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第一篇 基本框架3

第1章 Linux内核概述3

1.1 UNIX与Linux3

1.1.1 UNIX3

1.1.2 Linux3

1.1.3 宏内核与微内核6

1.1.4 Linux内核源码及版本6

1.2 Linux内核模型11

1.2.1 多视角下的内核11

1.2.2 功能模型14

1.2.3 内存模型15

1.2.4 时空模型16

1.2.5 特权模型17

1.3 本书局限性18

小结18

第2章 进程影像20

2.1 从源代码到进程20

2.1.1 源代码、目标文件20

2.1.2 可执行文件与进程影像26

2.2 proc中的进程32

2.2.1 进程内存空间32

2.2.2 进程运行状态等信息33

2.3 进程空间35

2.3.1 进程空间描述符36

2.3.2 虚存区域VMA40

2.3.3 VMA属性45

2.4 ELF可执行文件装入过程48

2.4.1 ELF装入函数49

2.4.2 ELF格式49

2.5 进程空间的动态变化54

2.5.1 VMA上的操作54

2.5.2 文件映射55

2.5.3 堆的调整58

2.5.4 栈的变化60

2.6 并发的进程空间60

小结61

第3章 虚拟空间的物理支撑63

3.1 物理内存组织与管理64

3.1.1 节点与内存域64

3.1.2 物理页帧79

3.1.3 buddy系统84

3.1.4 页帧迁移94

3.1.5 内存热插拔98

3.2 地址映射与页表99

3.2.1 分页机制与页表99

3.2.2 缺页异常103

3.3 内核空间104

3.3.1 一致映射与高端内存104

3.3.2 一致内存分配108

3.3.3 非一致内存分配109

3.3.4 slub分配器115

小结130

第4章 进程组织与基础行为131

4.1 进程组织管理131

4.1.1 PCB进程控制块131

4.1.2 命名空间135

4.1.3 进程标识141

4.1.4 进程间关系148

4.1.5 进程资源限制151

4.2 进程创建与撤销152

4.2.1 进程创建152

4.2.2 execve系统调用159

4.2.3 内核线程160

4.2.4 Linux进程树162

4.2.5 进程的撤销167

4.3 进程切换167

4.3.1 切换时机168

4.3.2 切换过程169

4.3.3 切换示例178

小结181

第5章 进程调度与负载均衡193

5.1 调度与均衡基本框架193

5.2 进程状态与转换194

5.2.1 进程调度状态194

5.2.2 进程状态变迁196

5.3 进程调度198

5.3.1 调度框架198

5.3.2 完全公平调度215

5.3.3 实时调度230

5.3.4 STOP和IDLE调度类234

5.3.5 调度控制与proc接口236

5.4 负载均衡241

5.4.1 处理器层次结构242

5.4.2 调度的层次管理243

5.4.3 CFS任务的负载均衡250

5.4.4 实时负载均衡254

小结258

第6章 进程间通信与同步259

6.1 管道通信260

6.1.1 无名管道260

6.1.2 命名管道261

6.1.3 管道数据结构261

6.1.4 管道操作266

6.2 SystemVIPC269

6.2.1 IPC标识与命名空间269

6.2.2 IPC公共框架275

6.2.3 IPC信号量279

6.2.4 IPC消息队列283

6.2.5 IPC共享内存287

6.3 信号290

6.3.1 信号分类290

6.3.2 数据结构294

6.3.3 信号产生与发送302

6.3.4 信号的递交和处理305

小结312

第7章 内核活动313

7.1 中断分类313

7.1.1 x86的中断和异常314

7.1.2 后半部机制与软中断315

7.1.3 中断相关概念的关系315

7.2 中断处理316

7.2.1 中断号317

7.2.2 中断描述符表320

7.2.3 公共入口325

7.2.4 异常处理329

7.3 高层中断处理332

7.3.1 转向高层处理333

7.3.2 中断的高层数据结构336

7.3.3 中断返回处理342

7.3.4 中断的线程化349

7.4 中断嵌套与中断管理350

7.4.1 中断嵌套与中断上下文350

7.4.2 中断管理353

7.5 软中断和tasklet355

7.5.1 中断的下半部355

7.5.2 软中断执行时机356

7.5.3 相关数据结构360

7.5.4 软中断的执行361

7.5.5 软中断的相关操作363

7.5.6 tasklet365

7.6 工作队列369

7.6.1 工作队列机制369

7.6.2 cmwq数据结构371

7.6.3 工作项371

7.6.4 cmwq工作队列375

7.6.5 工作者池worker pool383

7.6.6 并发度、应急处理等386

7.7 系统调用388

7.7.1 POSIX API、C库和系统调用388

7.7.2 系统调用的实现389

小结399

第8章 时间管理400

8.1 时间管理框架400

8.1.1 基本概念400

8.1.2 时间中断和事件406

8.1.3 clock event device与tick device407

8.1.4 TIMER SOFTIRQ软中断413

8.1.5 timekeeper414

8.2 定时器416

8.2.1 低分辨率定时器416

8.2.2 高精度定时器419

8.2.3 模拟tick事件422

8.2.4 通知链技术423

小结424

第9章 内核并发与同步426

9.1 同步的需求426

