FreeBSD操作系统设计与实现(第2版) 英文版

内容概要

Marshall Kirk McKusick编写了与UNIX和BSD主题相关的许多资料，并提供相应的咨询和教学服务。当在加州大学伯克利分校时，他实现了4.2BSD快速文件系统。他曾经是伯克利计算机系统研究组（CSRG）的一名计算机科学家，监督4.3BSD和4.4BSD的开发与发布。他当前是FreebSD基金会的董事会成员，也是一名长期的FreeBSD贡献者。他曾经担任过两次Usenix协会的主席，还是ACM、IEEE和AAAS的成员。

George V.Neville-Neil编写了与安全、网络和操作系统相关的许多资料，并提供相应的咨询和教学服务。作为FreeBSD基金会的董事会成员，他为FreeBSD核心团队服务了4年之久。从2004年起，他为Queue和Communications of the ACM写作“Kode Vicious”专栏。他当前是ACM执业委员会的副主席，也是Usenix协会、ACM、IEEE和AAAS的成员。

Robert N.M.Watson是剑桥大学计算机实验室安全研究组的一名大学讲师，负责讲授系统、安全和架构课程。他监督在计算机架构、编译器、程序分析、操作系统、网络和安全方面的高级研究。作为FreeBSD基金会的董事局成员，他为FreeBSD核心团队服务了10年之久，而且当了15年的贡献者。他是Usenix协会和ACM的会员。

