操作系統(tǒng)設計：Xinu方法（原書第2版）

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第1章　引言和概述1
1.1　操作系統(tǒng)1
1.2　本書的研究方法2
1.3　分層設計2
1.4　Xinu操作系統(tǒng)4
1.5　操作系統(tǒng)的界定4
1.6　從外部看操作系統(tǒng)5
1.7　其他章節(jié)概要6
1.8　觀點6
1.9　總結7
練習7
第2章　并發(fā)執(zhí)行與操作系統(tǒng)服務8
2.1　引言8
2.2　多活動的編程模型8
2.3　操作系統(tǒng)服務9
2.4　并發(fā)處理的概念和術語9
2.5　串行程序和并發(fā)程序的區(qū)別11
2.6　多個進程共享同一段代碼12
2.7　進程退出與進程終止14
2.8　共享內存、競爭條件和同步14
2.9　信號量與互斥18
2.10　Xinu中的類型命名方法19
2.11　使用kputc和kprintf進行操作系統(tǒng)的調試20
2.12　觀點20
2.13　總結21
練習21
第3章　硬件與運行時環(huán)境概述22
3.1　引言22
3.2　開發(fā)平臺的物理和邏輯架構22
3.3　指令集23
3.4　通用寄存器23
3.5　I/O總線和存-取范例24
3.6　DMA機制25
3.7　總線地址空間25
3.8　總線啟動和配置26
3.9　函數調用約定和運行時棧26
3.10　中斷和中斷處理28
3.11　中斷向量29
3.12　異常向量和異常處理29
3.13　時鐘硬件29
3.14　串行通信30
3.15　輪詢與中斷驅動I/O30
3.16　存儲布局30
3.17　內存保護31
3.18　硬件細節(jié)和片上系統(tǒng)體系結構31
3.19　觀點31
3.20　硬件參考資料32
練習32
第4章　鏈表與隊列操作33
4.1　引言33
4.2　進程鏈表的統(tǒng)一數據結構33
4.3　簡潔的鏈表數據結構34
4.4　隊列數據結構的實現35
4.5　內聯隊列操作函數36
4.6　獲取鏈表中進程的基礎函數37
4.7　FIFO隊列操作38
4.8　優(yōu)先級隊列的操作40
4.9　鏈表初始化42
4.10　觀點43
4.11　總結43
練習43
第5章　調度和上下文切換45
5.1　引言45
5.2　進程表45
5.3　進程狀態(tài)47
5.4　就緒和當前狀態(tài)48
5.5　調度策略48
5.6　調度的實現49
5.7　推遲重新調度52
5.8　上下文切換的實現52
5.9　內存中保存的狀態(tài)52
5.10　上下文切換操作53
5.11　重新啟動進程執(zhí)行的地址56
5.12　并發(fā)執(zhí)行和空進程57
5.13　使進程就緒和調度常量57
5.14　其他進程調度算法58
5.15　觀點58
5.16　總結59
練習59
第6章　更多進程管理60
6.1　引言60
6.2　進程掛起和恢復60
6.3　自我掛起和信息隱藏60
6.4　系統(tǒng)調用61
6.5　禁止和恢復中斷62
6.6　系統(tǒng)調用模板63
6.7　系統(tǒng)調用返回值SYSERR和OK63
6.8　掛起的實現64
6.9　掛起當前進程65
6.10　suspend函數的返回值65
6.11　進程終止和進程退出66
6.12　進程創(chuàng)建68
6.13　其他進程管理函數72
6.14　總結74
練習74
第7章　協(xié)調并發(fā)進程76
7.1　引言76
7.2　進程同步的必要性76
7.3　計數信號量的概念77
7.4　避免忙等待77
7.5　信號量策略和進程選擇77
7.6　等待狀態(tài)78
7.7　信號量數據結構79
7.8　系統(tǒng)調用wait79
7.9　系統(tǒng)調用signal80
7.10　靜態(tài)和動態(tài)信號量分配81
7.11　動態(tài)信號量的實現示例82
7.12　信號量刪除83
7.13　信號量重置84
7.14　并行處理器（多核）之間的協(xié)調85
7.15　觀點86
7.16　總結86
練習87
第8章　消息傳遞88
8.1　引言88
8.2　兩種類型的消息傳遞服務88
8.3　消息使用資源的限制89
8.4　消息傳遞函數和狀態(tài)轉換89
8.5　send的實現90
8.6　receive的實現91
8.7　非阻塞消息接收的實現92
8.8　觀點92