9.1.1 内核并发情形426

9.1.2 内核抢占429

9.2 内核共享变量的保护432

9.2.1 被保护对象432

9.2.2 保护原则433

9.2.3 禁止内核并发435

9.3 内核同步手段437

9.3.1 原子操作437

9.3.2 自旋锁、读写锁和顺序锁439

9.3.3 RCU机制444

9.3.4 顺序和屏障447

9.3.5 信号量与互斥量448

9.3.6 等待队列与完成变量452

9.3.7 每CPU变量455

小结458

第二篇 盘根错节的文件系统461

第10章 文件系统461

10.1 文件系统的抽象层次461

10.1.1 进程视角下的文件462

10.1.2 VFS虚拟文件系统468

10.1.3 多角度分层模型472

10.2 VFS核心对象475

10.2.1 文件对象475

10.2.2 目录项对象479

10.2.3 索引节点对象484

10.2.4 超级块对象490

10.3 文件系统类型与挂载495

10.3.1 文件系统类型与注册495

10.3.2 挂载操作503

10.3.3 挂载模式513

10.3.4 特殊文件系统519

小结525

第11章 页缓存和块缓存526

11.1 页高速缓存527

11.1.1 address_space528

11.1.2 页高速缓存的组织530

11.1.3 反向映射534

11.2 块高速缓存540

11.2.1 块缓存540

11.2.2 LRU块缓存542

11.2.3 块缓存操作543

小结547

第12章 VFS的文件操作548

12.1 VFS系统调用548

12.2 open()与close()系统调用549

12.2.1 open的框架549

12.2.2 文件定位过程552

12.2.3 close()系统调用558

12.3 读／写系统调用558

12.3.1 入口代码560

12.3.2 通用write写例程568

12.3.3 通用read读例程570

12.3.4 其他读写细节583

12.3.5 向BIO层提交请求587

小结588

第13章 ext2文件系统590

13.1 ext2磁盘数据结构590

13.1.1 磁盘分区的组织590

13.1.2 块组描述符和位图591

13.1.3 盘上和内存数据结构592

13.2 ext2超级块593

13.2.1 ext2超级块数据结构593

13.2.2 挂载与访问597

13.3 ext2索引节点598

13.3.1 盘上ext2索引节点599

13.3.2 内存ext2索引节点601

13.3.3 inode_operations603

13.3.4 ext2地址空间与文件操作604

13.4 目录及目录项607

13.4.1 ext2_dir_entry607

13.4.2 ext2_lookup()609

小结610

第14章 页缓存同步（回写）611

14.1 同步／回写、交换与回收611

14.2 脏页同步（回写）613

14.2.1 回写机制演变613

14.2.2 同步时机与框架615

14.2.3 基本数据结构617

14.3 回写接口627

14.3.1 sync系列系统调用627

14.3.2 sys_sync()628

14.3.3 sys_syncfs633

14.3.4 单个文件的同步635

14.3.5 被动回写637

14.4 回写工作队列638

14.4.1 初始化638

14.4.2 工作队列处理函数640

14.5 回写操作643

14.5.1 do_writepages()644

14.5.2 ext2_writepages()645

14.5.3 回写等待647

小结649

第15章 内存回收与交换650

15.1 页帧回收650

15.1.1 直接释放650

15.1.2 LRU页帧组织651

15.1.3 PFRA回收算法655

15.2 核心回收操作659

15.2.1 shrink_zone()659

15.2.2 shrink_slab()666

15.2.3 解除页表映射667

15.3 交换667

15.3.1 交换功能668

15.3.2 交换分区668

15.3.3 交换缓存673

小结675

第16章 设备管理676

16.1 设备管理组织676

16.1.1 设备驱动模型677

16.1.2 sysfs678

16.1.3 基础组件679

16.1.4 容器682

16.2 设备的VFS接口688

16.2.1 设备文件689

16.2.2 从VFS中访问设备691

16.3 字符设备693

16.3.1 设备的散列组织694

16.3.2 初始化与注册695

16.3.3 打开字符设备696

16.4 PCI设备698

16.4.1 pci_bus_type和pci_bus699

16.4.2 pci_driver700

16.4.3 pci_dev701

16.4.4 uevent704

小结705

第17章 块设备706

17.1 基本概念706

17.1.1 块设备层706

17.1.2 传送单位708

17.2 块设备层组件709

17.2.1 磁盘与磁盘分区709

17.2.2 块设备712

17.2.3 请求队列715

17.3 提交请求及处理728

17.3.1 plug/unplug机制728

17.3.2 提交请求733

17.3.3 提交到驱动程序742

17.3.4 硬盘的request_fn744

17.3.5 中断处理746

17.4 IO调度749

17.4.1 IO调度器749

17.4.2 调度器数据结构751

17.5 初始化及注册754

17.5.1 块设备初始化754

17.5.2 硬盘初始化759

小结764

附录765

后记774