UNIX Internals：The New Frontiers

出版者的話
譯者序
序言
前言
第1章　從頭說起
1.1簡介
1.1.1　UNIX簡史
1.1.2　起源
1.1.3　擴(kuò)散
1.1.4　BSD
1.1.5　System V
1.1.6　商業(yè)化
1.1.7　Mach
1.1.8　標(biāo)準(zhǔn)
1.1.9　OSF和UI
1.1.10　SVR4及其之后
1.2　變革使命
1.2.1　功能
1.2.2　網(wǎng)絡(luò)
1.2.3　性能
1.2.4　硬件變化
1.2.5　質(zhì)量提升
1.2.6　變革
1.2.7　其他應(yīng)用程序領(lǐng)域
1.2.8　小即是美
1.2.9　靈活性
1.3　回顧過去，展望未來
1.3.1　UNIX系統(tǒng)的優(yōu)點是什么
1.3.2　UNIX系統(tǒng)的缺點是什么
1.4　本書內(nèi)容說明
參考文獻(xiàn)
第2章　進(jìn)程與內(nèi)核
2.1　簡介
2.2　模式、空間和上下文
2.3　進(jìn)程抽象
2.3.1進(jìn)程狀態(tài)
2.3.2　進(jìn)程上下文
2.3.3　用戶憑據(jù)
2.3.4　u區(qū)和proc結(jié)構(gòu)
2.4　執(zhí)行在內(nèi)核態(tài)中
2.4.1　系統(tǒng)調(diào)用接口
2.4.2　中斷處理
2.5　同步
2.5.1　阻塞操作
2.5.2　中斷
2.5.3　多處理器
2.6　進(jìn)程調(diào)度
2.7　信號
2.8　新的進(jìn)程和程序
2.8.1　fork和exec
2.8.2　進(jìn)程的創(chuàng)建
2.8.3　fork的優(yōu)化
2.8.4　調(diào)用新的程序
2.8.5　進(jìn)程終止
2.8.6　等待進(jìn)程終止
2.8.7　僵死進(jìn)程
2.9　小結(jié)
2.10　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章　線程和輕量級進(jìn)程
3.1　簡介
3.1.1　動機(jī)
3.1.2　多線程和多處理器
3.1.3　并發(fā)和并行
3.2　基本抽象
3.2.1　內(nèi)核線程
3.2.2　輕量級進(jìn)程
3.2.3　用戶線程
3.3　輕量級線程設(shè)計時要考慮的問題
3.3.1　fork的語義
3.3.2　其他系統(tǒng)調(diào)用
3.3.3　信號傳遞和處理
3.3.4　可見性
3.3.5　棧增長
3.4　用戶級別的線程庫
3.4.1　編程接口
3.4.2　線程庫的實現(xiàn)
3.5　調(diào)度器激活
3.6　Solaris和SVR4上的多線程
3.6.1　內(nèi)核線程
3.6.2　輕量級進(jìn)程的實現(xiàn)
3.6.3　用戶線程
3.6.4　用戶線程的實現(xiàn)
3.6.5　中斷處理
3.6.6　系統(tǒng)調(diào)用處理
3.7　Mach的線程
3.7.1　Mach抽象：任務(wù)和線程
3.7.2　Mach的C-threads
3.8　Digital UNIX
3.8.1　UNIX接口
3.8.2　系統(tǒng)調(diào)用和信號
3.8.3　pthreads庫
3.9　Mach 3.0的continuation
3.9.1　編程模型
3.9.2　使用continuation
3.9.3　優(yōu)化
3.9.4　分析
3.10　小結(jié)
3.11　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第4章　信號和會話管理
4.1　簡介
4.2　信號生成和處理
4.2.1　信號處理
4.2.2　信號的生成
4.2.3　典型場景
4.2.4　睡眠與信號
4.3　不可靠的信號
4.4　可靠的信號
4.4.1　主要特性
4.4.2　SVR3實現(xiàn)
4.4.3　BSD信號管理
4.5　SVR4上的信號
4.6　信號的實現(xiàn)
4.6.1　信號生成
4.6.2　交付和處理
4.7　異常
4.8　Mach的異常處理
4.8.1　異常端口
4.8.2　錯誤處理
4.8.3　調(diào)試器交互
4.8.4　分析
4.9　進(jìn)程組和終端管理
4.9.1　基本概念
4.9.2　SVR3模型
4.9.3　限制
4.9.4　4.3BSD的進(jìn)程組和終端
4.9.5　缺點
4.10　SVR4的會話體系結(jié)構(gòu)
4.10.1　動機(jī)
4.10.2　會話和進(jìn)程組
4.10.3　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.10.4　控制終端
4.10.5　4.4BSD的會話實現(xiàn)機(jī)制
4.11　小結(jié)
4.12　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第5章　進(jìn)程調(diào)度
