LInux内核分析及编程

第1章  数据类型及链表 1
    1.1  数据类型所占空间 1
    1.2  有关移植性的其他问题 3
    1.2.1  时间间隔 3
    1.2.2  页面大小 3
    1.2.3  字节存储顺序 3
    1.2.4  数据对齐 4
    1.3  内核通用链表 4
    1.3.1  hlist哈希链表 7
    1.3.2  RCU操作保护的链表 8
    1.4  AT&T的汇编格式 9
    1.5  内核中的时间延迟 11
    第2章  进程及进程调度 13
    2.1  进程结构 13
    2.2  进程创建 24
    2.2.1  对象缓存的分配 24
    2.2.2  系统调用sys_fork 25
    2.3  内核线程 26
    2.4  工作队列 27
    2.4.1  工作队列的结构及宏定义 28
    2.4.2  工作队列的建立 29
    2.5  进程调度 33
    2.5.1  runqueue结构 34
    2.5.2  进程调度初始化 36
    2.5.3  负载平衡的启动 38
    2.5.4  负载平衡的方法 42
    2.5.5  函数schedule分析 46
    2.5.6  调度器的实时性能 51
    2.6  Linux内核抢占 51
    第3章  内核同步机制 55
    3.1  内核中的互斥机制 55
    3.1.1  自旋锁 55
    3.1.2  原子操作 59
    3.1.3  信号量 60
    3.2  RCU 64
    3.2.1  RCU原理介绍 64
    3.2.2  RCU应用实例 66
    3.2.3  RCU相关数据结构 67
    3.2.4  内核RCU机制的建立 68
    3.2.5  RCU回调处理 73
    3.3  内核与用户空间的通信机制 74
    3.3.1  热插拔操作 74
    3.3.2  内核发消息到用户空间通信机制 75
    3.3.3  内核空间调用用户空间程序 78
    第4章  内存管理 81
    4.1  内存地址类型和内存保护 82
    4.1.1  地址类型 82
    4.1.2  内存保护 83
    4.2  80386的段页式管理机制 84
    4.2.1  描述符及分段 84
    4.2.2  物理内存分页机制 85
    4.3  IA-64 Linux地址空间划分 86
    4.4  进程的内存组织 88
    4.4.1  内存管理的数据结构 88
    4.4.2  VMA在/proc文件系统中的显示 90
    4.5  虚拟内存管理 91
    4.5.1  大容量对象缓存 91
    4.5.2  内存映射 94
    4.5.3  物理内存的反向映射 110
    4.5.4  虚拟内存的加锁和保护 113
    4.6  物理内存管理 114
    4.6.1  物理内存的结构 114
    4.6.2  物理页位图 116
    4.6.3  物理内存的初始化过程 117
    4.6.4  物理页面的分配和回收 121
    4.6.5  缓存及slab 125
    4.6.6  缓存分配的应用 129
    4.6.7  分配缓存函数的分析 129
    4.6.8  交换空间 135
    4.6.9  请页机制 137
    4.6.10  守护进程kswapd 139
    4.6.11  内存管理相关的高速缓存 144
    4.6.12  内存缓冲池 144
    4.6.13  大块内存页 147
    第5章  虚拟文件系统 149
    5.1  VFS的超级块、dentry和节点结构 150
    5.2  与进程联系的文件系统相关结构 153
    5.3  系统有关操作函数集的结构 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  文件系统的建立过程 157
    5.5  文件系统的注册、安装与卸载 159
    5.5.1  文件系统的注册 159
    5.5.2  文件系统的安装与卸载 160
    5.6  文件系统的系统调用过程 160
    5.6.1  系统调用open 161
    5.6.2  read系统调用 170
    5.7  文件系统的各种缓存 172
    5.7.1  块缓存buffer 172
    5.7.2  inode缓存 182
    5.7.3  目录条目dentry缓存 185
    5.8  缓存同步操作——sys_sync系统调用 189
    5.8.1  多个节点同步回写操作函数
    5.8.1  sync_inodes 189
    5.8.2  单个节点同步回写操作函数sync_inodes_sb 190
    5.8.3  节点地址空间数据回写操作函数 194
    5.8.4  块设备节点映射的数据同步回写
    5.8.4  函数sync_blockdev 200
    5.9  pdflush线程池 203
    5.9.1  pdflush线程池的实现 203
    5.9.2  pdflush线程使用实例
    5.9.2  ——wakeup_bdflush 206
    5.10  限额机制 207
    第6章  EXT2文件系统 208
    6.1  EXT2文件系统的几个数据结构 210
    6.1.1  EXT2超级块 210