书籍目录

Part I Overview　1

第1部分 概述

Chapter 1 History and Goals　3

第1章 历史和目标

1．1 History of the UNIX System / UNIX系统的历史　3

Origins / 起源　3

Research UNIX / 研究UNIX　4

AT&T UNIX System III and System V / AT&T UNIX System III

和System V　5

Berkeley Software Distributions / 伯克利软件分发　6

UNIX in the World / 世界上的UNIX　7

1．2 BSD and Other Systems / BSD和其他系统　7

The Influence of the User Community / 用户社区的影响　8

1．3 The Transition of BSD to Open Source / BSD向开源的过渡　9

Networking Release 2 / 网络发布2　10

The Lawsuit / 诉讼　11

4．4BSD / 4．4BSD　13

4．4BSD-Lite Release 2 / 4．4BSD-Lite版本2　13

1．4 The FreeBSD Development Model / FreeBSD开发模型　14

References / 参考文献　17

Chapter 2 Design Overview of FreeBSD　21

第2章 FreeBSD设计概述

2．1 FreeBSD Facilities and the Kernel / FreeBSD组件与内核　21

The Kernel / 内核　22

2．2 Kernel Organization / 内核组织　23

2．3 Kernel Services / 内核服务　26

2．4 Process Management / 进程管理　26

Signals / 信号　28

Process Groups and Sessions / 进程组和会话　29

2．5 Security / 安全　29

Process Credentials / 进程凭证　31

Privilege Model / 特权模式　31

Discretionary Access Control / 自由访问控制　32

Capability Model / 能力模型　32

Jail Lightweight Virtualization / Jail轻型虚拟化　32

Mandatory Access Control / 强制访问控制　34

Event Auditing / 事件审计　35

Cryptography and Random-Number Generators /　35

加密和随机数生成器

2．6 Memory Management / 存储管理　36

BSD Memory-Management Design Decisions /　36

BSD存储管理设计决策

Memory Management Inside the Kernel / 内核中的存储管理　38

2．7 I/O System Overview / I/O系统概述　39

Descriptors and I/O / 描述符和I/O　39

Descriptor Management / 描述符管理　41

Devices / 设备　42

Socket IPC / 套接字IPC　42

Scatter-Gather I/O / 分散-收集I/O　43

Multiple Filesystem Support / 多文件系统支持　43

2．8 Devices / 设备　44

2．9 The Fast Filesystem / 快速文件系统　45

Filestores / 文件存储　48

2．10 The Zettabyte Filesystem / 泽字节文件系统　49

2．11 The Network Filesystem / 网络文件系统　50

2．12 Interprocess Communication / 进程间通信　50

2．13 Network-Layer Protocols / 网络层协议　51

2．14 Transport-Layer Protocols / 传输层协议　52

2．15 System Startup and Shutdown / 系统启动与关闭　52

Exercises / 练习　54

References / 参考文献　54

Chapter 3 Kernel Services　57

第3章 内核服务

3．1 Kernel Organization / 内核组织　57

System Processes / 系统进程　57

System Entry / 系统入口　58

Run-Time Organization / 运行时管理　59

Entry to the Kernel / 内核入口　60

Return from the Kernel / 从内核返回　61

3．2 System Calls / 系统调用　62

Result Handling / 返回处理机制　62

Returning from a System Call / 从系统调用返回　63

3．3 Traps and Interrupts / 陷阱和中断　64

I/O Device Interrupts / I/O设备中断　64

Software Interrupts / 软件中断　65

3．4 Clock Interrupts / 时钟中断　65

Statistics and Process Scheduling / 统计和进程调度机制　66

Timeouts / 超时　67

3．5 Memory-Management Services / 存储管理服务　69

3．6 Timing Services / 计时服务　73

Real Time / 实时　73

External Representation / 外部表示　73

Adjustment of the Time / 时间调整　74

Interval Time / 间隔时间　74

3．7 Resource Services / 资源服务　75

Process Priorities / 进程优先级　75

Resource Utilization / 资源利用　75

Resource Limits / 资源限制　76

Filesystem Quotas / 文件系统配额　77

3．8 Kernel Tracing Facilities / 内核跟踪组件　77

System-Call Tracing / 系统调用跟踪　77

DTrace / DTrace　78

Kernel Tracing / 内核跟踪　82

Exercises / 练习　84

References / 参考文献　85

Part II Processes　87

第II部分 进程

Chapter 4 Process Management　89

第4章 进程管理

4．1 Introduction to Process Management / 进程管理简介　89

Multiprogramming / 多程序设计　90

Scheduling / 调度机制　91

4．2 Process State / 进程状态　92

The Process Structure / 进程架构　94

