Linux 內(nèi)核完全剖析：基于0.12內(nèi)核（15周年版）

第 1 章 概述1
1.1 Linux 的誕生和發(fā)展1
1.1.1 UNIX 操作系統(tǒng)的誕生 1
1.1.2 MINIX 操作系統(tǒng) 1
1.1.3 GNU 計劃 2
1.1.4 POSIX 標(biāo)準(zhǔn) 2
1.1.5 Linux 操作系統(tǒng)的誕生 3
1.1.6 Linux 操作系統(tǒng)版本的變遷 4
1.1.7 Linux 名稱的由來 6
1.1.8 早期Linux 系統(tǒng)開發(fā)的主要貢獻(xiàn)者 7
1.2 內(nèi)容綜述8
1.3 本章小結(jié)12
第 2 章 微型計算機(jī)組成結(jié)構(gòu)13
2.1 微型計算機(jī)組成原理13
2.2 I/O 端口尋址和訪問控制方式15
2.2.1 I/O 端口和尋址 15
2.2.2 接口訪問控制 17
2.3 主存儲器、IOS 和 CMOS存儲器17
2.3.1 主存儲器 17
2.3.2 基本輸入/輸出程序 IOS 18
2.3.3 CMOS 存儲器 19
2.4 控制器和控制卡19
2.4.1 中斷控制器 19
2.4.2 DMA 控制器 20
2.4.3 定時/計數(shù)器 21
2.4.4 鍵盤控制器 21
2.4.5 串行控制卡 22
2.4.6 顯示控制 24
2.4.7 軟盤和硬盤控制器 25
2.5 本章小結(jié)28
第 3 章 內(nèi)核編程語言和環(huán)境29
3.1 as86 匯編器29
3.1.1 as86 匯編語言語法 30
3.1.2 as86 匯編語言程序 31
3.1.3 as86 匯編語言程序的編譯和鏈接 33
3.1.4 as86 和 ld86 使用方法和選項 34
3.2 GNU as 匯編35
3.2.1 編譯 as 匯編語言程序 36
3.2.2 as 匯編語法 37
3.2.3 指令語句、操作數(shù)和尋址 38
3.2.4 區(qū)與重定位 41
3.2.5 符號 43
3.2.6 as 匯編命令 44
3.2.7 編寫 16 位代碼 46
3.2.8 AS 匯編器命令行選項 46
3.3 C 語言程序46
3.3.1 C 程序編譯和鏈接 46
3.3.2 嵌入?yún)R編 47
3.3.3 圓括號中的組合語句 51
3.3.4 寄存器變量 52
3.3.5 內(nèi)聯(lián)函數(shù) 52
3.4 C 與匯編程序的相互調(diào)用54
3.4.1 C 函數(shù)調(diào)用機(jī)制 54
3.4.2 在匯編程序中調(diào)用 C 函數(shù) 59
3.4.3 在 C 程序中調(diào)用匯編函數(shù) 61
3.5 Linux 0.12 目標(biāo)文件格式63
3.5.1 目標(biāo)文件格式 63
3.5.2 Linux 0.12 中的目標(biāo)文件格式 66
3.5.3 鏈接程序輸出 68
3.5.4 鏈接程序預(yù)定義變量 69
3.5.5 System.map 文件 70
3.6 Make 程序和 Makefile 文件72
3.6.1 Makefile 文件內(nèi)容 72
3.6.2 Makefile 文件中的規(guī)則 73
3.6.3 Makefile 文件示例 73
3.6.4 make 處理 Makefile 文件的方式 75
3.6.5 Makefile 中的變量 76
3.6.6 讓 make 自動推斷命令 76
3.6.7 隱含規(guī)則中的自動變量 77
3.7 本章小結(jié)78
第 4 章 80x86 保護(hù)模式及其編程79
4.1 80x86 系統(tǒng)寄存器和系統(tǒng)指令79
4.1.1 標(biāo)志寄存器 79
4.1.2 內(nèi)存管理寄存器 80
4.1.3 控制寄存器 81
4.1.4 系統(tǒng)指令 84
4.2 保護(hù)模式內(nèi)存管理85
4.2.1 內(nèi)存尋址 85
4.2.2 地址變換 86
4.2.3 保護(hù) 88
4.3 分段機(jī)制89
4.3.1 段的定義 89
4.3.2 段描述符表 91
4.3.3 段選擇符 93
4.3.4 段描述符 95
4.3.5 代碼和數(shù)據(jù)段描述符類型 98
4.3.6 系統(tǒng)描述符類型 99
4.4 分頁機(jī)制100
4.4.1 頁表結(jié)構(gòu) 102
4.4.2 頁表項格式 103