8.9　總結92
練習93
第9章　基本內存管理94
9.1　引言94
9.2　內存的類型94
9.3　重量級進程的定義95
9.4　示例系統(tǒng)的內存管理95
9.5　程序段和內存區(qū)域95
9.6　動態(tài)內存分配96
9.7　底層內存管理器的設計97
9.8　分配策略和內存持久性97
9.9　追蹤空閑內存98
9.10　底層內存管理的實現98
9.11　使用空閑內存的數據結構定義99
9.12　分配堆存儲100
9.13　分配棧存儲102
9.14　堆和棧存儲的釋放103
9.15　觀點105
9.16　總結106
練習106
第10章　高級內存管理和虛擬內存107
10.1　引言107
10.2　分區(qū)空間分配107
10.3　緩沖池108
10.4　分配緩沖區(qū)108
10.5　將緩沖區(qū)返還給緩沖池110
10.6　創(chuàng)建緩沖池111
10.7　初始化緩沖池表112
10.8　虛擬內存和內存復用113
10.9　實地址空間和虛地址空間113
10.10　支持按需分頁的硬件114
10.11　使用頁表的地址轉換114
10.12　頁表項中的元數據115
10.13　按需分頁以及設計上的問題116
10.14　頁面替換和全局時鐘算法116
10.15　觀點117
10.16　總結117
練習118
第11章　高層消息傳遞119
11.1　引言119
11.2　進程間通信端口119
11.3　端口實現119
11.4　端口表初始化120
11.5　端口創(chuàng)建121
11.6　向端口發(fā)送消息122
11.7　從端口接收消息124
11.8　端口的刪除和重置125
11.9　觀點128
11.10　總結128
練習128
第12章　中斷處理130
12.1　引言130
12.2　中斷的優(yōu)點130
12.3　中斷處理130
12.4　中斷向量131
12.5　中斷和異常集成131
12.6　使用代碼的ARM異常向量132
12.7　設備中斷向量號的分配135
12.8　中斷分派136
12.9　中斷的軟件結構137
12.10　禁止中斷139
12.11　中斷代碼調用函數的限制140
12.12　中斷過程中重新調度的必要性140
12.13　中斷過程中的重新調度140
12.14　觀點141
12.15　總結142
練習142
第13章　實時時鐘管理143
13.1　引言143
13.2　定時事件143
13.3　實時時鐘和計時器硬件143
13.4　實時時鐘中斷處理144
13.5　延時與搶占145
13.6　搶占的實現145
13.7　使用增量鏈表對延遲進行有效管理146
13.8　增量鏈表的實現147
13.9　將進程轉入睡眠148
13.10　定時消息接收150
13.11　喚醒睡眠進程154
13.12　時鐘中斷處理154
13.13　時鐘初始化156
13.14　觀點159
13.15　總結159
練習159
第14章　設備無關的I/O161
14.1　引言161
14.2　I/O和設備驅動的概念結構161
14.3　接口抽象和驅動抽象162
14.4　I/O接口示例163
14.5　打開-讀-寫-關閉范例163
14.6　綁定I/O操作和設備名164
14.7　Xinu中的設備名164
14.8　設備轉換表概念165
14.9　設備的多個副本和共享驅動166
14.10　高層I/O操作的實現168
14.11　其他高層I/O函數169
14.12　打開、關閉和引用計數172
14.13　devtab中的空條目和錯誤條目174
14.14　I/O系統(tǒng)的初始化174
14.15　觀點178
14.16　總結179
練習179
第15章　設備驅動示例180
15.1　引言180
15.2　使用UART硬件進行串行通信180
15.3　tty抽象180
15.4　tty設備驅動的組織結構181
15.5　請求隊列和緩沖區(qū)182
15.6　上半部和下半部的同步183
15.7　UART硬件FIFO與驅動設計184
15.8　控制塊的概念184
15.9　tty控制塊和數據聲明184
15.10　次設備號186
15.11　上半部tty字符輸入（ttygetc）187
15.12　上半部tty讀取函數（ttyread）188
15.13　上半部tty字符輸出（ttyputc）189
15.14　開始輸出（ttykickout）190
15.15　上半部tty多字符輸出（ttywrite）191