The Thread Structure / 线程架构　98

4．3 Context Switching / 上下文切换　99

Thread State / 线程状态　100

Low-Level Context Switching / 低层上下文切换　100

Voluntary Context Switching / 自愿上下文切换　101

Synchronization / 同步　106

Mutex Synchronization / 互斥同步　107

Mutex Interface / 互斥接口　109

Lock Synchronization / 锁同步　110

Deadlock Prevention / 死锁预防　112

4．4 Thread Scheduling / 线程调度机制　114

The Low-Level Scheduler / 低层调度器　114

Thread Run Queues and Context Switching /　115

线程运行队列和上下文切换

Timeshare Thread Scheduling / 分时线程调度　117

Multiprocessor Scheduling / 多处理器调度　122

Adaptive Idle / 自适应空闲　125

Traditional Timeshare Thread Scheduling /　125

传统的分时线程调度

4．5 Process Creation / 创建进程　126

4．6 Process Termination / 终止进程　128

4．7 Signals / 信号　129

Posting of a Signal / 发出信号　132

Delivering a Signal / 传输信号　135

4．8 Process Groups and Sessions / 进程组和会话　136

Process Groups / 进程组　137

Sessions / 会话　138

Job Control / 作业控制　139

4．9 Process Debugging / 进程调试　142

Exercises / 练习　144

References / 参考文献　146

Chapter 5 Security　147

第5章 安全

5．1 Operating-System Security / 操作系统安全　148

5．2 Security Model / 安全模型　149

Process Model / 进程模型　149

Discretionary and Mandatory Access Control　150

自由和强制访问控制

Trusted Computing Base (TCB) / 受信计算基（TCB）　151

Other Kernel-Security Features / 其他内核安全特性　151

5．3 Process Credentials / 进程凭证　151

The Credential Structure / 凭证架构　152

Credential Memory Model / 凭证存储模型　153

Access-Control Checks / 访问控制校验　153

5．4 Users and Groups / 用户和组　154

Setuid and Setgid Binaries / Setuid和Setgid二进制　155

5．5 Privilege Model / 特权模型　157

Implicit Privilege / 隐式特权　157

Explicit Privilege / 显式特权　157

5．6 Interprocess Access Control / 进程间访问控制　159

Visibility / 可见性　160

Signals / 信号　160

Scheduling Control / 调度控制　160

Waiting on Process Termination / 等待进程终止　161

Debugging / 调试　161

5．7 Discretionary Access Control / 自由访问控制　161

The Virtual-Filesystem Interface and DAC /　162

虚拟文件系统接口和DAC

Object Owners and Groups / 对象属主和组　163

UNIX Permissions / UNIX权限　164

Access Control Lists (ACLs) / 访问控制列表（ACL）　165

POSIX．1e Access Control Lists / POSIX．1e访问控制列表　168

NFSv4 Access Control Lists / NFSv4访问控制列表　171

5．8 Capsicum Capability Model / Capsicum能力模型　174

Capsicum Application Structure / Capsicum应用架构　175

Capability Systems / 能力系统　176

Capabilities / 能力　177

Capability Mode / 能力模型　179

5．9 Jails / Jail　180

5．10 Mandatory Access-Control Framework / 强制访问控制框架　184

Mandatory Policies / 强制策略　186

Guiding Design Principles / 设计原则指导　187

Architecture of the MAC Framework / MAC框架的架构　188

Framework Startup / 启动框架　189

Policy Registration / 策略注册　190

Framework Entry-Point Design Considerations /　191

框架入口点设计考量

Policy Entry-Point Considerations / 策略入口点考量　192

Kernel Service Entry-Point Invocation / 内核服务入口点调用　193

Policy Composition / 策略组成　194

Object Labelling / 给对象打标签　195

Label Life Cycle and Memory Management /　196

标签生命周期和存储管理

Label Synchronization / 标签同步　199

Policy-Agnostic Label Management from Userspace /　199

从用户空间进行策略无关的标签管理

5．11 Security Event Auditing / 安全事件审计　200

Audit Events and Records / 审计事件和记录　201

BSM Audit Records and Audit Trails /　202

BSM审计记录和审计跟踪

Kernel-Audit Implementation / 内核审计的实施　203

5．12 Cryptographic Services / 加密服务　206

Cryptographic Framework / 加密框架　206

Random-Number Generator / 随机数生成器　208

5．13 GELI Full-Disk Encryption / GELI全磁盘加密　212