    6.1.2  EXT2超级块信息结构 211
    6.1.3  超级块的操作函数结构 212
    6.1.4  EXT2的索引节点inode 212
    6.1.5  EXT2文件系统的节点信息结构 214
    6.1.6  节点操作函数结构 215
    6.1.7  文件操作函数结构 215
    6.1.8  EXT2文件系统的组描述符 215
    6.2  EXT2文件系统建立过程 215
    6.3  ext2_read_inode函数分析 220
    6.4  ext2_write_inode函数分析 221
    6.5  文件的读写 223
    6.6  文件扩展时的数据块分配策略 228
    6.7  EXT2的目录项及文件的定位 234
    6.8  链接文件 237
    第7章  其他文件系统 238
    7.1  ramfs内存文件系统 238
    7.1.1  ramfs文件系统模块初始化 238
    7.1.2  ramfs文件系统操作函数集 240
    7.1.3  文件读写操作 240
    7.1.4  目录及节点操作函数集 241
    7.2  /proc文件系统 242
    7.2.1  /proc文件系统在调试中的作用 243
    7.2.2  /proc文件系统实现分析 245
    7.2.3  在/proc中读写设备信息示例 250
    7.3  VFAT文件系统 255
    7.3.1  FAT文件系统的组成 255
    7.3.2  引导记录区DBR及定义 256
    7.3.3  FAT文件系统结构定义 260
    7.3.4  VFAT文件系统的注册超级块 261
    7.3.5  超级块操作函数集的实现 264
    7.3.6  目录操作函数集 265
    7.4  Devfs文件系统 270
    7.5  sysfs文件系统 275
    7.5.1  内核对象相关结构 276
    7.5.2  sysfs文件系统的建立过程 277
    7.5.3  sysfs提供给对象模型的调用函数 278
    7.5.4  sysfs建立bus子系统 280
    7.5.5  bus子系统的接口函数 282
    7.5.6  在sysfs中建立pci目录示例 283
    第8章  I/O端口资源管理 288
    8.1  I/O资源的描述 288
    8.1.1  内存屏障 289
    8.1.2  资源管理函数 290
    8.2  中断处理 295
    8.2.1  硬件提供的中断机制 295
    8.2.2  Linux的中断处理 297
    8.2.3  中断向量的设置和相关数据的
    8.2.3  初始化 298
    8.2.4  中断处理全过程 299
    8.2.5  tasklet机制 303
    8.2.6  中断处理在/proc文件系统中的报告 311
    8.2.7  并口中断处理程序示例 311
    8.3  DMA 315
    8.3.1  DMA控制器硬件结构 315
    8.3.2  DMA通道使用的地址 316
    8.3.3  DMA操作函数 317
    8.3.4  DMA映射 318
    8.3.5  DMA池 321
    8.3.6  一个简单的使用DMA例子 324
    8.4  电源管理 325
    8.4.1  ACPI规范介绍 326
    8.4.2  ACPI的一些基本概念 328
    8.4.3  ACPI的运行 329
    8.4.4  ACPI驱动程序分析 332
    8.4.5  pci的ACPI电源管理的实现 337
    8.4.6  APM电源管理模式 341
    第9章  模块机制 348
    9.1  简单模块示例 348
    9.2  内核空间和用户空间 349
    9.2.1  处理器保护级 349
    9.2.2  用户空间和内核空间权限 350
    9.2.3  用户空间和内核空间范围及函数
    9.2.3  参数传递 350
    9.2.4  内核态和用户态之间数据传递 352
    9.3  模块的使用过程 353
    9.4  实现机制 354
    9.4.1  模块在/proc文件系统中的显示 354
    9.4.2  模块结构 354
    9.4.3  模块数据宏操作 356
    9.4.4  实现函数的分析 359
    9.5  modutils介绍 369
    第10章  设备驱动程序 371
    10.1  设备文件及设备访问方式 372
    10.1.1  轮询与中断 372
    10.1.2  直接内存访问（DMA） 372
    10.1.3  设备驱动使用内存 372
    10.1.4  设备文件及接口 372
    10.2  设备驱动程序模型 374
    10.2.1  驱动模型中的描述结构 374
    10.2.2  驱动程序向新的模型上迁移 383
    10.2.3  即插即用 386
    10.2.4  文件系统中与设备驱动相关
    10.2.4  的结构 389
    10.3  字符设备操作过程 390
    10.4  块设备伪文件系统 393
    10.4.1  块设备文件系统初始化 393
    10.4.2  文件操作函数集 394
    10.5  通用硬盘GENHD 398
    10.6  通用块层 403
