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目录1

第1章 回顾UNIX内核原理1

1.1 引言1

1.2 进程、程序和线程2

1.3 进程地址空间4

1.3.1 地址空间映射5

1.4 现场切换6

1.5 存储管理和进程管理的系统调用7

1.5.1 系统调用fork7

1.5.2 系统调用exec9

1.5.3 系统调用exit10

1.5.4 系统调用sbrk和brk10

1.5.5 共享存储10

1.6 小结11

1.5.7 映射文件11

1.5.6 输入输出操作11

1.7 习题12

1.8 进一步的读物13

第一部分 高速缓存存储系统17

第2章 高速缓存存储系统概述17

2.1 存储器层次结构17

2.2 高速缓存基本原理19

2.2.1 如何存取高速缓存19

2.2.2 虚拟地址还是物理地址21

2.2.3 搜索高速缓存21

2.2.4 替换策略22

2.2.5 写入策略22

2.3 直接映射高速缓存25

2.3.1 直接映射高速缓存的散列算法26

2.3.2 直接映射高速缓存的实例28

2.3.3 直接映射高速缓存的缺失处理和替换策略30

2.3.4 直接映射高速缓存的总结31

2.4 双路组相联高速缓存32

2.4.1 双路组相联高速缓存的总结33

2.5 n路组相联高速缓存34

2.6 全相联高速缓存34

2.7 n路组相联高速缓存的总结35

2.8 高速缓存冲洗35

2.9 无高速缓存操作36

2.10 独立的指令高速缓存和数据高速缓存37

2.11 高速缓存的性能38

2.12 如何区分不同的高速缓存结构39

2.13 习题40

2.14 进一步的读物42

3.1 虚拟高速缓存的操作45

第3章 虚拟高速缓存45

3.2 虚拟高速缓存的问题47

3.2.1 歧义47

3.2.2 别名48

3.3 管理虚拟高速缓存51

3.3.1 现场切换51

3.3.2 fork52

3.3.3 exec54

3.3.4 exit54

3.3.5 brk和sbrk55

3.3.6 共享存储器和映射文件55

3.3.7 输入输出56

3.3.8 用户-内核数据的歧义59

3.4 小结60

3.5 习题60

3.6 进一步的读物62

第4章 带有键的虚拟高速缓存63

4.1 带有键的虚拟高速缓存的操作63

4.2 管理带有键的虚拟高速缓存64

4.2.1 现场切换64

4.2.2 fork65

4.2.3 exec67

4.2.4 exit68

4.2.5 brk和sbrk68

4.2.6 共享存储和映射文件68

4.2.7 输入输出71

4.2.8 用户-内核数据的歧义71

4.3 在MMU中使用虚拟高速缓存71

4.4 小结72

4.5 习题73

4.6 进一步的读物74

第5章 带有物理地址标记的虚拟高速缓存75

5.1 带有物理标记的虚拟高速缓存的组成75

5.2 管理带有物理标记的虚拟高速缓存78

5.2.1 现场切换78

5.2.2 fork78

5.2.3 exec79

5.2.4 exit79

5.2.5 brk和sbrk80

5.2.6 共享存储和映射文件80

5.2.7 输入输出80

5.2.8 用户-内核数据的歧义80

5.3 小结81

5.4 习题81

5.5 进一步的读物82

6.1 物理高速缓存的组成83

第6章 物理高速缓存83

6.2 管理物理高速缓存85

6.2.1 现场切换85

6.2.2 fork85

6.2.3 exec、exit、brk和sbrk85

6.2.4 共享存储和映射文件86

6.2.5 用户-内核数据的歧义86

6.2.6 输入输出和总线监视86

6.3 多级高速缓存91

6.3.1 带有次级物理高速缓存的主虚拟高速缓存92

6.3.2 带有物理标记的主虚拟高速缓存和次级物理高速缓存93

6.4 小结95

6.5 习题95

6.6 进一步的读物96

7.2 地址空间布局98

7.2.1 虚拟索引的高速缓存98

7.1 引言98

第7章 高效的高速缓存管理技术98

7.2.2 动态地址绑定101

7.2.3 物理索引高速缓存103

7.3 受限于高速缓存大小的冲洗操作104

7.4 滞后的高速缓存无效操作104

7.4.1 带有键的虚拟高速缓存105

7.4.2 没有总线监视机制的物理标记高速缓存106

7.5 按高速缓存对齐数据结构106

7.6 小结108

7.7 习题109

7.8 进一步的读物110

第二部分 多处理机系统113

第8章 多处理机系统概述113

8.1 引言113

8.1.1 MP操作系统114