5.1　簡介
5.2　時鐘中斷處理
5.2.1　callout
5.2.2　告警
5.3　調(diào)度器目標(biāo)
5.4　傳統(tǒng)的UNIX調(diào)度
5.4.1　進(jìn)程優(yōu)先級
5.4.2　調(diào)度器的實現(xiàn)
5.4.3　運行隊列的操作
5.4.4　分析
5.5　SVR4調(diào)度器
5.5.1　類無關(guān)層
5.5.2　調(diào)度類的接口
5.5.3　分時類
5.5.4　實時類
5.5.5　priocntl系統(tǒng)調(diào)用
5.5.6　分析
5.6　Solaris 2.x調(diào)度的改善
5.6.1　可搶占的內(nèi)核
5.6.2　多處理器的支持
5.6.3　隱式調(diào)度
5.6.4　優(yōu)先級反轉(zhuǎn)
5.6.5　優(yōu)先級繼承的實現(xiàn)
5.6.6　優(yōu)先級繼承的局限性
5.6.7　turnstile
5.6.8　分析
5.7　Mach上的調(diào)度
多處理器支持
5.8　Digital UNIX的實時調(diào)度
多處理器支持
5.9　其他調(diào)度實現(xiàn)
5.9.1　公平調(diào)度方法
5.9.2　最終期限驅(qū)動調(diào)度方法
5.9.3　三級調(diào)度器
5.10　小結(jié)
5.11　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第6章　進(jìn)程間通信
6.1　簡介
6.2　通用的IPC方法
6.2.1　信號
6.2.2　管道
6.2.3　SVR4管道
6.2.4　進(jìn)程跟蹤
6.3　System V IPC
6.3.1　公共元素
6.3.2　信號量
6.3.3　消息隊列
6.3.4　共享內(nèi)存
6.3.5　討論
6.4　Mach IPC
基本概念
6.5　消息
6.5.1　消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6.5.2　消息傳遞接口
6.6　端口
6.6.1　端口命名空間
6.6.2　端口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
6.6.3　端口轉(zhuǎn)換
6.7　消息傳遞
6.7.1　轉(zhuǎn)換端口權(quán)利
6.7.2　out-of-line內(nèi)存
6.7.3　控制流
6.7.4　通知
6.8　端口操作
6.8.1　銷毀端口
6.8.2　備份端口
6.8.3　端口集合
6.8.4　端口插補(bǔ)
6.9　擴(kuò)展性
6.10　Mach 3.0的增強(qiáng)
6.10.1　一次性的發(fā)送權(quán)利
6.10.2　Mach 3.0的通知
6.10.3　發(fā)送權(quán)利的用戶引用計數(shù)
6.11　討論
6.12　小結(jié)
6.13　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章　同步和多處理器
7.1　簡介
7.2　傳統(tǒng)UNIX內(nèi)核里的同步機(jī)制
7.2.1　中斷屏蔽
7.2.2　睡眠和喚醒
7.2.3　傳統(tǒng)方法的局限性
7.3　多處理器系統(tǒng)
7.3.1　內(nèi)存模型
7.3.2　同步支持
7.3.3　軟件體系架構(gòu)
7.4　多處理器的同步問題
7.4.1　喚醒丟失問題
7.4.2　驚群問題
7.5　信號量
7.5.1　信號量提供互斥操作
7.5.2　使用信號量提供事件等待
7.5.3　使用信號量來控制可計數(shù)的資源
7.5.4　信號量的缺點
7.5.5　Convoy
7.6　自旋鎖
7.7　條件變量
7.7.1　實現(xiàn)問題
7.7.2　事件
7.7.3　阻塞鎖
7.8　讀寫鎖
7.8.1　設(shè)計考慮
7.8.2　實現(xiàn)
7.9　引用計數(shù)
7.10　其他考慮
7.10.1　死鎖避免
7.10.2　遞歸鎖
7.10.3　阻塞還是自旋
7.10.4　鎖什么
7.10.5　粒度和持續(xù)時間
7.11　案例研究
7.11.1　SVR4.2/MP
7.11.2　Digital UNIX
7.11.3　其他實現(xiàn)
7.12　小結(jié)
7.13　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章　文件系統(tǒng)接口和框架
8.1　簡介
8.2　文件的用戶接口
8.2.1　文件和目錄
8.2.2　文件屬性
8.2.3　文件描述符
8.2.4　文件I/O
8.2.5　分散-聚集I/O
8.2.6　文件鎖機(jī)制
8.3　文件系統(tǒng)
8.4　特殊文件
8.4.1　符號鏈接
8.4.2　管道和FIFO
8.5文件系統(tǒng)框架
