LInux內核分析及編程

第1章  數據類型及鏈表 1
    1.1  數據類型所占空間 1
    1.2  有關移植性的其他問題 3
    1.2.1  時間間隔 3
    1.2.2  頁面大小 3
    1.2.3  字節(jié)存儲順序 3
    1.2.4  數據對齊 4
    1.3  內核通用鏈表 4
    1.3.1  hlist哈希鏈表 7
    1.3.2  RCU操作保護的鏈表 8
    1.4  AT&T的匯編格式 9
    1.5  內核中的時間延遲 11
    第2章  進程及進程調度 13
    2.1  進程結構 13
    2.2  進程創(chuàng)建 24
    2.2.1  對象緩存的分配 24
    2.2.2  系統(tǒng)調用sys_fork 25
    2.3  內核線程 26
    2.4  工作隊列 27
    2.4.1  工作隊列的結構及宏定義 28
    2.4.2  工作隊列的建立 29
    2.5  進程調度 33
    2.5.1  runqueue結構 34
    2.5.2  進程調度初始化 36
    2.5.3  負載平衡的啟動 38
    2.5.4  負載平衡的方法 42
    2.5.5  函數schedule分析 46
    2.5.6  調度器的實時性能 51
    2.6  Linux內核搶占 51
    第3章  內核同步機制 55
    3.1  內核中的互斥機制 55
    3.1.1  自旋鎖 55
    3.1.2  原子操作 59
    3.1.3  信號量 60
    3.2  RCU 64
    3.2.1  RCU原理介紹 64
    3.2.2  RCU應用實例 66
    3.2.3  RCU相關數據結構 67
    3.2.4  內核RCU機制的建立 68
    3.2.5  RCU回調處理 73
    3.3  內核與用戶空間的通信機制 74
    3.3.1  熱插拔操作 74
    3.3.2  內核發(fā)消息到用戶空間通信機制 75
    3.3.3  內核空間調用用戶空間程序 78
    第4章  內存管理 81
    4.1  內存地址類型和內存保護 82
    4.1.1  地址類型 82
    4.1.2  內存保護 83
    4.2  80386的段頁式管理機制 84
    4.2.1  描述符及分段 84
    4.2.2  物理內存分頁機制 85
    4.3  IA-64 Linux地址空間劃分 86
    4.4  進程的內存組織 88
    4.4.1  內存管理的數據結構 88
    4.4.2  VMA在/proc文件系統(tǒng)中的顯示 90
    4.5  虛擬內存管理 91
    4.5.1  大容量對象緩存 91
    4.5.2  內存映射 94
    4.5.3  物理內存的反向映射 110
    4.5.4  虛擬內存的加鎖和保護 113
    4.6  物理內存管理 114
    4.6.1  物理內存的結構 114
    4.6.2  物理頁位圖 116
    4.6.3  物理內存的初始化過程 117
    4.6.4  物理頁面的分配和回收 121
    4.6.5  緩存及slab 125
    4.6.6  緩存分配的應用 129
    4.6.7  分配緩存函數的分析 129
    4.6.8  交換空間 135
    4.6.9  請頁機制 137
    4.6.10  守護進程kswapd 139
    4.6.11  內存管理相關的高速緩存 144
    4.6.12  內存緩沖池 144
    4.6.13  大塊內存頁 147
    第5章  虛擬文件系統(tǒng) 149
    5.1  VFS的超級塊、dentry和節(jié)點結構 150
    5.2  與進程聯(lián)系的文件系統(tǒng)相關結構 153
    5.3  系統(tǒng)有關操作函數集的結構 155
    5.3.1  super_operations 155
    5.3.2  inode_operations 156
    5.3.3  file_operations 156
    5.3.4  dquot_operations 157
    5.4  文件系統(tǒng)的建立過程 157
    5.5  文件系統(tǒng)的注冊、安裝與卸載 159
    5.5.1  文件系統(tǒng)的注冊 159
    5.5.2  文件系統(tǒng)的安裝與卸載 160
    5.6  文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調用過程 160
