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第1章 总览1

1.1 简介1

1.2 Linux学习曲线和职业曲线4

1.2.1 给自己定级4

1.2.2 使用者8

1.2.3 开发者17

1.3 如何形成一个内核24

1.3.1 内核形成过程24

1.3.2 Exokernels和Anykernel25

1.3.3 内核为何使用C语言26

第2章 内核架构29

2.1 常见架构范式与核心系统29

2.1.1 Linux内核上下层通信方式29

2.1.2 横向系统和纵向系统32

2.2 基础功能元素32

2.2.1 模块支持32

2.2.2 模块编程可以使用的内核组件37

2.3 特殊硬件框架39

2.4 特殊软件机制41

第3章 内核数据结构47

3.1 链表与哈希表47

3.1.1 双向链表48

3.1.2 hlist48

3.1.3 ScatterList50

3.1.4 llist51

3.2 其他数据结构53

3.2.1 树53

3.2.2 FIFO文件53

3.2.3 位数组bitmap57

第4章 Linux系统的启动59

4.1 启动的硬件支持59

4.1.1 固件59

4.1.2 磁盘分区管理60

4.2 Bootloader和内核二进制62

4.2.1 Bootloader62

4.2.2 内核二进制63

4.3 Linux的启动原理64

4.3.1 Linux的最小系统制作和启动65

4.3.2 initrd文件系统66

4.3.3 EFI启动桩68

4.3.4 启动管理程序69

4.3.5 Linux内核启动顺序74

第5章 进程75

5.1 进程原理75

5.1.1 服务与进程75

5.1.2 资源与进程76

5.1.3 进程概念76

5.1.4 父子关系77

5.1.5 ptrace系统调用82

5.2 进程调度90

5.2.1 调度策略91

5.2.2 进程调度策略的配置92

5.2.3 公平问题92

5.2.4 内核线程的调度93

5.3 资源94

5.3.1 资源锁94

5.3.2 资源限制96

5.3.3 进程对系统内存的使用97

5.4 多进程与进程通信98

5.4.1 多进程模型98

5.4.2 用户进程间通信99

5.4.3 内核与用户空间的进程通信103

5.4.4 Netlink功能模块105

5.4.5 其他Netlink种类106

5.4.6 genetlink的使用108

5.4.7 inet_diag模块112

5.4.8 RTNETLINK116

第6章 Linux内核内存管理121

6.1 内存模型121

6.1.1 内存模型概览121

6.1.2 内存组织方式122

6.2 申请和释放内存124

6.2.1 高端内存124

6.2.2 设备内存映射125

6.2.3 启动时内存的申请和释放：bootmem126

6.2.4 Mempool126

6.2.5 CMA（连续内存分配器）127

6.2.6 伙伴算法127

6.2.7 slab127

6.2.8 用户端内存管理基础组件128

6.3 内存组件129

6.3.1 内存回收算法（PFRA）129

6.3.2 其他内存功能组件130

6.3.3 内存压缩132

6.3.4 BDI（backing device info）133

第7章 安全137

7.1 概览137

7.2 密码学138

7.2.1 密码学概览138

7.2.2 摘要139

7.2.3 加密140

7.2.4 认证141

7.2.5 数字签名142

7.2.6 秘钥交换142

7.3 Linux用户和权限系统143

7.3.1 系统启动时的权限143

7.3.2 系统启动后的权限144

7.3.3 内核中的用户和权限模型145

7.3.4 Linux安全体系146

7.4 网络安全148

7.4.1 netfilter概览148

7.4.2 Filter（LSF、BPF、eBPF）151

7.5 函数调用的调试163

7.6 内核调试164

7.7 PAM和Apparmor170

7.8 内核安全175

7.9 常用安全工具和项目175

第8章 网络180

8.1 网络架构180

8.2 socket185

8.2.1 socket简介185

8.2.2 类型与接口186

8.2.3 Linux socket连接模型190

8.3 IP191

8.3.1 IP管理191

8.3.2 IP隧道193

8.4 TCP201

8.4.1 TCP存在的原因201

8.4.2 TCP的连接状态202

8.4.3 TCP拥塞控制207

8.4.4 TCP其他的功能特点215

8.5 网络服务质量与安全性217

8.5.1 TCP安全性217

8.5.2 QoS221

8.5.3 NAT225

第9章 总线与设备变动229

9.1 PCI229

9.2 USB238

9.2.1 USB概览238

9.2.2 USB子系统上层（USB设备驱动层）239

9.2.3 USB子系统的中层（USB core）和下层242

9.2.4 Platform总线244

9.3 用户空间的设备管理244

9.3.1 设备变化通知用户端245

9.3.2 设备类型247

9.3.3 内核数据结构的面向用户组织KObject253

第10章 二进制254

10.1 函数调用254

10.1.1 函数调用约定254

10.1.2 栈结构258

10.2 Linux的二进制兼容性问题260

10.2.1 进程的执行260

10.2.2 同操作系统下的ABI261

10.2.3 内核版本262

10.2.4 库263

10.2.5 编译器265

10.3 ELF文件执行原理265

10.3.1 ELF文件分类265

10.3.2 ELF文件格式266

10.3.3 进程加载器280

10.3.4 链接与执行281

10.3.5 ELF文件的初始化284

10.3.6 进程初始化前的加载285

10.3.7 链接环境变量287

10.3.8 内核加载ELF288

10.3.9 Audit接口289

10.3.10 一个简单的ELF解析程序289

10.4 ELF的安全性292

10.4.1 二进制修改293

10.4.2 二进制格式的病毒和木马297

10.4.3 二进制安全特性简介298

第11章 存储301

11.1 磁盘管理301

11.2 存储协议304

11.3 通用块层抽象314

11.3.1 通用块层功能概览314

11.3.2 数据完整性校验316

11.3.3 设备抽象317

11.3.4 BIO和bio_set317

11.3.5 request318

11.3.6 request_queue319

11.3.7 电梯算法320

11.4 缓存层330

11.4.1 BDI：缓存设备330

11.4.2 页回收332

11.4.3 缓存机制334

11.4.4 缓存页的状态337

11.5 文件系统338

11.5.1 文件系统的种类和选用339

11.5.2 拥有特殊功能的文件系统339

11.5.3 其他领域的文件系统343

11.5.4 文件系统的意义344

11.5.5 文件系统的抽象：VFS345

11.5.6 ext4346

11.6 存储系统348

11.6.1 存储形式348

11.6.2 存储格式350

11.6.3 分布式存储系统350

第12章 虚拟化与云358

12.1 常见的虚拟化方案358

12.2 虚拟文件系统361

12.3 cgroup363

12.4 Docker369

第13章 硬件专用子系统374

13.1 无线子系统374

13.2 音频子系统380