深入Linux內(nèi)核架構(gòu)

第1章 簡介和概述1
1.1 內(nèi)核的任務2
1.2 實現(xiàn)策略2
1.3 內(nèi)核的組成部分3
1.3.1 進程、進程切換、調(diào)度3
1.3.2 UNIX進程4
1.3.3 地址空間與特權(quán)級別6
1.3.4 頁表9
1.3.5 物理內(nèi)存的分配11
1.3.6 計時13
1.3.7 系統(tǒng)調(diào)用13
1.3.8 設備驅(qū)動程序、塊設備和字符設備14
1.3.9 網(wǎng)絡14
1.3.10 文件系統(tǒng)14
1.3.11 模塊和熱插拔15
1.3.12 緩存16
1.3.13 鏈表處理16
1.3.14 對象管理和引用計數(shù)17
1.3.15 數(shù)據(jù)類型20
1.3.16 本書的局限性22
1.4 為什么內(nèi)核是特別的23
1.5 行文注記23
1.6 小結(jié)27
第2章 進程管理和調(diào)度28
2.1 進程優(yōu)先級28
2.2 進程生命周期30
2.3 進程表示32
2.3.1 進程類型37
2.3.2 命名空間37
2.3.3 進程ID號43
2.3.4 進程關(guān)系49
2.4 進程管理相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用50
2.4.1 進程復制50
2.4.2 內(nèi)核線程62
2.4.3 啟動新程序63
2.4.4 退出進程66
2.5 調(diào)度器的實現(xiàn)67
2.5.1 概觀67
2.5.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)69
2.5.3 處理優(yōu)先級74
2.5.4 核心調(diào)度器79
2.6 完全公平調(diào)度類84
2.6.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)85
2.6.2 CFS操作85
2.6.3 隊列操作89
2.6.4 選擇下一個進程91
2.6.5 處理周期性調(diào)度器92
2.6.6 喚醒搶占93
2.6.7 處理新進程93
2.7 實時調(diào)度類94
2.7.1 性質(zhì)94
2.7.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)95
2.7.3 調(diào)度器操作96
2.8 調(diào)度器增強97
2.8.1 SMP調(diào)度97
2.8.2 調(diào)度域和控制組101
2.8.3 內(nèi)核搶占和低延遲相關(guān)工作102
2.9 小結(jié)106
第3章 內(nèi)存管理107
3.1 概述107
3.2 (N)UMA模型中的內(nèi)存組織109
3.2.1 概述109
3.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)111
3.3 頁表123
3.3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)124
3.3.2 頁表項的創(chuàng)建和操作129
3.4 初始化內(nèi)存管理129
3.4.1 建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)130
3.4.2 特定于體系結(jié)構(gòu)的設置135
3.4.3 啟動過程期間的內(nèi)存管理153
3.5 物理內(nèi)存的管理159
3.5.1 伙伴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)159
3.5.2 避免碎片161
3.5.3 初始化內(nèi)存域和結(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)167
3.5.4 分配器API172
3.5.5 分配頁177
3.5.6 釋放頁192
3.5.7 內(nèi)核中不連續(xù)頁的分配195
3.5.8 內(nèi)核映射201
3.6 slab分配器205
3.6.1 備選分配器206
3.6.2 內(nèi)核中的內(nèi)存管理207
3.6.3 slab分配的原理209
3.6.4 實現(xiàn)212
3.6.5 通用緩存226
3.7 處理器高速緩存和TLB控制228
3.8 小結(jié)230
第4章 進程虛擬內(nèi)存231
4.1 簡介231
4.2 進程虛擬地址空間231
4.2.1 進程地址空間的布局232
4.2.2 建立布局234
4.3 內(nèi)存映射的原理237
4.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)238
4.4.1 樹和鏈表238
4.4.2 虛擬內(nèi)存區(qū)域的表示239
4.4.3 優(yōu)先查找樹241
4.5 對區(qū)域的操作244
4.5.1 將虛擬地址關(guān)聯(lián)到區(qū)域245
4.5.2 區(qū)域合并246
4.5.3 插入?yún)^(qū)域247
4.5.4 創(chuàng)建區(qū)域248
4.6 地址空間250
4.7 內(nèi)存映射251
4.7.1 創(chuàng)建映射251
4.7.2 刪除映射253
4.7.3 非線性映射254
4.8 反向映射257
4.8.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)258
4.8.2 建立逆向映射259
4.8.3 使用逆向映射259
4.9 堆的管理261
4.10 缺頁異常的處理263
4.11 用戶空間缺頁異常的校正268
4.11.1 按需分配/調(diào)頁269
4.11.2 匿名頁271
4.11.3 寫時復制271
4.11.4 獲取非線性映射272
4.12 內(nèi)核缺頁異常272
4.13 在內(nèi)核和用戶空間之間復制數(shù)據(jù)274
4.14 小結(jié)276
第5章 鎖與進程間通信277
5.1 控制機制277
5.1.1 競態(tài)條件277
5.1.2 臨界區(qū)278
5.2 內(nèi)核鎖機制279
5.2.1 對整數(shù)的原子操作280
5.2.2 自旋鎖282
5.2.3 信號量283
5.2.4 RCU機制284
5.2.5 內(nèi)存和優(yōu)化屏障286
5.2.6 讀者/寫者鎖287
5.2.7 大內(nèi)核鎖288
5.2.8 互斥量288
5.2.9 近似的per-CPU計數(shù)器290