15.16　下半部tty驅動函數（ttyhandler）192
15.17　輸出中斷處理（ttyhandle_out）194
15.18　tty輸入處理（ttyhandle_in）196
15.19　tty控制塊初始化（ttyinit）202
15.20　設備驅動控制（ttycontrol）204
15.21　觀點205
15.22　總結205
練習206
第16章　DMA設備和驅動（以太網）207
16.1　引言207
16.2　直接內存訪問和緩沖區(qū)207
16.3　多個緩沖區(qū)和緩沖區(qū)環(huán)207
16.4　使用DMA的以太網驅動示例208
16.5　設備的硬件定義和常量209
16.6　環(huán)和內存緩沖區(qū)211
16.7　以太網控制塊的定義213
16.8　設備和驅動初始化215
16.9　從以太網設備讀取數據包221
16.10　向以太網設備寫入數據包223
16.11　以太網設備的中斷處理225
16.12　以太網控制函數228
16.13　觀點229
16.14　總結229
練習229
第17章　最小互聯網協(xié)議棧230
17.1　引言230
17.2　所需的功能230
17.3　同步會話、超時和網絡處理進程231
17.4　設計的影響232
17.5　ARP函數232
17.6　網絡數據包的定義241
17.7　網絡輸入進程242
17.8　IP的相關定義245
17.9　IP函數246
17.10　UDP表的定義255
17.11　UDP函數256
17.12　互聯網控制報文協(xié)議267
17.13　動態(tài)主機配置協(xié)議268
17.14　觀點275
17.15　總結275
練習275
第18章　遠程磁盤驅動277
18.1　引言277
18.2　磁盤抽象277
18.3　磁盤驅動支持的操作277
18.4　塊傳輸和高層I/O函數277
18.5　遠程磁盤范例278
18.6　高速緩存的重要概念278
18.7　磁盤操作的語義279
18.8　驅動數據結構的定義280
18.9　驅動初始化（rdsinit）284
18.10　上半部打開函數（rdsopen）287
18.11　遠程通信函數（rdscomm）289
18.12　上半部寫函數（rdswrite）291
18.13　上半部讀函數（rdsread）293
18.14　刷新掛起的請求296
18.15　上半部控制函數（rdscontrol）297
18.16　分配磁盤緩沖區(qū)（rdsbufalloc）299
18.17　上半部關閉函數（rdsclose）300
18.18　下半部通信進程（rdsprocess）302
18.19　觀點306
18.20　總結306
練習306
第19章　文件系統(tǒng)308
19.1　什么是文件系統(tǒng)308
19.2　文件操作的示例集308
19.3　本地文件系統(tǒng)的設計309
19.4　Xinu文件系統(tǒng)的數據結構309
19.5　索引管理器的實現310
19.6　清空索引塊（lfibclear）314
19.7　獲取索引塊（lfibget）315
19.8　存儲索引塊（lfibput）315
19.9　從空閑鏈表中分配索引塊（lfiballoc）316
19.10　從空閑鏈表中分配數據塊（lfdballoc）317
19.11　使用設備無關的I/O函數進行文件操作319
19.12　文件系統(tǒng)的設備配置和函數名稱320
19.13　本地文件系統(tǒng)打開函數（lfsopen）320
19.14　關閉文件偽設備（lflclose）326
19.15　刷新磁盤中的數據（lfflush）328
19.16　文件的批量傳輸函數（lflwrite、lflread）328
19.17　在文件中查找新位置（lflseek）330
19.18　從文件中提取一字節(jié)（lflgetc）331
19.19　改變文件中的一字節(jié)（lflputc）332
19.20　載入索引塊和數據塊（lfsetup）334
19.21　主文件系統(tǒng)設備的初始化（lfsinit）337
19.22　偽設備的初始化（lflinit）338
19.23　文件截斷（lftruncate）339
19.24　初始文件系統(tǒng)的創(chuàng)建（lfscreate）341
19.25　觀點343
19.26　總結343
練習343
第20章　遠程文件機制345
20.1　引言345
