Linux内核设计与实现(原书第3版)

图书标准信息

• 作者 [美]Robert Love 著；陈莉君、康华 译
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2011-05
• 版次 1
• ISBN 9787111338291
• 定价 69.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 352页
• 字数 100千字
• 正文语种 简体中文
• 原版书名 Linux Kernel Development, 3E
• 丛书 华章专业开发者书库

【内容简介】

　　《Linux内核设计与实现（原书第3版）》详细描述了Linux内核的设计与实现。内核代码的编写者、开发者以及程序开发人员都可以通过阅读《Linux内核设计与实现（原书第3版）》受益，他们可以更好理解操作系统原理，并将其应用在自己的编码中以提高效率和生产率。

　　《Linux内核设计与实现（原书第3版）》详细描述了Linux内核的主要子系统和特点，包括Linux内核的设计、实现和接口。从理论到实践涵盖了Linux内核的方方面面，可以满足读者的各种兴趣和需求。

　　作者Robert Love是一位Linux内核核心开发人员，他分享了在开发Linux2.6内核过程中颇具价值的知识和经验《Linux内核设计与实现（原书第3版）》的主题包括进程管理、进程调度、时间管理和定时器、系统调用接口、内存寻址、内存管理和页缓存、VFS、内核同步、移植性相关的问题以及调试技术。同时《Linux内核设计与实现（原书第3版）》也涵盖了Linux2.6内核中颇具特色的内容，包括CFS调度程序、抢占式内核、块I/O层以及I/O调度程序。

【作者简介】

　　RobertLove，是一位资深的开源社区达人，很早就开始使用Linux。目前他是Google公司高级软件工程师，是开发Android移动平台内核的团队成员；他曾在Novell公司任职Linux桌面系统的首席架构师；他之前也曾是MontaVista和Ximain公司的内核开发工程师。他参与的内核项目包括抢占式内核、进程调度器、内核事件层、通知机制、VM改进，以及设备驱动程序。他是《Linuxjournal》杂志的编辑。另外他还著有《Linux System Programming》和《Linux in aNutshell》。

　　陈莉君，西安邮电学院教授，十多年来一直致力于推动Linux在中国的发展，多年从事Linux内核的教学和研究，并积极跟踪Linux内核的发展动向，对Linux内核版本的不断演化有着深刻的理解。著译作品有《Linux操作系统原理与应用》、《Linux操作系统内核分析》、《深入分析Linux内核源代码》、《深入理解Linux内核》和《Linux内核编程》等。

【目录】

译者序
序言
前言
作者简介
第1章Linux内核简介1
1.1Unix的历史1
1.2追寻Linus足迹：Linux简介2
1.3操作系统和内核简介3
1.4Linux内核和传统Unix内核的比较5
1.5Linux内核版本7
1.6Linux内核开发者社区8
1.7小结8

第2章从内核出发10
2.1获取内核源码10
2.1.1使用Git10
2.1.1安装内核源代码10
2.1.3使用补丁11
2.2内核源码树11
2.3编译内核12
2.3.1配置内核12
2.3.2减少编译的垃圾信息14
2.3.3衍生多个编译作业14
2.3.4安装新内核14
2.4内核开发的特点15
2.4.1无libc库抑或无标准头文件15
2.4.2GNUC16
2.4.3没有内存保护机制18
2.4.4不要轻易在内核中使用浮点数18
2.4.5容积小而固定的栈18
2.4.6同步和并发18
2.4.7可移植性的重要性19
2.5小结19

第3章进程管理20
3.1进程20
3.2进程描述符及任务结构21
3.2.1?配进程描述符22
3.2.2进程描述符的存放23
3.2.3进程状态23
3.2.4设置当前进程状态25
3.2.5进程上下文25
3.2.6进程家族树25
3.3进程创建26
3.3.1写时拷贝27
3.3.2fork()27
3.3.3vfork()28
3.4线程在Linux中的实现28
3.4.1创建线程29
3.4.2内核线程30
3.5进程终结31
3.5.1删除进程描述符32
3.5.2孤儿进程造成的进退维谷32
3.6小结34

第4章进程调度35
4.1多任务35
4.2Linux的进程?度36
4.3策略36
4.3.1I/O消耗型和处理器消耗型的进程36
4.3.2进程优先级37
4.3.3时间片38
4.3.4调度策略的活动38
4.4Linux调度算法39
4.4.1调度器类39
4.4.2Unix系统中的进程调度40
4.4.3公平调度41
4.5Linux调度的实现42
4.5.1时间记账42
4.5.2进程选择44
4.5.3调度器入口48
4.5.4睡眠和唤醒49
4.6抢占和上下文切换51
4.6.1用户抢占53
4.6.2内核抢占53
4.7实时调度策略54
4.8?调度相关的系统调用54
4.8.1与调度策略和优先级相关的系统调用55
4.8.2与处理器绑定有关的系统调用55
4.8.3放弃处理器时间56
4.9小结56