8.6Vnode/Vfs架構(gòu)
8.6.1目標(biāo)
8.6.2　從設(shè)備I/O得到的注解
8.6.3　vnode/vfs接口概覽
8.7　實現(xiàn)概覽
8.7.1　目標(biāo)
8.7.2　Vnodes以及打開文件
8.7.3　Vnode
8.7.4　Vnode引用計數(shù)
8.7.5　Vfs對象
8.8　文件系統(tǒng)相關(guān)對象
8.8.1　每個文件的私有數(shù)據(jù)
8.8.2　vnodeops結(jié)構(gòu)
8.8.3　vfs層中文件系統(tǒng)相關(guān)部分
8.9　掛載文件系統(tǒng)
8.9.1　虛擬文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換表
8.9.2　mount函數(shù)實現(xiàn)
8.9.3　VFS_MOUNT過程
8.10　文件操作
8.10.1　路徑遍歷
8.10.2　目錄名查找緩存
8.10.3　VOP_LOOKUP操作
8.10.4　打開文件
8.10.5　文件I/O
8.10.6　文件屬性
8.10.7　用戶憑據(jù)
8.11　分析
8.11.1　SVR4系統(tǒng)實現(xiàn)的缺點
8.11.2　4.4BSD模型
8.11.3　OSF/1方法
8.12　小結(jié)
8.13　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章　文件系統(tǒng)的實現(xiàn)
9.1　簡介
9.2　System V文件系統(tǒng)（s5fs）
9.2.1　目錄
9.2.2　inode
9.2.3　超級塊
9.3　s5fs內(nèi)核組織
9.3.1　內(nèi)存inode
9.3.2　inode查找
9.3.3　文件I/O
9.3.4　inode的分配和回收
9.4　s5fs的分析
9.5　伯克利快速文件系統(tǒng)（FFS）
9.6　硬盤結(jié)構(gòu)
9.7　磁盤組織
9.7.1　塊和片段
9.7.2　分配策略
9.8　FFS的增強(qiáng)功能
9.9　分析
9.10　臨時文件系統(tǒng)
9.10.1　內(nèi)存文件系統(tǒng)
9.10.2　tmpfs文件系統(tǒng)
9.11　特殊用途文件系統(tǒng)
9.11.1　specfs文件系統(tǒng)
9.11.2　/proc文件系統(tǒng)
9.11.3　處理器文件系統(tǒng)
9.11.4　Trans lucent文件系統(tǒng)
9.12　舊的緩沖區(qū)緩存
9.12.1　基本操作
9.12.2　緩沖區(qū)頭結(jié)構(gòu)
9.12.3　優(yōu)點
9.12.4　缺點
9.12.5　保證文件系統(tǒng)的一致性
9.13　小結(jié)
9.14　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第10章　分布式文件系統(tǒng)
10.1　簡介
10.2　分布式文件系統(tǒng)的一般特征
10.3　網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)
10.3.1　用戶視角
10.3.2　設(shè)計目標(biāo)
10.3.3　NFS的組件
10.3.4　無狀態(tài)設(shè)計
10.4　NFS協(xié)議集
10.4.1　外部數(shù)據(jù)表示
10.4.2　遠(yuǎn)程過程調(diào)用
10.5　NFS實現(xiàn)
10.5.1　控制流
10.5.2　文件句柄
10.5.3　掛載操作
10.5.4　路徑名的查找
10.6　UNIX語義
10.6.1　打開文件許可
10.6.2　已打開文件的刪除
10.6.3　讀寫操作
10.7　NFS性能
10.7.1　性能瓶頸
10.7.2　客戶端緩存
10.7.3　延遲寫
10.7.4　重傳緩存
10.8　專用NFS服務(wù)器
10.8.1　Auspex的Functional Multiprocessor 架構(gòu)
10.8.2　IBM的HA-NFS服務(wù)器
10.9　NFS安全
10.9.1　NFS訪問控制
10.9.2　UID重映射
10.9.3　根用戶重映射
10.10　NFS版本
10.11　遠(yuǎn)程文件共享
10.12　RFS架構(gòu)
10.12.1　遠(yuǎn)程消息協(xié)議
10.12.2　有狀態(tài)操作
10.13　RFS實現(xiàn)
10.13.1　遠(yuǎn)程掛載
10.13.2　RFS客戶端和服務(wù)器
10.13.3　崩潰恢復(fù)
10.13.4　其他問題
10.14　客戶端緩存
10.15　Andrew文件系統(tǒng)
10.15.1　可伸縮架構(gòu)
10.15.2　存儲和命名空間的組織
10.15.3　會話級語義
10.16　AFS實現(xiàn)