    5.6.1  系統(tǒng)調用open 161
    5.6.2  read系統(tǒng)調用 170
    5.7  文件系統(tǒng)的各種緩存 172
    5.7.1  塊緩存buffer 172
    5.7.2  inode緩存 182
    5.7.3  目錄條目dentry緩存 185
    5.8  緩存同步操作——sys_sync系統(tǒng)調用 189
    5.8.1  多個節(jié)點同步回寫操作函數
    5.8.1  sync_inodes 189
    5.8.2  單個節(jié)點同步回寫操作函數sync_inodes_sb 190
    5.8.3  節(jié)點地址空間數據回寫操作函數 194
    5.8.4  塊設備節(jié)點映射的數據同步回寫
    5.8.4  函數sync_blockdev 200
    5.9  pdflush線程池 203
    5.9.1  pdflush線程池的實現(xiàn) 203
    5.9.2  pdflush線程使用實例
    5.9.2  ——wakeup_bdflush 206
    5.10  限額機制 207
    第6章  EXT2文件系統(tǒng) 208
    6.1  EXT2文件系統(tǒng)的幾個數據結構 210
    6.1.1  EXT2超級塊 210
    6.1.2  EXT2超級塊信息結構 211
    6.1.3  超級塊的操作函數結構 212
    6.1.4  EXT2的索引節(jié)點inode 212
    6.1.5  EXT2文件系統(tǒng)的節(jié)點信息結構 214
    6.1.6  節(jié)點操作函數結構 215
    6.1.7  文件操作函數結構 215
    6.1.8  EXT2文件系統(tǒng)的組描述符 215
    6.2  EXT2文件系統(tǒng)建立過程 215
    6.3  ext2_read_inode函數分析 220
    6.4  ext2_write_inode函數分析 221
    6.5  文件的讀寫 223
    6.6  文件擴展時的數據塊分配策略 228
    6.7  EXT2的目錄項及文件的定位 234
    6.8  鏈接文件 237
    第7章  其他文件系統(tǒng) 238
    7.1  ramfs內存文件系統(tǒng) 238
    7.1.1  ramfs文件系統(tǒng)模塊初始化 238
    7.1.2  ramfs文件系統(tǒng)操作函數集 240
    7.1.3  文件讀寫操作 240
    7.1.4  目錄及節(jié)點操作函數集 241
    7.2  /proc文件系統(tǒng) 242
    7.2.1  /proc文件系統(tǒng)在調試中的作用 243
    7.2.2  /proc文件系統(tǒng)實現(xiàn)分析 245
    7.2.3  在/proc中讀寫設備信息示例 250
    7.3  VFAT文件系統(tǒng) 255
    7.3.1  FAT文件系統(tǒng)的組成 255
    7.3.2  引導記錄區(qū)DBR及定義 256
    7.3.3  FAT文件系統(tǒng)結構定義 260
    7.3.4  VFAT文件系統(tǒng)的注冊超級塊 261
    7.3.5  超級塊操作函數集的實現(xiàn) 264
    7.3.6  目錄操作函數集 265
    7.4  Devfs文件系統(tǒng) 270
    7.5  sysfs文件系統(tǒng) 275
    7.5.1  內核對象相關結構 276
    7.5.2  sysfs文件系統(tǒng)的建立過程 277
    7.5.3  sysfs提供給對象模型的調用函數 278
    7.5.4  sysfs建立bus子系統(tǒng) 280
    7.5.5  bus子系統(tǒng)的接口函數 282
    7.5.6  在sysfs中建立pci目錄示例 283
    第8章  I/O端口資源管理 288
    8.1  I/O資源的描述 288
    8.1.1  內存屏障 289
    8.1.2  資源管理函數 290
    8.2  中斷處理 295
    8.2.1  硬件提供的中斷機制 295
    8.2.2  Linux的中斷處理 297
    8.2.3  中斷向量的設置和相關數據的
    8.2.3  初始化 298
    8.2.4  中斷處理全過程 299
    8.2.5  tasklet機制 303
    8.2.6  中斷處理在/proc文件系統(tǒng)中的報告 311
    8.2.7  并口中斷處理程序示例 311