4.4.3 虛擬存儲 104
4.5 保護(hù)104
4.5.1 段級保護(hù) 105
4.5.2 訪問數(shù)據(jù)段時的特權(quán)級檢查 107
4.5.3 代碼段之間轉(zhuǎn)移控制時的特權(quán)級檢查108
4.5.4 頁級保護(hù)  113
4.5.5 組合頁級和段級保護(hù)  115
4.6 中斷和異常處理 115
4.6.1 異常和中斷向量  115
4.6.2 中斷源和異常源  116
4.6.3 異常分類  117
4.6.4 程序或任務(wù)的重新執(zhí)行  117
4.6.5 開啟和禁止中斷  118
4.6.6 異常和中斷的優(yōu)先級  118
4.6.7 中斷描述符表  119
4.6.8 IDT 描述符 119
4.6.9 異常與中斷處理 120
4.6.10 中斷處理任務(wù) 123
4.6.11 錯誤碼 123
4.7 任務(wù)管理124
4.7.1 任務(wù)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài) 125
4.7.2 任務(wù)的執(zhí)行 126
4.7.3 任務(wù)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 126
4.7.4 任務(wù)切換 129
4.7.5 任務(wù)鏈 131
4 .7.6 任務(wù)地址空間 132
4.8 保護(hù)模式編程初始化133
4.8.1 進(jìn)入保護(hù)模式時的初始化操作 134
4.8.2 模式切換 135
4.9 一個簡單的多任務(wù)內(nèi)核實例 137
4.9.1 多任務(wù)程序結(jié)構(gòu)和工作原理 137
4.9.2 引導(dǎo)啟動程序 oot.s 140
4.9.3 多任務(wù)內(nèi)核程序 head.s 142
第 5 章 Linux 內(nèi)核體系結(jié)構(gòu) 147
5.1 Linux 內(nèi)核模式147
5.2 Linux 內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)148
5.3 Linux 內(nèi)核對內(nèi)存的管理和使用150
5.3.1 物理內(nèi)存 150
5.3.2 內(nèi)存地址空間概念 150
5.3.3 內(nèi)存分段機(jī)制 151
5.3.4 內(nèi)存分頁管理 154
5.3.5 CPU 多任務(wù)和保護(hù)方式 157
5.3.6 虛擬地址、線性地址和物理地址之間的關(guān)系 157
5.3.7 用戶申請內(nèi)存的動態(tài)分配 161
5.4 中斷機(jī)制162
5.4.1 中斷操作原理 162
5.4.2 80x86 微機(jī)的中斷子系統(tǒng) 163
5 .4.3 中斷向量表 164
5.4.4 Linux 內(nèi)核的中斷處理 164
5.4.5 標(biāo)志寄存器的中斷標(biāo)志 166
5.5 Linux 的系統(tǒng)調(diào)用 166
5.5.1 系統(tǒng)調(diào)用接口 166
5.5.2 系統(tǒng)調(diào)用處理過程 167
5.5.3 Linux 系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞方式168
5.6 系統(tǒng)時間和定時168
5.6.1 系統(tǒng)時間 168
5.6.2 系統(tǒng)定時 169
5.7 Linux 進(jìn)程控制170
5.7.1 任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 170
5.7.2 進(jìn)程運行狀態(tài) 175
5.7.3 進(jìn)程初始化 176
5.7.4 創(chuàng)建新進(jìn)程 177
5.7.5 進(jìn)程調(diào)度 178
5.7.6 終止進(jìn)程 179
5.8 Linux 系統(tǒng)中堆棧的使用方法179
5.8.1 初始化階段 180
5.8.2 任務(wù)的堆棧 181
5.8.3 任務(wù)內(nèi)核態(tài)堆棧與用戶態(tài)堆棧之間的切換 183
5.9 Linux 0.12 采用的文件系統(tǒng)184
5.10 Linux 內(nèi)核源代碼的目錄結(jié)構(gòu)184
