu) 428
    11.1.2  設(shè)備層和原始設(shè)備層的函數(shù)
    11.1.2  調(diào)用關(guān)系 430
    11.1.3  MTD相關(guān)結(jié)構(gòu) 430
    11.1.4  MTD塊設(shè)備初始化 432
    11.1.5  MTD塊設(shè)備的讀寫操作 439
    11.1.6  MTD核心初始化 442
    11.1.7  MTD字符設(shè)備 443
    11.1.8  具體flash芯片的探測及映射 444
    11.1.9  驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗治?447
    11.2  SD/MMC卡塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 449
    11.2.1  MMC抽象設(shè)備層相關(guān)結(jié)構(gòu) 449
    11.2.2  MC抽象設(shè)備層MMC塊設(shè)備
    11.2.2  驅(qū)動(dòng)程序 453
    11.2.3  具體MMC控制器驅(qū)動(dòng)程序示例 462
    第12章  Linux系統(tǒng)初始化 468
    12.1  Boot Loader 468
    12.1.1  PC的Boot Loader 468
    12.1.2  嵌入式系統(tǒng)Boot Loader 473
    12.2  Linux內(nèi)核啟動(dòng)過程 478
    第13章  系統(tǒng)調(diào)用 481
    13.1  設(shè)定0x80號中斷 481
    13.2  系統(tǒng)調(diào)用現(xiàn)場保護(hù) 482
    13.3  Linux系統(tǒng)調(diào)用的流程 484
    13.3.1  系統(tǒng)調(diào)用過程 484
    13.3.2  中斷INT 0x80入口處理 484
    第14章  Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu) 488
    14.1  Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu) 488
    14.2  數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu) 489
    14.2.1  msghdr結(jié)構(gòu) 489
    14.2.2  socket結(jié)構(gòu) 490
    14.2.3  sk_buff結(jié)構(gòu)及管理 490
    14.2.4  sock結(jié)構(gòu) 495
    14.3  sockfs文件系統(tǒng) 497
    14.4  利用socket通信 499
    14.4.1  socket層 500
    14.4.2  IP層收發(fā)數(shù)據(jù)包函數(shù) 506
    14.4.3  網(wǎng)絡(luò)核心層 513
    14.5  網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序 525
    14.5.1  NAPI 525
    14.5.2  8139CP網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序 526
    14.6  netlink 533
    14.6.1  內(nèi)核netlink調(diào)用函數(shù) 535
    14.6.2  示例 536
    第15章  執(zhí)行文件的運(yùn)行過程 544
    15.1  動(dòng)態(tài)鏈接與靜態(tài)鏈接 544
    15.2  位置無關(guān)代碼（PIC）的匯編
    15.2  語言編程 548
    15.3  可執(zhí)行文件格式 550
    15.3.1  a.out文件格式分析 550
    15.3.2  COFF文件格式分析 551
    15.3.3  ELF文件格式分析 552
    15.3.4  符號的重定位 557
    15.3.5  ELF文件加載過程 558
    15.4  可執(zhí)行文件加載代碼分析 559
    第16章  進(jìn)程間通信 567
    16.1  管道 567
    16.2  消息隊(duì)列 575
    16.2.1  消息隊(duì)列結(jié)構(gòu) 575
    16.2.2  消息隊(duì)列文件系統(tǒng) 576
    16.2.3  消息隊(duì)列系統(tǒng)調(diào)用函數(shù) 579
    16.3  共享內(nèi)存 585
    16.3.1  共享內(nèi)存相關(guān)結(jié)構(gòu) 586
    16.3.2  tmpfs文件系統(tǒng) 587
    16.3.3  共享內(nèi)存系統(tǒng)調(diào)用 593
    16.4  信號 599
    16.4.1  信號相關(guān)的結(jié)構(gòu) 600
    16.4.2  設(shè)置信號響應(yīng) 601
    16.4.3  信號分發(fā) 603
    16.4.4  信號響應(yīng) 607
    16.5  用戶空間信號量操作 610
    16.5.1  信號量相關(guān)結(jié)構(gòu) 610
    16.5.2  系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的實(shí)現(xiàn) 611
    第17章  Linux的安全策略 618
    17.1  Linux常用安全技術(shù) 618
    17.1.1  PAM機(jī)制 618
    17.1.2  入侵檢測系統(tǒng) 618
    17.1.3  加密文件系統(tǒng) 619
    17.1.4  安全審計(jì) 620
    17.1.5  基于ACL的自主訪問控制 620
    17.1.6  強(qiáng)制訪問控制 621
    17.1.7  防火墻 621
    17.2  Linux能力機(jī)制 621
    17.3  Flask安全體系結(jié)構(gòu)概述 622
    17.4  SE Linux安全策略配置語言 624
    17.4.1  基本概念 625
    17.4.2  Linux與SE Linux在安全管理
    17.4.2  上的區(qū)別 626
    17.4.3  安全模型 626
    17.4.4  策略語言及配置樣例 626