10.16.1　緩存與一致性
10.16.2　路徑名查找
10.16.3　安全性
10.17　AFS的不足
10.18　DCE的分布式文件系統(tǒng)
10.18.1　DFS架構(gòu)
10.18.2　緩存一致性
10.18.3　令牌管理器
10.18.4　DFS的其他服務(wù)
10.18.5　分析
10.19　小結(jié)
10.20　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第11章　高級文件系統(tǒng)
11.1　簡介
11.2　傳統(tǒng)文件系統(tǒng)的局限
11.3　文件系統(tǒng)簇（SUN-FFS）
11.4　日志方法
11.5　日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)
11.6　4.4BSD日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)
11.7　元數(shù)據(jù)日志
11.8　Episode文件系統(tǒng)
11.9　"看門狗"監(jiān)視器
11.10　4.4BSD的portal文件系統(tǒng)
11.11　可堆疊文件系統(tǒng)層次
11.12　4.4BSD文件系統(tǒng)接口
11.13　小結(jié)
11.14　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第12章　內(nèi)核內(nèi)存分配
12.1　簡介
12.2　功能需求
12.3　資源映射分配器
12.4　簡單的冪空閑鏈表分配器
12.5　McKusick-Karels分配器
12.6　伙伴系統(tǒng)
12.7　SVR4的惰性伙伴算法
12.8　Mach和OSF/1的區(qū)塊分配器
12.9　一種針對多處理器系統(tǒng)的分層式分配器
12.10　Solaris 2.4的Slab分配器
12.11　小結(jié)
12.12　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第13章　虛擬內(nèi)存
13.1　簡介
13.2　按需分頁
13.3　對硬件的需求
13.4　4.3BSD-案例研究
13.5　4.3 BSD 內(nèi)存管理操作
13.6　分析
13.7　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第14章　SVR4 VM架構(gòu)
14.1　簡介
14.2　內(nèi)存映射文件
14.3　VM的設(shè)計理念
14.4　基礎(chǔ)抽象
14.5　段驅(qū)動程序
14.6　交換層
14.7　VM操作
14.8　與vnode子系統(tǒng)的交互
14.9　Solaris的虛擬交換空間
14.10　分析
14.11　性能改進(jìn)
14.12　小結(jié)
14.13　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第15章　其他內(nèi)存管理技術(shù)
15.1　簡介
15.2　Mach的內(nèi)存管理設(shè)計
15.3　內(nèi)存共享機(jī)制
15.4　內(nèi)存對象與Pager
15.5　外部pager和內(nèi)部pager
15.6　頁面替換
15.7　分析
15.8　4.4BSD的內(nèi)存管理
15.9　旁路轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)的一致性
15.10　Mach中的TLB擊落算法
15.11　SVR4和SVR4.2 UNIX中的TLB一致性
15.12　其他TLB一致性算法
15.13　虛擬地址緩存
15.14　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第16章　設(shè)備驅(qū)動和I/O
16.1　簡介
16.2　概述
16.3　設(shè)備驅(qū)動程序框架
16.4　輸入輸出（I/O）子系統(tǒng)
16.5　poll系統(tǒng)調(diào)用
16.6　塊設(shè)備I/O操作
16.7　DDI/DKI規(guī)范
16.8　更新的SVR4發(fā)行版
16.9　未來方向
16.10　小結(jié)
16.11　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第17章　STREAMS
17.1　動機(jī)
17.2　概述
17.3　消息和隊列
17.4　流I/O
17.5　配置和設(shè)置
17.6　STREAMS的ioctl命令
17.7　內(nèi)存分配
17.8　多路復(fù)用
17.9　FiFO和管道
17.10　網(wǎng)絡(luò)接口
17.11　小結(jié)
17.12　練習(xí)題
參考文獻(xiàn)