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目录1

第1章 Linux系统概述1

1.1 Linux的特征及组成1

1.1.1 Linux的主要特性1

1.1.2 Linux的组成3

1.2 Linux内核的主要组成部分6

1.2.1 内存管理7

1.2.2 进程调度8

1.2.3 设备驱动程序9

1.2.4 文件系统9

1.2.5 网络10

1.2.6 其他10

1.3 Linux内核分析11

1.3.1 核心源码的组织12

1.3.2 Linux内核源代码的组成12

1.3.3 Linux内核分析方法14

练习与思考16

第2章 Linux系统的启动17

2.1 操作系统的启动17

2.1.1 系统引导过程简介17

2.1.2 硬盘结构18

2.1.3 引导扇区18

2.2 Linux的引导过程20

2.2.1 Linux系统引导过程分析21

2.2.2 实模式下的初始化22

2.2.3 保护模式下的初始化26

2.2.4 系统初始化31

练习与思考33

第3章 中断和中断处理34

3.1 硬件提供的中断机制和约定34

3.1.1 中断产生的过程35

3.1.2 中断请求36

3.1.3 置中断标志位36

3.1.4 中断处理程序的不可重入性36

3.1.5 时钟和定时器中断37

3.2 Linux的中断处理39

3.2.1 Linux中断处理程序的特色39

3.2.2 中断的相关数据结构40

3.2.3 中断向量表IDT的初始化42

3.2.4 中断请求队列的初始化46

3.3.1 底半处理48

3.3 Linux 2.4的软中断处理机制48

3.3.2 与底半处理相关的数据结构49

3.3.3 任务队列51

3.3.4 tasklet52

3.3.5 软中断53

3.3.6 使用示例54

3.3.7 讨论57

3.4 中断处理全过程60

3.4.1 异常的处理全过程61

3.4.2 外部设备中断处理的全过程61

3.4.3 后续处理62

练习与思考63

4.1 存储层次结构和x86存储管理硬件64

4.1.1 内存管理基本框架64

第4章 内存管理64

4.1.2 地址映射的全过程65

4.1.3 地址映射的效率分析68

4.1.4 连续物理区域管理71

4.2 Linux虚存系统73

4.2.1 使用虚存的优点73

4.2.2 Linux虚存的“分页”机制74

4.3 Linux的内存页表75

4.3.1 内存页的分配和释放75

4.3.2 内存映射和需求分页77

4.3.3 Linux页缓存78

4.4 内存交换与高速缓存79

4.4.1 内存交换79

4.5 相关系统工具81

4.4.2 高速缓存81

4.5.1 建立交换空间82

4.5.2 使用交换空间82

4.5.3 分配交换空间83

4.5.4 缓冲区高速缓存的守护进程83

练习与思考84

第5章 进程管理及进程间通信85

5.1 Linux进程和线程85

5.1.1 Linux进程管理的数据结构85

5.1.2 标识符信息87

5.1.3 进程状态信息87

5.1.4 文件信息88

5.1.5 虚拟内存89

5.1.7 关于线程90

5.1.6 时间和定时器90

5.1.8 会话和进程组91

5.2 进程的创建和进程调度91

5.2.1 进程的创建91

5.2.2 进程的管理和调度92

5.2.3 进程的切换96

5.3 可执行程序98

5.3.1 可执行可连接格式98

5.3.2 脚本文件100

5.4 Linux下进程间通信的主要手段100

5.4.1 信号101

5.4.2 管道和套接字102

5.5 System V的IPC机制104

5.5.1 消息队列104

5.5.2 信号量105

5.5.3 共享内存107

5.5.4 相关系统工具108

5.6 内核同步机制108

5.6.1 原子操作和信号量108

5.6.2 任务队列110

5.6.3 等待队列和异步信号111

5.6.4 Buzz锁115

5.6.5 信号灯117

练习与思考118

第6章 硬件和设备驱动程序120

6.1 总线120

6.1.1 总线概述120

6.1.2 Linux对PCI总线的支持121

6.2.1 查询与中断122

6.2 设备访问方式122

6.2.2 直接内存访问124

6.2.3 内存124

6.3 设备驱动程序125

6.3.1 设备驱动程序的概念125

6.3.2 设备驱动程序的内存分配126