8.2 紧密耦合、共享存储的对称多处理机115

8.3 MP存储器模型116

8.3.1 顺序存储模型117

8.3.2 原子读和原子写117

8.3.3 原子读-改-写操作119

8.4 互斥121

8.5 回顾单处理机Unix系统上的互斥123

8.5.1 短期互斥123

8.5.2 和中断处理程序的互斥123

8.5.3 长期互斥124

8.6 在MP上使用UP互斥策略的问题126

8.7 小结127

8.8 习题128

8.9 进一步的读物130

9.1 引言132

第9章 主从处理机内核132

9.2 自旋锁133

9.3 死锁134

9.4 主从处理机内核的实现136

9.4.1 运行队列的实现136

9.4.2 从处理器的进程选择139

9.4.3 主处理器的进程选择140

9.4.4 时钟中断处理140

9.5 性能考虑141

9.5.1 主从处理机内核的改进142

9.6 小结142

9.7 习题143

9.8 进一步的读物145

10.1 引言147

10.2 巨型上锁147

第10章 采用自旋锁的内核147

10.3 不需要上锁的多线程情况149

10.4 粗粒度上锁150

10.5 细粒度上锁152

10.5.1 短期互斥152

10.5.2 长期互斥153

10.5.3 和中断处理程序的互斥154

10.5.4 锁的粒度155

10.5.5 性能156

10.5.6 内核抢先157

10.6 sleep和wakeup对多处理机的影响157

10.7 小结158

10.8 习题159

10.9 进一步的读物162

11.1 引言164

第11章 采用信号量的内核164

11.1.1 采用信号量的互斥165

11.1.2 采用信号量的同步165

11.1.3 采用信号量分配资源166

11.2 死锁166

11.3 实现信号量167

11.4 粗粒度信号量的实现170

11.5 采用信号量的多线程171

11.5.1 长期互斥171

11.5.2 短期互斥172

11.5.3 同步172

11.6 性能考虑173

11.6.1 测量锁争用173

11.6.2 结对174

11.6.3 多读锁176

11.8 习题180

11.7 小结180

11.9 进一步的读物181

第12章 其他MP原语184

12.1 引言184

12.2 管程184

12.3 事件计数和定序器186

12.4 SVR4.2 MP的MP原语188

12.4.1 自旋锁188

12.4.2 睡眠锁190

12.4.3 同步变量191

12.4.4 多读锁193

12.5 比较MP同步原语194

12.6 小结196

12.7 习题197

12.8 进一步的读物197

13.1 引言200

第13章 其他存储模型200

13.2 Dekker算法201

13.3 其他存储模型202

13.4 TSO204

13.5 PSO208

13.6 作为存储层次结构一部分的store缓冲210

13.7 小结210

13.8 习题211

13.9 进一步的读物211

第三部分 带有高速缓存的多处理机系统217

第14章 MP高速缓存一致性概述217

14.1 引言217

14.2 高速缓存一致性问题219

14.3 软件高速缓存一致性221

14.3.1 共享数据不被高速缓存222

14.3.2 有选择性地冲洗高速缓存224

14.3.3 处理其他存储模型227

14.4 小结227

14.5 习题228

14.6 进一步的读物229

第15章 硬件高速缓存一致性233

15.1 引言233

15.2 写-使无效协议235

15.2.1 写直通-使无效协议235

15.2.2 写一次协议236

15.2.3 MESI协议238

15.3 写-更新协议239

15.3.1 Firefly协议239

15.4 读-改-写操作的一致性240

15.3.2 MIPS R4000更新协议240

15.5 多级高速缓存的硬件一致性242

15.6 其他主要的存储体系结构243

15.6.1 交叉开关互连243

15.6.2 基于目录的硬件高速缓存一致性245

15.7 对软件的影响246

15.8 非顺序存储模型的硬件一致性248

15.9 软件的性能考虑249

15.9.1 数据结构在高速缓存内对齐249

15.9.2 在获得自旋锁时减少对高速缓存行的争用250

15.9.3 一致性协议与数据用途相匹配251

15.10 小结252

15.11 习题253

15.12 进一步的读物254

附录A 体系结构汇总259

附录B 部分习题的答案265