5.10.1 內(nèi)核主目錄 linux 185
5.10.2 引導(dǎo)啟動程序目錄 oot 185
5.10.3 文件系統(tǒng)目錄 fs 186
5.10.4 頭文件主目錄 include 187
5.10.5 內(nèi)核初始化程序目錄 init 188
5.10.6 內(nèi)核程序主目錄 kernel 188
5.10.7 內(nèi)核庫函數(shù)目錄 li 191
5.10.8 內(nèi)存管理程序目錄 mm 191
5.10.9 編譯內(nèi)核工具程序目錄 tools 192
5.11 內(nèi)核系統(tǒng)與應(yīng)用程序的關(guān)系192
5.12 linux/Makefile 文件193
5.12.1 功能描述 193
5.12.2 代碼注釋 194
5.13 本章小結(jié) 198
第 6 章 引導(dǎo)啟動程序 199
6.1 總體功能199
6.2 ootsect.S 程序201
6.2.1 功能描述 201
6.2.2 代碼注釋 202
6.2.3 其他信息 213
6.3 setup.S 程序214
6.3.1 功能描述 214
6.3.2 代碼注釋 216
6.3.3 其他信息 232
6.4 head.s 程序242
6.4.1 功能描述 242
6.4.2 代碼注釋 243
6.4.3 其他信息 251
6.5 本章小結(jié)253
第 7 章 初始化程序255
7.1 main.c 程序255
7.1.1 功能描述 255
7.1.2 代碼注釋 258
7.1.3 其他信息 265
7.2 環(huán)境初始化工作267
7.3 本章小結(jié)269
第 8 章 內(nèi)核代碼 271
8.1 總體功能271
8.1.1 中斷處理程序 271
8.1.2 系統(tǒng)調(diào)用處理相關(guān)程序 272
8.1.3 其他通用類程序 273
8.2 asm.s 程序273
8.2.1 功能描述 273
8.2.2 代碼注釋 275
8.2.3 Intel 保留中斷向量的定義 279
8.3 traps.c 程序279
8.3.1 功能描述 279
8.3.2 代碼注釋 279
8.4 sys_call.s 程序 284
8.4.1 功能描述 284
8.4.2 代碼注釋 286
8.4.3 其他信息 294
8.5 mktime.c 程序296
8.5.1 功能描述 296
8.5.2 代碼注釋 297
8.5.3 閏年的計算方法 298
8.6 sched.c 程序298
8.6.1 功能描述 298
8.6.2 代碼注釋 300
8.6.3 其他信息 312
8.7 signal.c 程序317
8.7.1 功能描述 317
8.7.2 代碼注釋 325
8.7.3 進(jìn)程信號說明 331
8.8 exit.c 程序332
8.8.1 功能描述 332
8.8.2 代碼注釋 333
8.9 fork.c 程序345
8.9.1 功能描述 345
8.9.2 代碼注釋 346
8.9.3 任務(wù)狀態(tài)段信息 351
8.10 sys.c 程序 352
8.10.1 功能描述 352
8.10.2 代碼注釋 353
8.11 vsprintf.c 程序 366
8.11.1 功能描述 366
8.11.2 代碼注釋 367
8.11.3 vsprintf()的格式字符串 372
8.11.4 與當(dāng)前版本的區(qū)別 374
8.12 printk.c 程序374
8.12.1 功能描述 374
8.12.2 代碼注釋 375
8.13 panic.c 程序375
8.13.1 功能描述 375
8.13.2 代碼注釋 376
8.14 本章小結(jié) 376
第 9 章 塊設(shè)備驅(qū)動程序377
9.1 總體功能378
9.1.1 塊設(shè)備請求項和請求隊列 378
9.1.2 塊設(shè)備訪問調(diào)度處理 380
9.1.3 塊設(shè)備操作方式 380
9.2 lk.h 文件381
9.2.1 功能描述 381
9.2.2 代碼注釋 382
9.3 hd.c 程序 386
9.3.1 功能描述 386
9.3.2 代碼注釋 388
9.3.3 其他信息 400
9.4 ll_rw_lk.c 程序409
9.4.1 功能描述 409
9.4.2 代碼注釋 409
9.5 ramdisk.c 程序415
9.5.1 功能描述 415