5.2.10 鎖競爭與細粒度鎖291
5.3 SystemV進程間通信292
5.3.1 SystemV機制292
5.3.2 信號量292
5.3.3 消息隊列300
5.3.4 共享內(nèi)存303
5.4 其他IPC機制303
5.4.1 信號303
5.4.2 管道和套接字310
5.5 小結(jié)311
第6章 設備驅(qū)動程序312
6.1 I/O體系結(jié)構(gòu)312
6.2 訪問設備316
6.2.1 設備文件316
6.2.2 字符設備、塊設備和其他設備317
6.2.3 使用ioctl進行設備尋址319
6.2.4 主從設備號的表示320
6.2.5 注冊321
6.3 與文件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)324
6.3.1 inode中的設備文件成員324
6.3.2 標準文件操作325
6.3.3 用于字符設備的標準操作325
6.3.4 用于塊設備的標準操作325
6.4 字符設備操作326
6.4.1 表示字符設備326
6.4.2 打開設備文件326
6.4.3 讀寫操作328
6.5 塊設備操作329
6.5.1 塊設備的表示330
6.5.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)331
6.5.3 向系統(tǒng)添加磁盤和分區(qū)338
6.5.4 打開塊設備文件339
6.5.5 請求結(jié)構(gòu)341
6.5.6 BIO343
6.5.7 提交請求345
6.5.8 I/O調(diào)度350
6.5.9 ioctl的實現(xiàn)352
6.6 資源分配353
6.6.1 資源管理353
6.6.2 I/O內(nèi)存355
6.6.3 I/O端口357
6.7 總線系統(tǒng)358
6.7.1 通用驅(qū)動程序模型358
6.7.2 PCI總線363
6.7.3 USB370
6.8 小結(jié)376
第7章 模塊377
7.1 概述377
7.2 使用模塊378
7.2.1 添加和移除378
7.2.2 依賴關(guān)系380
7.2.3 查詢模塊信息381
7.2.4 自動加載382
7.3 插入和刪除模塊384
7.3.1 模塊的表示385
7.3.2 依賴關(guān)系和引用389
7.3.3 模塊的二進制結(jié)構(gòu)391
7.3.4 插入模塊396
7.3.5 移除模塊403
7.4 自動化與熱插拔404
7.4.1 kmod實現(xiàn)的自動加載404
7.4.2 熱插拔405
7.5 版本控制408
7.5.1 校驗和方法408
7.5.2 版本控制函數(shù)411
7.6 小結(jié)412
第8章 虛擬文件系統(tǒng)413
8.1 文件系統(tǒng)類型413
8.2 通用文件模型414
8.2.1 inode415
8.2.2 鏈接416
8.2.3 編程接口416
8.2.4 將文件作為通用接口417
8.3 VFS的結(jié)構(gòu)417
8.3.1 結(jié)構(gòu)概觀418
8.3.2 inode419
8.3.3 特定于進程的信息423
8.3.4 文件操作427
8.3.5 目錄項緩存431
8.4 處理VFS對象436
8.4.1 文件系統(tǒng)操作436
8.4.2 文件操作450
8.5 標準函數(shù)456
8.5.1 通用讀取例程457
8.5.2 失效機制459
8.5.3 權(quán)限檢查461
8.6 小結(jié)463
第9章 Ext文件系統(tǒng)族464
9.1 簡介464
9.2 Ext2文件系統(tǒng)465
9.2.1 物理結(jié)構(gòu)465
9.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)470
9.2.3 創(chuàng)建文件系統(tǒng)484
9.2.4 文件系統(tǒng)操作485
9.3 Ext3文件系統(tǒng)507
9.3.1 概念508
9.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)509
9.4 小結(jié)511
第10章 無持久存儲的文件系統(tǒng)512
10.1 proc文件系統(tǒng)512
10.1.1 /proc的內(nèi)容513
10.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)519
10.1.3 初始化522
10.1.4 裝載proc文件系統(tǒng)523
10.1.5 管理/proc數(shù)據(jù)項525
10.1.6 讀取和寫入信息528
10.1.7 進程相關(guān)的信息530
10.1.8 系統(tǒng)控制機制535
10.2 簡單的文件系統(tǒng)542
10.2.1 順序文件542
10.2.2 用libfs編寫文件系統(tǒng)546
10.2.3 調(diào)試文件系統(tǒng)547
10.2.4 偽文件系統(tǒng)549
10.3 sysfs549
10.3.1 概述550
10.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)550
10.3.3 裝載文件系統(tǒng)554
10.3.4 文件和目錄操作556
10.3.5 向sysfs添加內(nèi)容562
10.4 小結(jié)564
第11章 擴展屬性和訪問控制表565
11.1 擴展屬性565
11.1.1 到虛擬文件系統(tǒng)的接口566
11.1.2 Ext3中的實現(xiàn)570
11.1.3 Ext2中的實現(xiàn)576
11.2 訪問控制表577
11.2.1 通用實現(xiàn)577
11.2.2 Ext3中的實現(xiàn)580
11.2.3 Ext2中的實現(xiàn)585
11.3 小結(jié)585
……
第12章 網(wǎng)絡586
第13章 系統(tǒng)調(diào)用655
第14章 內(nèi)核活動678
第15章 時間管理714
第16章 頁緩存和塊緩存761
第17章 數(shù)據(jù)同步793
第18章 頁面回收和頁交換821
第19章 審計882
附錄A 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)知識899
附錄B 使用源代碼919
附錄C 有關(guān)C語言的注記947
附錄D 系統(tǒng)啟動985
附錄E ELF二進制格式
附錄F 內(nèi)核開發(fā)過程
參考文獻