第5章系统调用57
5.1与内核通信57
5.2API、POSIX和C库57
5.3系统调用58
5.3.1系统调用号59
5.3.2系统调用的性能59
5.4系统调用处理程序60
5.4.1指定恰当的系统调用60
5.4.2参数传递60
5.5系统调用的实现61
5.5.1实现系统调用61
5.5.2参数验证62
5.6系统调用上下文64
5.6.1绑定一个系统调用的最后步骤65
5.6.2从用户空间访问系统调用67
5.6.3为什么不通过系统调用的方式实现68
5.7小结68

第6章内核数据结构69
6.1链表69
6.1.1单向链表和双向链表69
6.1.2环形链表70
6.1.3沿链表移动71
6.1.4Linux内核中的实现71
6.1.5操作链表73
6.1.6遍历链表75
6.2队列78
6.2.1kfifo79
6.2.2创建队列79
6.2.3推入队列数据79
6.2.4摘取队列数据80
6.2.5获取队列?度80
6.2.6重置和撤销队列80
6.2.7队列使用举例81
6.3映射81
6.3.1初始化一个idr82
6.3.2分配一个新的UID82
6.3.3查找UID83
6.3.4删除UID84
6.3.5撤销idr84
6.4二叉树84
6.4.1二叉搜索树84
6.4.2自平衡二叉搜索树85
6.5数据结构以及选择87
6.6算法复杂度88
6.6.1算法88
6.6.2大o符号88
6.6.3大θ符号89
6.6.4时间复杂度89
6.7小结90

第7章中断和中断处理91
7.1中?91
7.2中断处理程序92
7.3上半部与下半部的对比93
7.4注册中断处理程序93
7.4.1中断处理程序标志94
7.4.2一个中断例子95
7.4.3释放中断处理程序95
7.5编写中断处理程序96
7.5.1共享的中断处理程序97
7.5.2中断处理程序实例97
7.6中断上下文99
7.7中断处理机制的实现100
7.8/proc/interrupts102
7.9中断控制103
7.9.1禁止和激活中断103
7.9.2禁止指定中断线105
7.9.3中断系统的状态105
7.10小结106

第8章下半部和推后执行的工作107
8.1下半部107
8.1.1为什么要用下半部108
8.1.2下半部的环境108
8.2软中断110
8.2.1软中断的实现111
8.2.2使用软中断113
8.3tasklet114
8.3.1tasklet的实现114
8.3.2使用tasklet116
8.3.3老的BH机制119
8.4工作队列120
8.4.1工作队列的实现121
8.4.2使用工作队列124
8.4.3老的任务队列机制126
8.5下半部机制的选择127
8.6在下半部之间加锁128
8.7禁止下?部128
8.8小结129

第9章内核同步介绍131
9.1临界区和竞争条件131
9.1.1为什么我们需要保护132
9.1.2单个变量133
9.2加锁134
9.2.1造成并发执行的原因135
9.2.2了解要保护些什么136
9.3死锁137
9.4争用和扩展性138
9.5小结140

第10章内核同步方法141
10.1原子操作141
10.1.1原子整数操作142
10.1.264位原子操作144
10.1.3原子位操作145
10.2自旋锁147
10.2.1自旋锁方法148
10.2.2其他针对自旋锁的操作149
10.2.3自旋锁和下半部150
10.3读-写自旋锁150
10.4信号量152
10.4.1计数信号量和二值信号量153
10.4.2创建和初始化信号量154
10.4.3使用信号量154
10.5读-写信号量155
10.6互斥体156
10.6.1信号量和互斥体158
10.6.2自旋锁和互斥体158
10.7完成变量158
10.8BLK：大内核锁159
10.9顺序锁160
10.10禁止抢占161
10.11顺序和屏障162
10.12小结165

第11章定时器和时间管理166
11.1内核中的时间概念166
11.2节拍率：HZ167
11.2.1理想的HZ值168
11.2.2高HZ的优势169
11.2.3高HZ的劣势169
11.3jiffies170
11.3.1jiffies的内部表示171
11.3.2jiffies的回绕172
11.3.3用户空间和HZ173
11.4硬时钟和定时器174
11.4.1实时时钟174
11.4.2系统定时器174
11.5时钟中断处理程序174
11.6实际时间176
11.7定时器178
11.7.1使用定时器178
11.7.2定时器竞争条件180
11.7.3实现定时器180
11.8延迟执行181
11.8.1忙等待181
11.8.2短延迟182
11.8.3schedule_timeout()183
11.9小结185

第12章内存管理186
12.1页186
12.2区187
12.3获得页189
12.3.1获得填充为0的页190
12.3.2释放页191
12.4kmalloc()191
12.4.1gfp_mask标志192
12.4.2kfree()195
12.5vmalloc()196
12.6slab层197
12.6.1slab层的设计198
12.6.2slab分配器的接口200
12.7在栈上的静态分配203
12.7.1单页内核栈203
12.7.2在栈上光明正大地工作203
12.8高端内存的映射204
12.8.1永久映射204
12.8.2临时映射204
12.9每个CPU的分配205
12.10新的每个CPU接口206
12.10.1编译时的每个CPU数据206
12.10.2运行时的每个CPU数据207
12.11使用每个CPU数据的原因208
12.12分配函数的选择209
12.13小结209

