Linux内核编程的目录

目　录

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