9.5.2 代碼注釋 417
9.6 floppy.c 程序421
9.6.1 功能描述 421
9.6.2 代碼注釋 422
9.6.3 其他信息 435
第 10 章 字符設(shè)備驅(qū)動程序449
10.1 總體功能449
10.1.1 終端驅(qū)動程序基本原理 449
10.1.2 Linux 支持的終端設(shè)備類型 450
10.1.3 終端基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 451
10.1.4 規(guī)范模式和非規(guī)范模式 455
10.1.5 控制臺終端和串行終端設(shè)備 456
10.1.6 終端驅(qū)動程序接口 459
10.2 keyoard.S 程序459
10.2.1 功能描述 459
10.2.2 代碼注釋 459
10.2.3 其他信息 473
10.3 console.c 程序477
10.3.1 功能描述 477
10.3.2 代碼注釋 477
10.3.3 其他信息 503
10.4 serial.c 程序510
10.4.1 功能描述 510
10.4.2 代碼注釋 510
10.4.3 異步串行通信控制器 UART 512
10.5 rs_io.s 程序517
10.5.1 功能描述 517
10.5.2 代碼注釋 518
10.6 tty_io.c 程序522
10.6.1 功能描述 522
10.6.2 代碼注釋 523
10.6.3 控制字符 VTIME、VMIN 536
10.7 tty_ioctl.c 程序536
10.7.1 功能描述 536
10.7.2 代碼注釋 537
10.7.3 波特率與波特率因子 543
第 11 章 數(shù)學(xué)協(xié)處理器545
11.1 總體功能描述545
11.1.1 浮點數(shù)據(jù)類型 546
11.1.2 數(shù)學(xué)協(xié)處理器功能和結(jié)構(gòu) 550
11.2 math_emulate.c 程序553
11.2.1 功能描述 553
11.2.2 代碼注釋 555
11.3 error.c 程序565
11.3.1 功能描述 565
11.3.2 代碼注釋 566
11.4 ea.c 程序566
11.4.1 功能描述 566
11.4.2 代碼注釋 567
11.5 convert.c 程序570
11.5.1 功能描述 570
11.5.2 代碼注釋 570
11.6 add.c 程序574
11.6.1 功能描述 574
11.6.2 代碼注釋 575
11.7 compare.c 程序577
11.7.1 功能描述 577
11.7.2 代碼注釋 577
11.8 get_put.c 程序579
11.8.1 功能描述 579
11.8.2 代碼注釋 579
11.9 mul.c 程序585
11.9.1 功能描述 585
11.9.2 代碼注釋 585
11.10 div.c 程序586
11.10.1 功能描述 586
11.10.2 代碼注釋 587
第 12 章 文件系統(tǒng)589
12.1 總體功能 589
12.1.1 MINIX 文件系統(tǒng) 590
12.1.2 文件類型、屬性和目錄項 594
12.1.3 高速緩沖區(qū) 598
12.1.4 文件系統(tǒng)底層函數(shù) 599
12.1.5 文件中數(shù)據(jù)的訪問操作 599
12.1.6 文件和目錄管理系統(tǒng)調(diào)用 601
12.1.7 360K 軟盤中文件系統(tǒng)實例分析602
12.2 uffer.c 程序605
12.2.1 功能描述 605
12.2.2 代碼注釋 611
12.3 itmap.c 程序621
12.3.1 功能描述 622
12.3.2 代碼注釋 622
12.4 truncate.c 程序627
12.4.1 功能描述 627
12.4.2 代碼注釋 627
12.5 inode.c 程序630
12.5.1 功能描述 630
12.5.2 代碼注釋 632
12.6 super.c 程序641
12.6.1 功能描述 641
12.6.2 代碼注釋 642
12.7 namei.c 程序650
12.7.1 功能描述 650
12.7.2 代碼注釋 651
12.8 file_tale.c 程序675
12.8.1 功能描述 675
12.8.2 代碼注釋 675
12.9 lock_dev.c 程序676
12.9.1 功能描述 676
