Linux内核编程

第1 章 概述　　 1
1.1 UNIX 的历史　　 2
1.2 标准和通用接口　　 3
1.3 自由软件和开放源码 　　3
1.4 Linux 发布版概览　　 3
1.41 Debian　　 4
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第1 章 概述　　 1
1.1 UNIX 的历史　　 2
1.2 标准和通用接口　　 3
1.3 自由软件和开放源码 　　3
1.4 Linux 发布版概览　　 3
1.41 Debian　　 4
1.42 Red Hat/Fedora 4
1.43 Mandriva　　 4
1.44 SUSE 　　 4
1.45 Gentoo 　　 4
1.46 Yellow Dog 　　5
1.47 其他发布版　　 5
1.5 内核版本信息　　 5
1.6 基于Power 的Linux 　　5
1.7 什么是操作系统　　 6
1.8 内核组织　　 7
1.9 Linux 内核概述　　 7
1.9.1 用户接口　　 7
1.9.2 用户标识符 　　8
1.9.3 文件和文件系统 　　8
1.9.4 进程　　 12
1.9.5 系统调用　　 15
1.9.6 Linux 调度程序　　 15
1.9.7 Linux 设备驱动程序 　　15
1.10 可移植性和体系结构的相关性　　 16
1.11 小结　　 16
1.12 习题　　 16
第2 章 内核探索工具集 　　18
2.1 内核中常见的数据类型 　　18
2.1.1 链表　　 18
2.1.2 查找　　 21
2.1.3 树　　 22
2.2 汇编　　 24
2.2.1 PowerPC 　　 24
2.2.2 x86 　　 27
2.3 汇编语言示例　　 29
2.3.1 x86 中的汇编示例 　　30
2.3.2 PowerPC 中的汇编示例 　　31
2.4 内联汇编　　 33
2.4.1 输出操作数 　　34
2.4.2 输入操作数 　　34
2.4.3 已修改过的寄存器（已修改的元素列表） 34
2.4.4 参数的编号方式　　 34
2.4.5 约束条件　　 34
2.4.6 asm 　　 35
2.4.7 __volatile__ 　　35
2.5 特殊的C 语言用法 　　38
2.5.1 asmlinkage　　 38
2.5.2 UL　　 39
2.5.3 内联　　 39
2.5.4 const 和volatile　　 39
2.6 内核探索工具一览　　 40
2.6.1 objdump/readelf　　 40
2.6.2 hexdump 　　 41
2.6.3 nm　　 41
2.6.4 objcopy 　　 42
2.6.5 ar　　 42
2.7 内核发言：倾听来自内核的消息 　　42
2.7.1 printk()　　 42
2.7.2 dmesg　　 42
2.7.3 /var/log/messages　　 42
2.8 其他奥秘　　 43
2.8.1 __init　　 43
2.8.2 likely()和unlikely()　　 43
2.8.3 IS_ERR 和PTR_ERR 　　44
2.8.4 通告程序链 　　44
2.9 小结　　 45
2.9.1 项目：Hellomod 　　45
2.9.2 第一步：构造Linux 模块的框架　　 45
2.9.3 第二步：编译模块　　 46
2.9.4 第三步：运行代码 　　47
2.10 习题　　 48
第3 章 进程：程序执行的基本模型　　 49
3.1 程序　　 51
3.2 进程描述符　　 52
3.2.1 与进程属性相关的字段 　　54
3.2.2 与调度相关的字段 　　55
3.2.3 涉及进程间相互关系的字段 　　58
3.2.4 与进程信任状相关的字段 　　59
3.2.5 与进程权能相关的字段　　 60
3.2.6 与进程限制相关的字段 　　61
3.2.7 与文件系统及地址空间相关的字段　　 63
3.3 进程的创建：系统调用fork()、vfork 和clone() 　　64
3.3.1 fork()函数 　　65
3.3.2 vfork()函数 　　66
3.3.3 clone()函数　　 67
3.3.4 do_fork()函数 　　68
3.4 进程的生命周期　　 70
3.4.1 进程的状态 　　70
3.4.2 进程状态的转换 　　71
3.5 进程的终止　　 74
3.5.1 sys_exit() 函数 　　75
3.5.2 do_exit()函数 　　75
3.5.3 通知父进程和sys_wait4() 　　77
3.6 了解进程的动态：调度程序的基本构架　　 80