    8.3  DMA 315
    8.3.1  DMA控制器硬件結構 315
    8.3.2  DMA通道使用的地址 316
    8.3.3  DMA操作函數 317
    8.3.4  DMA映射 318
    8.3.5  DMA池 321
    8.3.6  一個簡單的使用DMA例子 324
    8.4  電源管理 325
    8.4.1  ACPI規(guī)范介紹 326
    8.4.2  ACPI的一些基本概念 328
    8.4.3  ACPI的運行 329
    8.4.4  ACPI驅動程序分析 332
    8.4.5  pci的ACPI電源管理的實現(xiàn) 337
    8.4.6  APM電源管理模式 341
    第9章  模塊機制 348
    9.1  簡單模塊示例 348
    9.2  內核空間和用戶空間 349
    9.2.1  處理器保護級 349
    9.2.2  用戶空間和內核空間權限 350
    9.2.3  用戶空間和內核空間范圍及函數
    9.2.3  參數傳遞 350
    9.2.4  內核態(tài)和用戶態(tài)之間數據傳遞 352
    9.3  模塊的使用過程 353
    9.4  實現(xiàn)機制 354
    9.4.1  模塊在/proc文件系統(tǒng)中的顯示 354
    9.4.2  模塊結構 354
    9.4.3  模塊數據宏操作 356
    9.4.4  實現(xiàn)函數的分析 359
    9.5  modutils介紹 369
    第10章  設備驅動程序 371
    10.1  設備文件及設備訪問方式 372
    10.1.1  輪詢與中斷 372
    10.1.2  直接內存訪問（DMA） 372
    10.1.3  設備驅動使用內存 372
    10.1.4  設備文件及接口 372
    10.2  設備驅動程序模型 374
    10.2.1  驅動模型中的描述結構 374
    10.2.2  驅動程序向新的模型上遷移 383
    10.2.3  即插即用 386
    10.2.4  文件系統(tǒng)中與設備驅動相關
    10.2.4  的結構 389
    10.3  字符設備操作過程 390
    10.4  塊設備偽文件系統(tǒng) 393
    10.4.1  塊設備文件系統(tǒng)初始化 393
    10.4.2  文件操作函數集 394
    10.5  通用硬盤GENHD 398
    10.6  通用塊層 403
    10.6.1  bio相關結構 404
    10.6.2  bio_vec池 405
    10.6.3  碎片鏈表 406
    10.6.4  請求及請求隊列結構 407
    10.6.5  通用的命令標志請求 410
    10.6.6  I/O調度器 411
    10.7  塊設備的讀寫請求隊列及提交過程 415
    10.7.1  初始化塊設備的請求隊列 415
    10.7.2  塊設備讀寫請求的傳遞過程 417
    10.8  IOCTL設備控制操作 423
    10.9  編寫設備驅動程序的基本步驟 425
    10.9.1  如何添加一個字符設備 425
    10.9.2  如何添加一個塊設備 425
    第11章  FLASH閃存及SD/MMC卡設備
    第11章  驅動程序 427
    11.1  MTD內存技術設備 427
    11.1.1  MTD內存技術設備層次結構 428
    11.1.2  設備層和原始設備層的函數
    11.1.2  調用關系 430
    11.1.3  MTD相關結構 430
    11.1.4  MTD塊設備初始化 432
    11.1.5  MTD塊設備的讀寫操作 439
    11.1.6  MTD核心初始化 442
    11.1.7  MTD字符設備 443
    11.1.8  具體flash芯片的探測及映射 444
    11.1.9  驅動程序實例分析 447
    11.2  SD/MMC卡塊設備驅動程序 449
    11.2.1  MMC抽象設備層相關結構 449
    11.2.2  MC抽象設備層MMC塊設備
    11.2.2  驅動程序 453
    11.2.3  具體MMC控制器驅動程序示例 462
    第12章  Linux系統(tǒng)初始化 468
    12.1  Boot Loader 468
    12.1.1  PC的Boot Loader 468
    12.1.2  嵌入式系統(tǒng)Boot Loader 473
    12.2  Linux內核啟動過程 478
    第13章  系統(tǒng)調用 481