Confidentiality and Integrity Protection / 保密性和完整性保护　212

Key Management / 密钥管理　213

Starting GELI / 启动GELI　214

Cryptographic Block Protection / 加密块保护　215

I/O Model / I/O模型　216

Limitations / 限制　216

Exercises / 练习　217

References / 参考文献　217

Chapter 6 Memory Management　221

第6章 存储管理

6．1 Terminology / 术语　221

Processes and Memory / 进程和存储　222

Paging / 分页　223

Replacement Algorithms / 替换算法　224

Working-Set Model / 工作集模型　225

Swapping / 交换　225

Advantages of Virtual Memory / 虚拟存储的优势　225

Hardware Requirements for Virtual Memory /　226

虚拟存储的硬件需求

6．2 Overview of the FreeBSD Virtual-Memory System /　227

FreeBSD虚拟存储系统概述

User Address-Space Management / 用户地址空间管理　228

6．3 Kernel Memory Management / 内核存储管理　230

Kernel Maps and Submaps / 内核映射和子映射　231

Kernel Address-Space Allocation / 内核地址空间分配　233

The Slab Allocator / Slab分配器　236

The Keg Allocator / Keg分配器　238

The Zone Allocator / Zone分配器　239

Kernel Malloc / Malloc内核　241

Kernel Zone Allocator / 内核Zone分配器　243

6．4 Per-Process Resources / 每进程资源　244

FreeBSD Process Virtual-Address Space /　245

FreeBSD进程虚拟地址空间

Page-Fault Dispatch / 页面故障调度　245

Mapping to Vm_objects / 映射到Vm_objects　247

Vm_objects / Vm_objects　249

Vm_objects to Pages / Vm_object到页面　249

6．5 Shared Memory / 共享存储　250

Mmap Model / Mmap模型　251

Shared Mapping / 共享映射　253

Private Mapping / 私有映射　254

Collapsing of Shadow Chains / 阴影链的崩溃　257

Private Snapshots / 私有快照　258

6．6 Creation of a New Process / 创建一个新的进程　258

Reserving Kernel Resources / 预留内核资源　259

Duplication of the User Address Space / 用户地址空间的重复　260

Creation of a New Process Without Copying /　261

不使用复制的方式来创建新的进程

6．7 Execution of a File / 执行文件　262

6．8 Process Manipulation of Its Address Space /　263

进程以及地址空间的操作

Change of Process Size / 改变进程的大小　263

File Mapping / 文件映射　264

Change of Protection / 改变保护　266

6．9 Termination of a Process / 终止进程　266

6．10 The Pager Interface / 分页器接口　267

Vnode Pager / Vnode分页器　269

Device Pager / 设备分页器　270

Physical-Memory Pager / 物理存储分页器　272

Swap Pager / 交换分页器　272

6．11 Paging / 分页机制　276

Hardware-Cache Design / 硬件缓存设计　280

Hardware Memory Management / 硬件存储管理　282

Superpages / 超级页面　284

6．12 Page Replacement / 页面替换　289

Paging Parameters / 分页参数　291

The Pageout Daemon / 分页守护进程　292

Swapping / 交换　295

The Swap-In Process / 进程内的交换　296

6．13 Portability / 可移植性　298

The Role of the pmap Module / pmap模块的角色　299

Initialization and Startup / 初始化和启动　301

Mapping Allocation and Deallocation / 映射分配和释放　304

Change of Access and Wiring Attributes for Mappings /　306

更改映射的访问和布线属性

Maintenance of Physical Page-Usage Information /　307

物理页面使用信息的维护

Initialization of Physical Pages / 物理页面的初始化　308

Management of Internal Data Structures / 内部数据结构的管理　308

Exercises / 练习　308

References / 参考文献　310

Part III I/O System　313

第III部分 I/O系统

Chapter 7 I/O System Overview　315

第7章 I/O系统概述

7．1 Descriptor Management and Services / 描述符管理和服务　316

Open File Entries / 开放文件入口　318

Management of Descriptors / 描述符管理　319

Asynchronous I/O / 异步I/O　321

File-Descriptor Locking / 文件描述符锁定　322

Multiplexing I/O on Descriptors / 描述符上的多路复用I/O　324

Implementation of Select / Select的实现　327

Kqueues and Kevents / Kqueues和Kevents　329

Movement of Data Inside the Kernel / 数据在内核中的移动　332

7．2 Local Interprocess Communication / 本地进程间通信　333

Semaphores / 信号量　335