3.6.1 基本结构　　 80
3.6.2 从等待中醒来或者激活 　　81
3.7 等待队列　　 86
3.7.1 添加到等待队列 　　88
3.7.2 等待事件　　 89
3.7.3 唤醒进程　　 91
3.8 异步执行流程　　 93
3.8.1 异常　　 93
3.8.2 中断　　 95
3.9 小结　　 114
3.9.1 项目：系统变量current　　 114
3.9.2 项目源码　　 115
3.9.3 运行代码　　 116
3.10 习题　　 116
第4 章 内存管理　　 117
4.1 页　　 119
4.2 内存管理区　　 121
4.2.1 内存管理区描述符 　　122
4.2.2 内存管理区操作辅助函数 　　124
4.3 页面　　 124
4.3.1 请求页面的函数 　　124
4.3.2 释放页面的函数 　　126
4.3.3 伙伴系统 　　126
4.4 Slab 分配器　　 130
4.4.1 缓存描述符　　 133
4.4.2 通用缓存描述符 　　135
4.4.3 Slab 描述符 　　136
4.5 Slab 分配器的生命周期　　 138
4.5.1 与Slab 分配器有关的全局变量　　 138
4.5.2 创建缓存　　 139
4.5.3 创建slab 与cache_grow() 　　144
4.5.4 Slab 的销毁：退还内存与kmem_cache_destroy() 　　146
4.6 内存请求路径　　 147
4.6.1 kmalloc() 　　147
4.6.2 kmem_cache_alloc() 　　148
4.7 Linux 进程的内存结构 　　149
4.7.1 mm_struct 　　150
4.7.2 vm_area_struct 　　152
4.8 进程映像的分布及线性地址空间 　　153
4.9 页表　　 155
4.10 缺页　　 156
4.10.1 x86 缺页异常　　 156
4.10.2 缺页处理程序 　　157
4.10.3 PowerPC 缺页异常 　　164
4.11 小结　　 164
4.12 项目：进程内存映射 　　165
4.13 习题　　 166
第5 章 输入/输出　　 167
5.1 总线、桥、端口和接口的硬件实现 　　167
5.2 设备　　 171
5.2.1 块设备概述 　　172
5.2.2 请求队列和I/O 调度　　 173
5.2.3 示例：“通用”块设备驱动程序　　 180
5.2.4 设备操作　　 182
5.2.5 字符设备　　 183
5.2.6 网络设备　　 184
5.2.7 时钟设备 　　184
5.2.8 终端设备 　　184
5.2.9 直接存储器存取 　　184
5.3 小结　　 185
5.4 项目：创建并口驱动程序 　　185
5.4.1 并口的硬件 　　185
5.4.2 运行在并口上的软件 　　187
5.5 习题　　 192
第6 章 文件系统　　 194
6.1 文件系统的基本概念 　　194
6.1.1 文件和文件名 　　194
6.1.2 文件类型 　　195
6.1.3 文件的附加属性　　 195
6.1.4 目录和路径名 　　196
6.1.5 文件操作　　 197
6.1.6 文件描述符 　　197
6.1.7 磁盘块、磁盘分区以及实现 　　197
6.1.8 性能　　 198
6.2 Linux 虚拟文件系统 　　198
6.2.1 VFS 的数据结构　　 200
6.2.2 全局链表和局部链表的引用　　 211
6.3 与VFS 相关的结构 　　212
6.3.1 fs_struct 结构 　　212
6.3.2 files_struct 结构 　　213
6.4 页缓存　　 216
6.4.1 address_space 结构　　 217
6.4.2 buffer_head 结构 　　219
6.5 VFS 的系统调用和文件系统层　　 221
6.5.1 open()　　 221
6.5.2 close() 　　 227
6.5.3 read()　　 229
6.5.4 write() 　　244
6.6 小结　　 246
6.7 习题　　 246
第7 章 进程调度和内核同步　　 247
7.1 Linux 的调度程序　　 248
7.1.1 选择下一个进程　　 248
7.1.2 上下文切换 　　253
7.1.3 让出CPU 　　261
7.2 内核抢占　　 269
7.2.1 显式内核抢占　　 269
7.2.2 隐式用户抢占　　 270
7.2.3 隐式内核抢占 　　270
7.3 自旋锁和信号量 　　272
7.4 系统时钟：关于时间和定时器　　 274
7.4.1 实时时钟：现在几点了　　 274