    10.6.1  bio相关结构 404
    10.6.2  bio_vec池 405
    10.6.3  碎片链表 406
    10.6.4  请求及请求队列结构 407
    10.6.5  通用的命令标志请求 410
    10.6.6  I/O调度器 411
    10.7  块设备的读写请求队列及提交过程 415
    10.7.1  初始化块设备的请求队列 415
    10.7.2  块设备读写请求的传递过程 417
    10.8  IOCTL设备控制操作 423
    10.9  编写设备驱动程序的基本步骤 425
    10.9.1  如何添加一个字符设备 425
    10.9.2  如何添加一个块设备 425
    第11章  FLASH闪存及SD/MMC卡设备
    第11章  驱动程序 427
    11.1  MTD内存技术设备 427
    11.1.1  MTD内存技术设备层次结构 428
    11.1.2  设备层和原始设备层的函数
    11.1.2  调用关系 430
    11.1.3  MTD相关结构 430
    11.1.4  MTD块设备初始化 432
    11.1.5  MTD块设备的读写操作 439
    11.1.6  MTD核心初始化 442
    11.1.7  MTD字符设备 443
    11.1.8  具体flash芯片的探测及映射 444
    11.1.9  驱动程序实例分析 447
    11.2  SD/MMC卡块设备驱动程序 449
    11.2.1  MMC抽象设备层相关结构 449
    11.2.2  MC抽象设备层MMC块设备
    11.2.2  驱动程序 453
    11.2.3  具体MMC控制器驱动程序示例 462
    第12章  Linux系统初始化 468
    12.1  Boot Loader 468
    12.1.1  PC的Boot Loader 468
    12.1.2  嵌入式系统Boot Loader 473
    12.2  Linux内核启动过程 478
    第13章  系统调用 481
    13.1  设定0x80号中断 481
    13.2  系统调用现场保护 482
    13.3  Linux系统调用的流程 484
    13.3.1  系统调用过程 484
    13.3.2  中断INT 0x80入口处理 484
    第14章  Linux网络系统分层结构 488
    14.1  Linux网络系统分层结构 488
    14.2  数据包结构 489
    14.2.1  msghdr结构 489
    14.2.2  socket结构 490
    14.2.3  sk_buff结构及管理 490
    14.2.4  sock结构 495
    14.3  sockfs文件系统 497
    14.4  利用socket通信 499
    14.4.1  socket层 500
    14.4.2  IP层收发数据包函数 506
    14.4.3  网络核心层 513
    14.5  网卡驱动程序 525
    14.5.1  NAPI 525
    14.5.2  8139CP网卡驱动程序 526
    14.6  netlink 533
    14.6.1  内核netlink调用函数 535
    14.6.2  示例 536
    第15章  执行文件的运行过程 544
    15.1  动态链接与静态链接 544
    15.2  位置无关代码（PIC）的汇编
    15.2  语言编程 548
    15.3  可执行文件格式 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  符号的重定位 557
    15.3.5  ELF文件加载过程 558
    15.4  可执行文件加载代码分析 559
    第16章  进程间通信 567
    16.1  管道 567
    16.2  消息队列 575
    16.2.1  消息队列结构 575
    16.2.2  消息队列文件系统 576
    16.2.3  消息队列系统调用函数 579
    16.3  共享内存 585
    16.3.1  共享内存相关结构 586
    16.3.2  tmpfs文件系统 587
    16.3.3  共享内存系统调用 593
    16.4  信号 599
    16.4.1  信号相关的结构 600
    16.4.2  设置信号响应 601
    16.4.3  信号分发 603
    16.4.4  信号响应 607
    16.5  用户空间信号量操作 610
    16.5.1  信号量相关结构 610
    16.5.2  系统调用函数的实现 611
    第17章  Linux的安全策略 618
    17.1  Linux常用安全技术 618
    17.1.1  PAM机制 618
    17.1.2  入侵检测系统 618
    17.1.3  加密文件系统 619
    17.1.4  安全审计 620
    17.1.5  基于ACL的自主访问控制 620
    17.1.6  强制访问控制 621
    17.1.7  防火墙 621
    17.2  Linux能力机制 621
    17.3  Flask安全体系结构概述 622
    17.4  SE Linux安全策略配置语言 624
