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第一章 Linux概述1

1.1操作系统内核1

1.2 Linus与Linux3

1.3 Linux内核结构6

1.4 Linux发布10

1.5 Unix与Linux哲学12

思考题21

第二章 平台与工具22

2.1硬件平台22

2.2 Intel处理器体系结构23

2.2.1处理器操作模式23

2.2.2段页式内存管理24

2.2.3内存管理的变化与扩展28

2.2.4内存保护29

2.2.5进程管理30

2.2.6中断处理31

2.2.7 APIC33

2.2.8处理器初始化34

2.2.9寄存器与特权指令35

2.3 GNU C语言36

2.4 GNU汇编语言38

2.4.1 GNU汇编格式38

2.4.2 AT&T指令语法40

2.4.3 GNU内嵌汇编41

2.5 GNU链接脚本43

2.6常用数据结构45

2.6.1通用链表45

2.6.2红黑树46

思考题48

第三章 引导与初始化49

3.1内核引导49

3.2实模式初始化51

3.3内核解压缩52

3.4内核预初始化53

3.5第0级初始化56

3.6第1级初始化74

3.7 AP初始化81

思考题82

第四章 中断处理83

4.1中断处理流程83

4.2异常处理85

4.2.1异常处理流程86

4.2.2内核异常捕捉86

4.3外部中断处理88

4.3.1硬处理管理结构88

4.3.2设备中断硬处理管理接口92

4.3.3外部中断硬处理94

4.3.4外部中断软处理97

4.4系统调用101

4.4.1系统调用表102

4.4.2标准函数库103

4.4.3系统调用处理104

4.4.4快速系统调用105

思考题107

第五章 时钟管理108

5.1时钟管理系统组成结构108

5.2时钟设备管理109

5.2.1时钟设备管理结构109

5.2.2 PIT设备110

5.2.3 HPET设备111

5.2.4 Local APIC设备112

5.2.5当前时钟设备113

5.3计时器管理114

5.4周期性时钟中断115

5.4.1周期性时钟中断处理115

5.4.2时间管理116

5.4.3定时管理118

5.5单发式时钟中断127

5.5.1高精度单发中断模式127

5.5.2高精度单发式时钟中断处理128

5.5.3高精度周期性时钟中断仿真129

5.5.4低精度单发中断模式130

5.6变频式周期性时钟中断131

5.6.1变频管理结构131

5.6.2高精度周期性时钟中断暂停132

5.6.3低精度周期性时钟中断暂停133

思考题134

第六章 物理内存管理135

6.1内存管理系统组成结构135

6.2伙伴内存管理136

6.2.1伙伴内存管理结构137

6.2.2伙伴内存初始化141

6.2.3物理页块分配144

6.2.4内核线性地址分配146

6.2.5物理页块释放148

6.3逻辑内存管理149

6.4对象内存管理151

6.4.1 Slab管理器151

6.4.2 Slub管理器157

6.4.3 Slob管理器160

思考题162

第七章 进程管理164

7.1进程管理结构164

7.2进程创建172

7.3进程调度175

7.3.1 Linux调度器的演变175

7.3.2普通进程调度类179

7.3.3实时进程调度类181

7.3.4空闲进程调度类183

7.3.5通用调度器184

7.3.6 Linux调度器的增强188

7.4进程终止190

7.4.1子进程退出操作exit190

7.4.2父进程回收操作wait191

思考题192

第八章 虚拟内存管理193

8.1虚拟内存管理结构193

8.2虚拟内存区域管理198

8.2.1虚拟地址空间布局199

8.2.2虚拟内存区域操作200

8.3虚拟地址空间建立202

8.3.1可执行文件202

8.3.2加载函数204

8.3.3 ELF文件加载205

8.3.4动态链接器初始化208

8.3.5 ELF格式动态链接208

8.4页故障处理210

8.4.1页故障异常处理流程210

8.4.2非法访问页故障处理211

8.4.3有效用户页故障处理212

8.4.4有效内核页故障处理215

8.5页面回收216

8.5.1页面换出位置216

8.5.2页面淘汰算法219

8.5.3页面回收流程221

8.5.4优化措施223

思考题224

第九章 互斥与同步225

9.1基础操作225

9.1.1格栅操作225

9.1.2原子操作226

9.1.3抢占屏蔽操作227

9.1.4睡眠与等待操作228

9.2自旋锁229

9.2.1自旋锁的概念229

9.2.2经典自旋锁230

9.2.3带中断屏蔽的自旋锁231

9.2.4读写自旋锁232

9.3序号锁234

9.4 RCU机制235

9.4.1 RCU实现思路235

9.4.2 RCU管理结构237

9.4.3宽限期启动241

9.4.4宽限期终止242

9.5 信号量243

9.5.1经典信号量244

9.5.2互斥信号量245

9.5.3读写信号量246

9.6信号量集合248

9.6.1管理结构249

9.6.2信号量操作252

思考题253

第十章 进程间通信254

10.1信号254

10.1.1信号定义254

10.1.2信号管理结构256

10.1.3信号处理程序注册257

10.1.4信号发送258

10.1.5信号处理260

10.1.6信号接收263

10.2管道263

10.2.1管道的意义264

10.2.2匿名管道264

10.2.3命名管道266

10.3消息队列267

10.3.1 System V消息队列267

10.3.2 POSIX消息队列270

10.4共享内存274

10.4.1共享文件映射274

10.4.2 POSIX共享内存276

10.4.3 System V共享内存279

思考题280

第十一章 虚拟文件系统282

11.1虚拟文件系统管理结构282

11.1.1虚拟文件系统框架283

11.1.2超级块结构284

11.1.3索引节点结构284

11.1.4目录项结构287

11.2文件系统管理288

11.2.1文件系统注册288

11.2.2文件系统安装289

11.2.3文件系统卸载293

11.3文件管理293

11.3.1路径名解析294

11.3.2文件管理操作297

11.4文件I/O操作299

11.4.1文件描述符表299

11.4.2文件打开与关闭302

11.4.3文件内容读写304

11.5文件缓存管理305

11.5.1缓存管理基数树305

11.5.2文件地址空间307

11.5.3缓存管理机制308

11.5.4文件读写操作310

思考题311

第十二章 物理文件系统312

12.1块设备管理312

12.1.1块设备的用户表示313

12.1.2块设备的物理表示313

12.1.3块设备的逻辑表示315

12.1.4请求队列317

12.1.5请求递交320

12.1.6请求处理321

12.2 EXT文件系统321

12.2.1 EXT文件系统布局322

12.2.2 EXT管理结构323

12.2.3 EXT逻辑块管理330

12.2.4 EXT inode管理333

12.2.5 EXT文件系统类型335

12.2.6 EXT超级块操作集335

12.2.7 EXT inode操作集336

12.2.8 EXT文件操作集338

12.2.9 EXT地址空间操作集338

思考题340

参考文献341