"Linux内核源代码情景分析"
本书由毛德操和胡希明撰写,主要探讨了Linux内核的深层工作原理,包括预备知识、存储管理、中断、异常和系统调用、进程与进程调度、文件系统以及进程间通信等多个关键领域。以下是这些章节的详细内容概览:
1. 预备知识:
- Linux内核简介:介绍了Linux内核作为操作系统的核心,其在计算机系统中的角色和功能。
- Intel X86 CPU系列的寻址方式:讲解了X86架构下的线性地址和物理地址的概念,以及不同寻址模式。
- i386的页式内存管理机制:详细阐述了页表、页全局目录和页目录的工作原理,以及如何进行地址转换。
- C语言和汇编语言在内核中的应用:说明了内核中为何会使用这两种编程语言,并解释了它们各自的用途。
2. 存储管理:
- 内存管理框架:概述了Linux内核如何组织和管理内存,包括页表、页缓存等。
- 地址映射:详述了从虚拟地址到物理地址的映射过程。
- 数据结构与函数:讨论了如页表项、页帧号等关键数据结构,以及如何使用它们进行内存操作。
- 越界访问的检测和处理:讲述了如何防止和处理内存访问错误。
- 用户堆栈管理:分析了堆栈的增长和收缩机制。
- 物理页面的分配与周转:涵盖了页面的分配策略和回收机制。
- 页面的换入换出:讨论了如何进行页面调度以优化内存使用。
3. 中断、异常和系统调用:
- 中断硬件支持:讲解了X86处理器的中断处理机制。
- IDT初始化:说明了中断描述符表的建立过程。
- 中断处理:阐述了中断服务例程的执行和中断返回。
- 软中断和Bottom Half:介绍了中断下半部(Bottom Half)在处理中断延迟任务中的作用。
- 页面异常处理:详细描述了页面错误的捕获和恢复。
- 时钟中断:讨论了系统时间更新和调度器定时器的实现。
- 系统调用机制:说明了系统调用的入口和执行流程。
4. 进程与进程调度:
- 进程四要素:进程状态、上下文、控制块和调度。
- 进程生命周期:创建、执行、结束的过程。
- fork、vfork和clone系统调用:详细解析了这三种创建新进程的方法。
- execve系统调用:用于替换进程的执行体。
- exit和wait4系统调用:处理进程终止和等待子进程的机制。
- 进程调度与切换:包括调度算法、调度器的运作,以及进程上下文的切换。
- 强制性调度:讲述了在特定情况下的调度策略。
- nanosleep和pause系统调用:提供了低级的睡眠和等待机制。
- 互斥操作:讨论了内核级别的同步原语。
5. 文件系统:
- 文件系统概述:概述了文件系统的作用和基本组成。
- 路径解析:解释了如何从路径名找到实际的文件或目录。
- 访问控制:介绍了权限检查和文件安全。
- 安装和卸载文件系统:描述了挂载和卸载操作的流程。
- 文件操作:包括打开、关闭、读写等基本操作。
- 特殊文件系统/proc:说明了这个伪文件系统如何提供系统信息。
6. Unix进程间通信:
- 概述:概述了进程间通信的不同方法。
- 管道和pipe系统调用:介绍了无名管道和命名管道的使用。
- 信号:讲解了信号在进程间通信中的作用。
- ptrace和进程跟踪:详细阐述了调试工具ptrace的工作原理。
- 报文传递:包括消息队列的使用。
- 共享内存:讨论了进程间共享数据段的方法。
- 信号量:介绍了同步和互斥的信号量机制。
7. 基于socket的进程间通信:
- socket系统调用:创建套接字并建立网络连接的基础。
- bind、listen、accept和connect:详细解析了网络通信的关键步骤。
- 报文接收与发送:讲述了如何通过socket进行数据传输。
这本书全面而深入地探讨了Linux内核的各个方面,对于理解操作系统底层工作原理、内核开发或者系统级编程人员来说,是一本宝贵的参考资料。