20.2　遠程文件訪問345
20.3　遠程文件語義345
20.4　遠程文件設計和消息346
20.5　遠程文件服務器通信（rfscomm）352
20.6　發(fā)送基本消息（rfsndmsg）354
20.7　網絡字節(jié)序355
20.8　使用設備范例的遠程文件系統(tǒng)355
20.9　打開遠程文件（rfsopen）356
20.10　檢查文件模式（rfsgetmode）359
20.11　關閉遠程文件（rflclose）360
20.12　讀遠程文件（rflread）361
20.13　寫遠程文件（rflwrite）363
20.14　遠程文件的定位（rflseek）365
20.15　遠程文件單字符I/O（rflgetc、rflputc）366
20.16　遠程文件系統(tǒng)控制函數（rfscontrol）367
20.17　初始化遠程文件系統(tǒng)（rfsinit、rflinit）370
20.18　觀點372
20.19　總結372
練習372
第21章　句法名字空間374
21.1　引言374
21.2　透明與名字空間抽象374
21.3　多種命名方案375
21.4　命名系統(tǒng)設計的其他方案376
21.5　基于句法的名字空間376
21.6　模式和替換376
21.7　前綴模式377
21.8　名字空間的實現377
21.9　名字空間的數據結構和常量377
21.10　增加名字空間前綴表的映射378
21.11　使用前綴表進行名字映射379
21.12　打開命名文件383
21.13　名字空間初始化383
21.14　對前綴表中的項進行排序386
21.15　選擇邏輯名字空間386
21.16　默認層次和空前綴387
21.17　額外的對象操作函數387
21.18　名字空間方法的優(yōu)點和限制388
21.19　廣義模式388
21.20　觀點389
21.21　總結389
練習390
第22章　系統(tǒng)初始化391
22.1　引言391
22.2　引導程序：從零開始391
22.3　一個通過網絡啟動的例子392
22.4　操作系統(tǒng)初始化392
22.5　Xinu初始化393
22.6　Xinu系統(tǒng)啟動395
22.7　從程序轉化為進程399
22.8　觀點399
22.9　總結399
練習400
第23章　子系統(tǒng)初始化和內存標記401
23.1　引言401
23.2　自初始化模塊401
23.3　并發(fā)系統(tǒng)中的自初始化模塊402
23.4　重新啟動后的自初始化403
23.5　使用登錄號初始化404
23.6　廣義內存標記方案405
23.7　內存標記系統(tǒng)的數據聲明406
23.8　標記的實現407
23.9　觀點408
23.10　總結408
練習408
第24章　異常處理409
24.1　引言409
24.2　術語：故障、檢測、陷阱和異常409
24.3　向量異常和可屏蔽中斷 409
24.4　異常的類型410
24.5　處理異常410
24.6　異常向量初始化411
24.7　面對災難時的panic411
24.8　panic函數的實現411
24.9　觀點412
24.10　總結412
練習412
第25章　系統(tǒng)配置413
25.1　引言413
25.2　多重配置的需求413
25.3　Xinu系統(tǒng)配置414
25.4　Xinu配置文件的內容414
25.5　計算次設備號416
25.6　配置Xinu系統(tǒng)的步驟417
25.7　觀點417
25.8　總結417
練習417
第26章　一個用戶接口例子：Xinu shell419
26.1　引言419
26.2　什么是用戶接口419
26.3　命令和設計原則419
26.4　一個簡化shell的設計決策420
26.5　shell的組織和操作420
26.6　詞法符號的定義421
26.7　命令行語法的定義421
26.8　Xinu shell的實現422
26.9　符號的存儲424
26.10　詞法分析器代碼424
26.11　命令解釋器的核心428
26.12　命令名查詢和內部處理434
26.13　傳遞給命令的參數435
26.14　向外部命令傳遞參數435
26.15　I/O重定向438
26.16　命令函數（sleep）的例子439
26.17　觀點440
26.18　總結441
練習441
附錄1　操作系統(tǒng)移植443
附錄2　Xinu設計注解450
索引454