    17.4.1  基本概念 625
    17.4.2  Linux与SE Linux在安全管理
    17.4.2  上的区别 626
    17.4.3  安全模型 626
    17.4.4  策略语言及配置样例 626
    17.5  SELinux的内部结构 634
    17.6  SELinux的实现 636
    17.6.1  任务的安全管理 637
    17.6.2  AVC分析 640
    17.6.3  security_compute_av函数 644
    17.7  策略库的结构 647
    17.7.1  sidtab结构 648
    17.7.2  symtab结构 649
    17.7.3  avtab结构 649
    17.7.4  class_datum结构 649
    17.7.5  role_datum结构 650
    17.7.6  user_datum结构 651
    17.7.7  role_tran结构 651
    17.7.8  cond_node结构 652
    17.8  安全审计的管理 653
    17.9  sel_fs文件系统 654
    17.10  防火墙 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  内核配置与编译 664
    18.1  配置文件的生成 664
    18.2  配置语言 665
    18.3  主Makefile分析 667
    18.3.1  主Makefile中的分析 667
    18.3.2  嵌入式内核的交叉编译 671
    18.4  Rule.make及子目录编译 673
    18.4.1  编译选项变化引起增量编译 673
    18.4.2  子目录的编译 673
    18.4.3  Rule.make分析 674
    18.4.4  驱动程序配置示例 680
    第19章  Linux内核调试 683
    19.1  strace命令 683
    19.2  oops消息分析 683
    19.3  调试工具 684
    19.4  printk打印调试 688
    19.4.1  printk 688
    19.4.2  如何记录消息 689
    19.4.3  sys_syslog系统调用 690
    19.4.4  printk函数分析 692
    19.4.5  控制台 694
    19.4.6  tty代码分析 695
    19.4.7  tty_register_ldisc函数 701
    19.5  ptrace调试跟踪 702
    19.5.1  调试寄存器 702
    19.5.2  TSS中的调度陷阱 704
    19.5.3  INT3 704
    19.5.4  程序的单步执行 705
    19.5.5  ptrace系统调用 705
    19.5.6  系统调用跟踪 710
    19.5.7  调试陷阱处理 711
    19.5.8  调试器运行方法 712
    第20章  USB总线驱动程序 715
    20.1  USB的拓朴结构 715
    20.2  USB 2.0协议 717
    20.2.1  包标志符及传输控制概述 717
    20.2.2  总线枚举 718
    20.2.3  USB设备请求 719
    20.2.4  描述符 719
    20.2.5  OTG规范 720
    20.3  USB总线驱动程序结构 722
    20.3.1  USB主机驱动程序的体系 722
    20.3.2  USB驱动程序的编写 723
    20.3.3  设备结构间的关系 725
    20.4  USB驱动程序初始化 727
    20.5  usbfs文件系统 729
    20.5.1  usbfs文件系统初始化 729
    20.5.2  usbfs文件操作 731
    20.6  USB请求块（URB） 732
    20.6.1  URB结构 732
    20.6.2  URB的操作 733
    20.7  同步消息处理 735
    20.7.1  同步请求完成模型 736
    20.7.2  控制与查询 737
    20.8  用主机控制器驱动层（HCD层） 737
    20.8.1  USB总线的注册与注销 738
    20.8.2  HCD操作函数 739
    20.8.3  注册根集线器 741
    20.9  集线器Hub 741
    20.9.1  Hub初始化 742
    20.9.2  Hub设备的各种事件处理 744
    20.9.3  ehci-hcd控制器 752
    20.10  USB大存储设备 758
    20.10.1  Bulk-Only传输协议 759
    20.10.2  SCSI体系结构模型及命令描述块 761
    20.10.3  大存储类主机驱动程序 765
    20.11  USB从设备驱动程序（Gadget） 779
    20.11.1  Gadget相关结构 781
    20.11.2  Gadget API 783
    20.11.3  pxa2xx控制器 786
    20.11.4  gadgetfs文件系统 794
    20.11.5  大存储设备驱动程序 804
    附录A  Linux系统调用 819
    主要参考文献 823