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第1章 Linux内核学习基础1

1.1为什么研究Linux内核2

1.1.1 Linux的历史来源2

1.1.2 Linux的发展现状3

1.1.3 Linux的前景展望3

1.2选择什么版本进行研究3

1.3内核基本结构4

1.3.1内核在操作系统中的地位4

1.3.2 Linux 2.6内核源代码目录树简介5

1.3.3 Linux 2.6内核的新特性8

1.4如何阅读本书9

1.4.1内核探索工具10

1.4.2推荐阅读方法12

第2章 引导过程分析14

2.1内核镜像的构建过程15

2.1.1编译内核的步骤及分析15

2.1.2内核镜像构建过程分析16

2.2系统引导过程分析18

2.2.1傀儡引导扇区18

2.2.2探测系统资源21

2.2.3解压内核镜像35

2.2.4进入保护模式40

2.2.5系统最终初始化47

2.3系统引导过程总结47

第3章 内存管理50

3.1基础知识51

3.1.1存储器地址51

3.1.2分段机制52

3.1.3分页机制59

3.2内核页表的初始化过程65

3.2.1启用分页机制65

3.2.2构建内核页表68

3.3物理内存的描述方法76

3.3.1内存节点77

3.3.2内存区域81

3.3.3物理页框85

3.4物理内存的初始化过程86

3.4.1探测系统物理内存87

3.4.2初始化内存分配器89

3.5物理内存的分配与回收101

3.5.1伙伴分配算法101

3.5.2对象缓冲技术103

3.6内核地址空间105

3.6.1常规映射地址空间105

3.6.2固定映射地址空间107

3.6.3长久内核映射空间109

3.6.4临时内核映射空间116

3.6.5非连续映射地址空间119

第4章 进程管理128

4.1进程与线程的概念129

4.1.1程序与进程129

4.1.2进程与线程129

4.2进程描述符131

4.2.1进程标识符132

4.2.2进程的状态132

4.2.3进程上下文134

4.2.4当前进程139

4.3进程的组织形式143

4.3.1进程标识符构成的哈希表143

4.3.2所有进程构成的双向链表148

4.3.3执行态进程组成的运行队列149

4.3.4阻塞态进程组成的等待队列152

4.4进程的创建过程155

4.4.1进程创建的接口函数156

4.4.2进程创建的处理过程162

4.5进程调度算法177

4.5.1进程的分类178

4.5.2进程优先级178

4.5.3时间片分配181

4.5.4进程调度时机182

4.6进程切换过程分析183

4.6.1选取合适进程183

4.6.2完成上下文切换184

4.7空闲进程的初始化187

4.7.1空闲进程的内核态栈187

4.7.2空闲进程的内存描述符188

4.7.3空闲进程的硬件上下文190

4.7.4空闲进程的任务状态段190

第5章 中断和异常192

5.1基础知识193

5.1.1中断和异常的定义193

5.1.2中断和异常的分类193

5.1.3中断和异常的对比194

5.2处理机制195

5.2.1 IA32架构下的处理机制195

5.2.2 Linux内核的实现策略200

5.3中断描述符表的初始化204

5.3.1中断描述符表的初步初始化204

5.3.2中断描述符表的最终初始化206

5.4具体处理过程216

5.4.1公用的硬件处理阶段217

5.4.2中断的软件处理阶段218

5.4.3异常的软件处理阶段229

5.5延迟处理机制233

5.5.1 softirq延迟处理234

5.5.2 tasklet延迟处理239

5.5.3 work queue延迟处理242

第6章 时间度量249

6.1硬件支持250

6.1.1实时钟RTC250

6.1.2系统时钟250

6.2软件架构252

6.2.1相对时间252

6.2.2墙上时间257

6.2.3内核定时器257

6.3时间度量的初始化过程260

6.3.1内核定时器初始化260

6.3.2系统时钟的初始化263

6.3.3初始化时钟中断源265

6.4时钟中断处理过程266

6.4.1找回遗失的时钟中断267

6.4.2更新jiffies 64、 xtime269

6.4.3对当前进程记账271

6.4.4时钟中断处理小结272

6.5内核定时器工作原理273

6.5.1初始化内核定时器节点273

6.5.2激活内核定时器节点273

6.5.3内核定时器的处理过程277

6.6微秒级延迟280

6.6.1微妙级延迟的访问接口281

6.6.2微妙级延迟的实现方法281

第7章 系统调用285

7.1系统服务接口的种类286

7.1.1系统调用接口286

7.1.2应用编程接口286

7.2系统调用的访问手段286

7.2.1使用封装函数286

7.2.2使用通用接口287

7.2.3使用内嵌汇编288

7.3系统调用的工作机制289

7.3.1系统调用的基本要素290

7.3.2系统调用门的初始化292

7.3.3系统调用的处理过程292

7.4系统调用的参数传递297

7.4.1少量参数的情况297

7.4.2大量参数的情况298

7.5如何添加新系统调用299

7.5.1前期准备工作299

7.5.2添加处理函数300

7.5.3测试新系统调用301

7.6什么是快速系统调用302

7.6.1工作机制302

7.6.2实现策略305

7.6.3处理过程309

第8章 内核同步机制312

8.1同步基本原理313

8.1.1原子变量313

8.1.2中断禁用315

8.1.3内核态抢占316

8.2系统引导过程分析318

8.2.1普通自旋锁318

8.2.2读写自旋锁325

8.2.3顺序自旋锁331

8.3信号量机制334

8.3.1普通信号量335

8.3.2读写信号量339

8.4其他同步机制340

8.4.1每处理器变量341

8.4.2 RCU同步机制345

附录A Linux内核双向链表350

A.1内核链表表头351

A.2内核链表遍历352

A.3内核链表遍历353

附录B 跟踪调试内核354

B.1安装辅助工具355

B.2准备内核镜像355

B.3准备根文件系统355

B.4进行源码级调试356

附录C Linux内核汇编语法358

C.1常规汇编语法359

C.1.1寄存器前缀359

C.1.2立即数前缀359

C.1.3操作数顺序359

C.1.4操作数宽度359

C.1.5内存寻址格式359

C.2内嵌汇编语法360

C.2.1内嵌汇编举例360

C.2.2内嵌汇编格式——格式框架361

C.2.3内嵌汇编格式——语句模板361

C.2.4内嵌汇编格式——输出列表361

C.2.5内嵌汇编格式——输入列表362

C.2.6内嵌汇编格式——修饰字符362

C.2.7内嵌汇编格式——破坏描述364

附录D 参考文献366

D.1关于IA32体系结构的资源367

D.2关于Linux内核的相关资源367

D.3关于计算机基本原理的资源367

D.4其他相关资源368