6.3.3 设备驱动程序和内核的接口127

6.4 编写Linux下的设备驱动程序131

6.4.1 Linux下设备驱动程序的基本结构131

6.4.2 Linux系统下的设备驱动程序133

练习与思考137

7.1 虚拟文件系统139

7.1.1 虚拟文件系统概述139

第7章 文件系统139

7.1.2 基本对象与方法140

7.1.3 文件系统的注册、安装与卸载141

7.1.4 虚拟文件系统的实现函数和数据结构144

7.2 高速缓存146

7.2.1 文件系统分配机制147

7.2.2 块高速缓存148

7.2.3 索引节点高速缓存149

7.2.4 目录高速缓存149

7.3 /proc文件系统150

7.3.1 概述150

7.3.2 /proc文件系统的注册150

7.3.3 建立／proc文件系统的超级块151

7.3.4 /proc文件系统超级块的操作函数集153

7.3.5 /proc文件的管理155

7.3.6 /proc文件的默认操作160

7.4 EXT2文件系统169

7.4.1 EXT2索引节点170

7.4.2 EXT2超块171

7.4.3 EXT2块组描述符172

7.4.4 EXT2目录172

7.4.5 EXT2文件系统中数据块的分配和释放173

7.4.6 日志文件系统174

练习与思考175

第8章 网络177

8.1 网络协议177

8.1.1 TCP/IP协议概述177

8.1.2 TCP/IP协议工作原理及数据流178

8.2.1 套接字的类型180

8.2 套接字180

8.2.2 套接字的基本结构和工作原理181

8.2.3 套接字的初始化183

8.2.4 套接字的通信过程193

8.3 套接字缓冲区198

8.3.1 套接字缓冲区操作基本原理199

8.3.2 套接字缓冲区的数据结构199

8.3.3 套接字缓冲区提供的函数200

8.3.4 套接字缓冲区的上层支持例程202

8.4 网络设备接口源码203

8.4.1 Linux网络接口源码结构203

8.4.2 网络设备接口205

8.4.3 网络接口核心207

8.4.4 网络协议接口208

8.5.1 接收IP数据包212

8.4.5 Socket层和用户的衔接212

8.5 IP层212

8.5.2 发送IP数据包213

8.5.3 数据包的分段和重组213

8.5.4 地址解析协议214

8.5.5 IP路由215

练习与思考217

第9章 模块的动态加载和系统配置219

9.1 模块的动态加载219

9.1.1 模块的加载220

9.1.2 模块的卸载221

9.1.3 内核模块的管理222

9.2.1 配置系统的基本结构223

9.2.2 Makefile223

9.2 Linux内核配置系统223

9.2.3 配置文件228

9.2.4 配置实例231

练习与思考233

第10章 系统调用235

10.1 系统调用概述235

10.1.1 系统调用过程235

10.1.2 系统调用的进入236

10.1.3 系统调用总控程序237

10.1.4 一个简单的系统调用例子238

10.2 与进程管理相关的系统调用242

10.2.1 getpid242

10.2.2 fork243

10.2.3 exit244

10.2.4 exit和exit245

10.2.5 其他一些常见的系统调用247

10.3 僵尸进程247

10.3.1 wait248

10.3.2 waitpid250

10.3.3 exec系统调用252

10.3.4 稍稍深入252

10.4 与进程管理相关的系统调用实战256

10.4.1 Mini Shell256

10.4.2 Daemon进程259

10.5 为内核增加系统调用实战261

10.5.1 增加系统调用的两种方法261

10.5.2 相关内核源代码分析262

10.5.3 对内核源码的修改263

练习与思考265

第11章 课程设计指导书266

11.1 Linux启动代码的分析267

11.2 Linux的fork,exec,wait函数的分析269

11.3 Linux的消息函数的分析273

11.4 Linux的调度和时钟中断处理代码的分析276

11.5 自选课题279

11.5.1 Linux的文件系统279

11.5.2 Linux的存储管理279

11.5.3 Linux的设备管理279

11.5.4 Linux进程间通信280

附录A Linux核心数据结构281

附录B Linux系统调用列表302

参考文献309