    13.1  設定0x80號中斷 481
    13.2  系統(tǒng)調用現(xiàn)場保護 482
    13.3  Linux系統(tǒng)調用的流程 484
    13.3.1  系統(tǒng)調用過程 484
    13.3.2  中斷INT 0x80入口處理 484
    第14章  Linux網絡系統(tǒng)分層結構 488
    14.1  Linux網絡系統(tǒng)分層結構 488
    14.2  數據包結構 489
    14.2.1  msghdr結構 489
    14.2.2  socket結構 490
    14.2.3  sk_buff結構及管理 490
    14.2.4  sock結構 495
    14.3  sockfs文件系統(tǒng) 497
    14.4  利用socket通信 499
    14.4.1  socket層 500
    14.4.2  IP層收發(fā)數據包函數 506
    14.4.3  網絡核心層 513
    14.5  網卡驅動程序 525
    14.5.1  NAPI 525
    14.5.2  8139CP網卡驅動程序 526
    14.6  netlink 533
    14.6.1  內核netlink調用函數 535
    14.6.2  示例 536
    第15章  執(zhí)行文件的運行過程 544
    15.1  動態(tài)鏈接與靜態(tài)鏈接 544
    15.2  位置無關代碼（PIC）的匯編
    15.2  語言編程 548
    15.3  可執(zhí)行文件格式 550
    15.3.1  a.out文件格式分析 550
    15.3.2  COFF文件格式分析 551
    15.3.3  ELF文件格式分析 552
    15.3.4  符號的重定位 557
    15.3.5  ELF文件加載過程 558
    15.4  可執(zhí)行文件加載代碼分析 559
    第16章  進程間通信 567
    16.1  管道 567
    16.2  消息隊列 575
    16.2.1  消息隊列結構 575
    16.2.2  消息隊列文件系統(tǒng) 576
    16.2.3  消息隊列系統(tǒng)調用函數 579
    16.3  共享內存 585
    16.3.1  共享內存相關結構 586
    16.3.2  tmpfs文件系統(tǒng) 587
    16.3.3  共享內存系統(tǒng)調用 593
    16.4  信號 599
    16.4.1  信號相關的結構 600
    16.4.2  設置信號響應 601
    16.4.3  信號分發(fā) 603
    16.4.4  信號響應 607
    16.5  用戶空間信號量操作 610
    16.5.1  信號量相關結構 610
    16.5.2  系統(tǒng)調用函數的實現(xiàn) 611
    第17章  Linux的安全策略 618
    17.1  Linux常用安全技術 618
    17.1.1  PAM機制 618
    17.1.2  入侵檢測系統(tǒng) 618
    17.1.3  加密文件系統(tǒng) 619
    17.1.4  安全審計 620
    17.1.5  基于ACL的自主訪問控制 620
    17.1.6  強制訪問控制 621
    17.1.7  防火墻 621
    17.2  Linux能力機制 621
    17.3  Flask安全體系結構概述 622
    17.4  SE Linux安全策略配置語言 624
    17.4.1  基本概念 625
    17.4.2  Linux與SE Linux在安全管理
    17.4.2  上的區(qū)別 626
    17.4.3  安全模型 626
    17.4.4  策略語言及配置樣例 626
    17.5  SELinux的內部結構 634
    17.6  SELinux的實現(xiàn) 636
    17.6.1  任務的安全管理 637
    17.6.2  AVC分析 640
    17.6.3  security_compute_av函數 644
    17.7  策略庫的結構 647
    17.7.1  sidtab結構 648
    17.7.2  symtab結構 649
    17.7.3  avtab結構 649
    17.7.4  class_datum結構 649
    17.7.5  role_datum結構 650
    17.7.6  user_datum結構 651