    17.5  SELinux的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 634
    17.6  SELinux的實(shí)現(xiàn) 636
    17.6.1  任務(wù)的安全管理 637
    17.6.2  AVC分析 640
    17.6.3  security_compute_av函數(shù) 644
    17.7  策略庫的結(jié)構(gòu) 647
    17.7.1  sidtab結(jié)構(gòu) 648
    17.7.2  symtab結(jié)構(gòu) 649
    17.7.3  avtab結(jié)構(gòu) 649
    17.7.4  class_datum結(jié)構(gòu) 649
    17.7.5  role_datum結(jié)構(gòu) 650
    17.7.6  user_datum結(jié)構(gòu) 651
    17.7.7  role_tran結(jié)構(gòu) 651
    17.7.8  cond_node結(jié)構(gòu) 652
    17.8  安全審計(jì)的管理 653
    17.9  sel_fs文件系統(tǒng) 654
    17.10  防火墻 660
    17.10.1  Netfilter框架 661
    17.10.2  iptables管理工具 662
    17.10.3  Netfilter例子 663
    第18章  內(nèi)核配置與編譯 664
    18.1  配置文件的生成 664
    18.2  配置語言 665
    18.3  主Makefile分析 667
    18.3.1  主Makefile中的分析 667
    18.3.2  嵌入式內(nèi)核的交叉編譯 671
    18.4  Rule.make及子目錄編譯 673
    18.4.1  編譯選項(xiàng)變化引起增量編譯 673
    18.4.2  子目錄的編譯 673
    18.4.3  Rule.make分析 674
    18.4.4  驅(qū)動(dòng)程序配置示例 680
    第19章  Linux內(nèi)核調(diào)試 683
    19.1  strace命令 683
    19.2  oops消息分析 683
    19.3  調(diào)試工具 684
    19.4  printk打印調(diào)試 688
    19.4.1  printk 688
    19.4.2  如何記錄消息 689
    19.4.3  sys_syslog系統(tǒng)調(diào)用 690
    19.4.4  printk函數(shù)分析 692
    19.4.5  控制臺(tái) 694
    19.4.6  tty代碼分析 695
    19.4.7  tty_register_ldisc函數(shù) 701
    19.5  ptrace調(diào)試跟蹤 702
    19.5.1  調(diào)試寄存器 702
    19.5.2  TSS中的調(diào)度陷阱 704
    19.5.3  INT3 704
    19.5.4  程序的單步執(zhí)行 705
    19.5.5  ptrace系統(tǒng)調(diào)用 705
    19.5.6  系統(tǒng)調(diào)用跟蹤 710
    19.5.7  調(diào)試陷阱處理 711
    19.5.8  調(diào)試器運(yùn)行方法 712
    第20章  USB總線驅(qū)動(dòng)程序 715
    20.1  USB的拓樸結(jié)構(gòu) 715
    20.2  USB 2.0協(xié)議 717
    20.2.1  包標(biāo)志符及傳輸控制概述 717
    20.2.2  總線枚舉 718
    20.2.3  USB設(shè)備請求 719
    20.2.4  描述符 719
    20.2.5  OTG規(guī)范 720
    20.3  USB總線驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu) 722
    20.3.1  USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的體系 722
    20.3.2  USB驅(qū)動(dòng)程序的編寫 723
    20.3.3  設(shè)備結(jié)構(gòu)間的關(guān)系 725
    20.4  USB驅(qū)動(dòng)程序初始化 727
    20.5  usbfs文件系統(tǒng) 729
    20.5.1  usbfs文件系統(tǒng)初始化 729
    20.5.2  usbfs文件操作 731
    20.6  USB請求塊（URB） 732
    20.6.1  URB結(jié)構(gòu) 732
    20.6.2  URB的操作 733
    20.7  同步消息處理 735
    20.7.1  同步請求完成模型 736
    20.7.2  控制與查詢 737
    20.8  用主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)層（HCD層） 737
    20.8.1  USB總線的注冊與注銷 738
    20.8.2  HCD操作函數(shù) 739
    20.8.3  注冊根集線器 741
    20.9  集線器Hub 741
    20.9.1  Hub初始化 742
    20.9.2  Hub設(shè)備的各種事件處理 744
    20.9.3  ehci-hcd控制器 752
    20.10  USB大存儲(chǔ)設(shè)備 758
    20.10.1  Bulk-Only傳輸協(xié)議 759
    20.10.2  SCSI體系結(jié)構(gòu)模型及命令描述塊 761
    20.10.3  大存儲(chǔ)類主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 765
    20.11  USB從設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（Gadget） 779
    20.11.1  Gadget相關(guān)結(jié)構(gòu) 781
    20.11.2  Gadget API 783
    20.11.3  pxa2xx控制器 786
    20.11.4  gadgetfs文件系統(tǒng) 794
    20.11.5  大存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 804
    附錄A  Linux系統(tǒng)調(diào)用 819
    主要參考文獻(xiàn) 823