7.4.2 读取PPC 的实时时钟 　　276
7.4.3 读取x86 的实时时钟　　 278
7.5 小结　　 280
7.6 习题　　 280
第8 章 内核引导　　 281
8.1 BIOS 和Open Firmware 282
8.2 引导加载程序　　 282
8.2.1 GRUB　　 283
8.2.2 LILO　　 286
8.2.3 PowerPC 和Yaboot 　　286
8.3 与体系结构相关的内存初始化 　　287
8.3.1 PowerPC 的硬件内存管理 　　287
8.3.2 基于Intel x86 体系结构的硬件内存管理 　　296
8.3.3 PowerPC 和x86 的代码汇集 　　305
8.4 原始的RAM 盘 　　305
8.5 开始：start_kernel() 　　306
8.5.1 调用lock_kernel() 　　307
8.5.2 调用page_address_init()　　 309
8.5.3 调用printk(linux_banner) 　　311
8.5.4 调用setup_arch　　 311
8.5.5 调用setup_per_cpu_areas() 　　315
8.5.6 调用smp_prepare_boot_cpu() 　　 316
8.5.7 调用sched_init() 　　 317
8.5.8 调用build_all_zonelists() 　　319
8.5.9 调用page_alloc_init 　　319
8.5.10 调用parse_args()　　 320
8.5.11 调用trap_init() 　　322
8.5.12 调用rcu_init() 　　323
8.5.13 调用init_IRQ() 　　323
8.5.14 调用softirq_init() 　　324
8.5.15 调用time_init() 　　325
8.5.16 调用console_init() 　　326
8.5.17 调用profile_init()　　 326
8.5.18 调用local_irq_enable()　　 327
8.5.19 配置initrd　　 327
8.5.20 调用mem_init() 　　327
8.5.21 调用late_time_init() 　　333
8.5.22 调用calibrate_delay() 　　333
8.5.23 调用pgtable_cache_init() 　　334
8.5.24 调用buffer_init() 　　335
8.5.25 调用security_scaffolding_startup() 　　336
8.5.26 调用vfs_caches_init() 　　336
8.5.27 调用radix_tree_init() 　　343
8.5.28 调用signal_init() 　　344
8.5.29 调用page_writeback_init() 　　344
8.5.30 调用proc_root_init() 　　346
8.5.31 调用init_idle() 　　347
8.5.32 调用rest_init() 　　348
8.6 init 线程（或进程1） 　349
8.7 小结　　 353
8.8 习题　　 353
第9 章 构建Linux 内核 　　354
9.1 工具链　　 354
9.1.1 编译程序 　　355
9.1.2 交叉编译 　　355
9.1.3 链接程序　　 356
9.1.4 ELF 二进制目标文件　　 356
9.2 内核源代码的构建 　　360
9.2.1 解释源代码 　　360
9.2.2 构建内核映像　　 364
9.3 小结　　 369
9.4 习题　　 369
第10 章 向内核添加代码 　　371
10.1 浏览源代码　　 371
10.11 熟悉文件系统　　 371
10.12 filp 和fops 　　372
10.13 用户空间和内核空间　　 374
10.14 等待队列　　 375
10.15 工作队列及中断 　　378
10.16 系统调用 　　380
10.17 其他类型的驱动程序　　 380
10.18 设备模型和sysfs 文件系统　　 383
10.2 编写代码　　 386
10.2.1 设备基础 　　386
10.2.2 符号输出　　 388
10.2.3 IOCTL 　　388
10.2.4 轮询与中断 　　391
10.2.5 工作队列和tasklet 　　395
10.2.6 增加系统调用的代码 　　396
10.3 构建和调试　　 398
10.4 小结　　 399
10.5 习题　　 400
· · · · · · (收起)