第13章虚拟文件系统210
13.1通用文件系统接口210
13.2文件系统抽象层211
13.3Unix文件系统212
13.4VFS对象及其数据结构213
13.5超级块对象214
13.6超级块操作215
13.7索引节点对象217
13.8索引节点操作219
13.9目录项对象222
13.9.1目录项状态222
13.9.2目录项缓存223
13.10目录项操作224
13.11文件对象225
13.12文件操作226
13.13和文件系统相关的数据结构230
13.14和进程相关的数据结构232
13.15小结233

第14章块I/O层234
14.1剖析一个块设备234
14.2缓冲区和缓冲区头235
14.3bio结构体237
14.3.1I/O向量238
14.3.2新老方法对比239
14.4请求队列240
14.5I/O调度程序240
14.5.1I/O调度程序的工作241
14.5.2Linus电梯241
14.5.3最终期限I/O调度程序242
14.5.4预测I/O调度程序244
14.5.5完全公正的排队I/O调度程序244
14.5.6空操作的I/O调度程序245
14.5.7I/O调度程序的选择245
14.6小结246

第15章进程地址空间247
15.1地址空间247
15.2内存描述符248
15.2.1分配内存描述符249
15.2.2撤销内?描述符250
15.2.3mm_struct与内核线程250
15.3虚拟内存区域251
15.3.1VMA标志251
15.3.2VMA操作253
15.3.3内存区域的树型结构和内存区域的链表结构254
15.3.4实际使用中的内存区域254
15.4操作内存区域255
15.4.1find_vma()256
15.4.2find_vma_prev()257
15.4.3find_vma_intersection()257
15.5mmap()和do_mmap()：创建地址区间258
15.6mummap()和do_mummap()：删除地址区间259
15.7页表260
15.8小结261

第16章页高速缓存和页回写262
16.1缓存手段262
16.1.1写缓存262
16.1.2缓存回收263
16.2Linux页高速缓存264
16.2.1address_space对象264
16.2.2address_space操作266
16.2.3基树267
16.2.4以前的页散列表268
16.3缓冲区高速缓存268
16.4flusher线程268
16.4.1膝上型计算机模式270
16.4.2历史上的bdflush、kupdated和pdflush270
16.4.3避免拥塞的方法：使用多线程271
16.5小结271

第17章设备与模块273
17.1设?类型273
17.2模块274
17.2.1Hello，World274
17.2.2构建模块275
17.2.3安装模块277
17.2.4产生模块依赖性277
17.2.5载入模块278
17.2.6管理配置选项279
17.2.7模块参数280
17.2.8导出符号表282
17.3设备模型283
17.3.1kobject283
17.3.2ktype284
17.3.3kset285
17.3.4kobject、ktype和kset的相互关系285
17.3.5管理和操作kobject286
17.3.6引用计数287
17.4sysfs288
17.4.1sysfs中添加和删除kobject290
17.4.2向sysfs中添加文件291
17.4.3内核事件层293
17.5小结294

第18章调试295
18.1准备开始295
18.2内核中的bug296
18.3通过打印来调试296
18.3.1健壮性296
18.3.2日志等级297
18.3.3记录缓冲区298
18.3.4syslogd和klogd298
18.3.5从printf()到printk()的转换298
18.4oops298
18.4.1ksymoops300
18.4.2kallsyms300
18.5内核调试配置选项301
18.6引发bug并打印信息301
18.7?神奇的系统请求键302
18.8内核调试器的传奇303
18.8.1gdb303
18.8.2kgdb304
18.9探测系统304
18.9.1用UID作为选择条件304
18.9.2使用条件变量305
18.9.3使用统计量305
18.9.4重复频率限制305
18.10用二分查找法找出引发罪恶的变更306
18.11使用Git进行二分搜索307
18.12当所有的努力都失败时：社区308
18.13小结308

第19章可移植性309
19.1可移植操作系统309
19.2Linux移植史310
19.3字长和数据类型311
19.3.1不透明类型313
19.3.2指定数据类型314
19.3.3长度明确的类型314
19.3.4char型的符号问题315
19.4数据对齐315
19.4.1避免对齐引发的问题316
19.4.2非标准类型的对齐316
19.4.3结构体填补316
19.5字节顺序318
19.6时间319
19.7页长度320
19.8处理器排序320
19.9SMP、内核抢占、高端内存321
19.10小结321

第20章补丁、开发和社区322
20.1社区322
20.2Linux编码风格322
20.2.1缩进323
20.2.2switch语句323
20.2.3空格324
20.2.4花括号325
20.2.5每行代码的长度326
20.2.6命名规范326
20.2.7函数326
20.2.8注释326
20.2.9typedef327
20.2.10多用现成的东西328
20.2.11在源码中减少使用ifdef328
20.2.12结构初始化328
20.2.13代码的事后修正329
20.3管理系统329
20.4提交错误报告329
20.5补丁330
20.5.1创建补丁330
20.5.2用Git创建补丁331
20.5.3提交补丁331
20.6小结332
参考资料333