    17.7.7  role_tran結構 651
    17.7.8  cond_node結構 652
    17.8  安全審計的管理 653
    17.9  sel_fs文件系統(tǒng) 654
    17.10  防火墻 660
    17.10.1  Netfilter框架 661
    17.10.2  iptables管理工具 662
    17.10.3  Netfilter例子 663
    第18章  內核配置與編譯 664
    18.1  配置文件的生成 664
    18.2  配置語言 665
    18.3  主Makefile分析 667
    18.3.1  主Makefile中的分析 667
    18.3.2  嵌入式內核的交叉編譯 671
    18.4  Rule.make及子目錄編譯 673
    18.4.1  編譯選項變化引起增量編譯 673
    18.4.2  子目錄的編譯 673
    18.4.3  Rule.make分析 674
    18.4.4  驅動程序配置示例 680
    第19章  Linux內核調試 683
    19.1  strace命令 683
    19.2  oops消息分析 683
    19.3  調試工具 684
    19.4  printk打印調試 688
    19.4.1  printk 688
    19.4.2  如何記錄消息 689
    19.4.3  sys_syslog系統(tǒng)調用 690
    19.4.4  printk函數分析 692
    19.4.5  控制臺 694
    19.4.6  tty代碼分析 695
    19.4.7  tty_register_ldisc函數 701
    19.5  ptrace調試跟蹤 702
    19.5.1  調試寄存器 702
    19.5.2  TSS中的調度陷阱 704
    19.5.3  INT3 704
    19.5.4  程序的單步執(zhí)行 705
    19.5.5  ptrace系統(tǒng)調用 705
    19.5.6  系統(tǒng)調用跟蹤 710
    19.5.7  調試陷阱處理 711
    19.5.8  調試器運行方法 712
    第20章  USB總線驅動程序 715
    20.1  USB的拓樸結構 715
    20.2  USB 2.0協(xié)議 717
    20.2.1  包標志符及傳輸控制概述 717
    20.2.2  總線枚舉 718
    20.2.3  USB設備請求 719
    20.2.4  描述符 719
    20.2.5  OTG規(guī)范 720
    20.3  USB總線驅動程序結構 722
    20.3.1  USB主機驅動程序的體系 722
    20.3.2  USB驅動程序的編寫 723
    20.3.3  設備結構間的關系 725
    20.4  USB驅動程序初始化 727
    20.5  usbfs文件系統(tǒng) 729
    20.5.1  usbfs文件系統(tǒng)初始化 729
    20.5.2  usbfs文件操作 731
    20.6  USB請求塊（URB） 732
    20.6.1  URB結構 732
    20.6.2  URB的操作 733
    20.7  同步消息處理 735
    20.7.1  同步請求完成模型 736
    20.7.2  控制與查詢 737
    20.8  用主機控制器驅動層（HCD層） 737
    20.8.1  USB總線的注冊與注銷 738
    20.8.2  HCD操作函數 739
    20.8.3  注冊根集線器 741
    20.9  集線器Hub 741
    20.9.1  Hub初始化 742
    20.9.2  Hub設備的各種事件處理 744
    20.9.3  ehci-hcd控制器 752
    20.10  USB大存儲設備 758
    20.10.1  Bulk-Only傳輸協(xié)議 759
    20.10.2  SCSI體系結構模型及命令描述塊 761
    20.10.3  大存儲類主機驅動程序 765
    20.11  USB從設備驅動程序（Gadget） 779
    20.11.1  Gadget相關結構 781
    20.11.2  Gadget API 783
    20.11.3  pxa2xx控制器 786
    20.11.4  gadgetfs文件系統(tǒng) 794
    20.11.5  大存儲設備驅動程序 804
    附錄A  Linux系統(tǒng)調用 819
    主要參考文獻 823