12.9.2 代碼注釋 677
12.10 file_dev.c 程序 680
12.10.1 功能描述 680
12.10.2 代碼注釋 680
12.11 pipe.c 程序682
12.11.1 功能描述 682
12.11.2 代碼注釋 683
12.12 char_dev.c 程序687
12.12.1 功能描述 687
12.12.2 代碼注釋 687
12.13 read_write.c 程序690
12.13.1 功能描述 690
12.13.2 代碼注釋 690
12.13.3 用戶程序讀寫操作過程 693
12.14 open.c 程序695
12.14.1 功能描述 696
12.14.2 代碼注釋 696
12.15 exec.c 程序 703
12.15.1 功能描述 703
12.15.2 代碼注釋 707
12.16 stat.c 程序718
12.16.1 功能描述 718
12.16.2 代碼注釋 718
12.17 fcntl.c 程序 721
12.17.1 功能描述 721
12.17.2 代碼注釋 722
12.18 ioctl.c 程序724
12.18.1 功能描述 724
12.18.2 代碼注釋 724
12.19 select.c 程序725
12.19.1 功能描述 725
12.19.2 代碼注釋 730
第 13 章 內(nèi)存管理738
13.1 總體功能 738
13.1.1 內(nèi)存分頁管理機(jī)制 738
13.1.2 物理內(nèi)存的管理和分配 741
13.1.3 線性地址空間的使用分配 742
13.1.4 邏輯地址、線性地址和物理地址之間的變換 742
13.1.5 頁面出錯異常處理 744
13.1.6 寫時復(fù)制機(jī)制 745
13.1.7 需求加載機(jī)制 745
13.2 memory.c 程序746
13.2.1 功能描述 746
13.2.2 代碼注釋 748
13.3 page.s 程序 764
13.3.1 功能描述 764
13.3.2 代碼注釋 764
13.4 swap.c 程序 765
13.4.1 功能描述 765
13.4.2 代碼注釋 766
第 14 章 頭文件774
14.1 include/目錄下的文件774
14.2 a.out.h 文件775
14.2.1 功能描述 775
14.2.2 代碼注釋 776
14.2.3 a.out 執(zhí)行文件格式 782
14.3 const.h 文件 785
14.3.1 功能描述 785
14.3.2 代碼注釋 785
14.4 ctype.h 文件786
14.4.1 功能描述 786
14.4.2 代碼注釋 786
14.5 errno.h 文件 787
14.5.1 功能描述 787
14.5.2 代碼注釋 788
14.6 fcntl.h 文件 789
14.6.1 功能描述 789
14.6.2 代碼注釋 789
14.7 signal.h 文件791
14.7.1 功能描述 791
14.7.2 文件注釋 791
14.8 stdarg.h 文件794
14.8.1 功能描述 794
14.8.2 代碼注釋 794
14.9 stddef.h 文件795
14.9.1 功能描述 795
14.9.2 代碼注釋 795
14.10 string.h 文件796
14.10.1 功能描述 796
14.10.2 代碼注釋 796
14.11 termios.h 文件805
14.11.1 功能描述 805
14.11.2 代碼注釋 806
14.11.3 控制字符 TIME 和 MIN 811
14.12 time.h 文件812
14.12.1 功能描述 812
14.12.2 代碼注釋 812
14.13 unistd.h 文件814
14.13.1 功能描述 814
14.13.2 代碼注釋 814
14.14 utime.h 文件820
14.14.1 功能描述 820
14.14.2 代碼注釋 820
14.15 include/asm/目錄下的文件820
14.16 io.h 文件 820
14.16.1 功能描述 820
14.16.2 代碼注釋 821
14.17 memory.h 文件821
14.17.1 功能描述 821
14.17.2 代碼注釋 821
14.18 segment.h 文件 822
14.18.1 功能描述 822
14.18.2 代碼注釋 822
14.19 system.h 文件824
14.19.1 功能描述