Message Queues / 消息队列　337

Shared Memory / 共享存储　338

7．3 The Virtual-Filesystem Interface / 虚拟文件系统接口　339

Contents of a Vnode / Vnode的内容　339

Vnode Operations / Vnode的操作　342

Pathname Translation / 路径名的转换　342

Exported Filesystem Services / 导出文件系统服务　343

7．4 Filesystem-Independent Services / 独立于文件系统的服务　344

The Name Cache / 名称缓存　346

Buffer Management / 缓冲管理　347

Implementation of Buffer Management / 缓冲管理的实现　350

7．5 Stackable Filesystems / 可堆叠的文件系统　352

Simple Filesystem Layers / 简单的文件系统层　354

The Union Filesystem / 联合文件系统　355

Other Filesystems / 其他文件系统　357

Exercises / 练习　358

References / 参考文献　359

Chapter 8 Devices　361

第8章 设备

8．1 Device Overview / 设备概述　361

The PC I/O Architecture / PC I/O架构　362

The Structure of the FreeBSD Mass Storage I/O Subsystem /　364

FreeBSD海量存储I/O子系统的架构

Device Naming and Access / 设备命名和访问　366

8．2 I/O Mapping from User to Device / 从用户到设备的I/O映射　367

Device Drivers / 设备驱动　368

I/O Queueing / I/O队列机制　369

Interrupt Handling / 中断处理　370

8．3 Character Devices / 字符设备　370

Raw Devices and Physical I/O / 原始设备和物理I/O　372

Character-Oriented Devices / 面向字符的设备　373

Entry Points for Character Device Drivers /　373

字符设备驱动的入口点

8．4 Disk Devices / 磁盘设备　374

Entry Points for Disk Device Drivers /　374

磁盘设备驱动的入口点

Sorting of Disk I/O Requests / 磁盘I/O请求的排序　375

Disk Labels / 磁盘卷标　376

8．5 Network Devices / 网络设备　378

Entry Points for Network Drivers / 网络驱动的入口点　378

Configuration and Control / 配置和控制　379

Packet Reception / 接收数据包　380

Packet Transmission / 传输数据包　381

8．6 Terminal Handling / 终端处理　382

Terminal-Processing Modes / 终端进程模型　383

User Interface / 用户接口　385

Process Groups， Sessions， and Terminal Control /　387

进程组、会话和终端控制

Terminal Operations / 终端的操作　388

Terminal Output (Upper Half) / 终端输出（上半部分）　388

Terminal Output (Lower Half) / 终端输出（下半部分）　389

Terminal Input / 终端输入　390

Closing of Terminal Devices / 关闭终端设备　391

8．7 The GEOM Layer / GEOM层　391

Terminology and Topology Rules / 术语和拓扑规则　392

Changing Topology / 更改拓扑　393

Operation / 操作　396

Topological Flexibility / 拓扑的灵活性　397

8．8 The CAM Layer / CAM层　399

The Path of a SCSI I/O Request Through the CAM Subsystem /　400

通过CAM子系统的SSCI I/O请求路径

ATA Disks / ATA磁盘　402

8．9 Device Configuration / 设备配置　402

Device Identification / 设备识别　405

Autoconfiguration Data Structures / 自动配置数据结构　407

Resource Management / 资源管理　412

8．10 Device Virtualization / 设备虚拟化　414

Interaction with the Hypervisor / 与Hypervisor进行交互　414

Virtio / Virtio　415

Xen / Xen　419

Device Pass-Through / 设备直通　427

Exercises / 练习　428

References / 参考文献　429

Chapter 9 The Fast Filesystem　431

第9章 快速文件系统

9．1 Hierarchical Filesystem Management / 分层的文件系统管理　431

9．2 Structure of an Inode / Inode的架构　433

Changes to the Inode Format / 更改Inode格式　435

Extended Attributes / 扩展属性　436

New Filesystem Capabilities / 新的文件系统能力　438

File Flags / 文件标记　439

Dynamic Inodes / 动态Inode　441

Inode Management / Inode管理　442

9．3 Naming / 命名　443

Directories / 目录　444

Finding of Names in Directories / 在目录中查找名字　446

Pathname Translation / 路径名转换　447

Links / 链接　449

9．4 Quotas / 配额　451

9．5 File Locking / 文件锁定　454

9．6 Soft Updates / 软更新　459

Update Dependencies in the Filesystem /　460

在文件系统中更新依赖

Dependency Structures / 依赖的架构　464

Bitmap Dependency Tracking / 位图依赖跟踪　466

Inode Dependency Tracking / Inode依赖跟踪　467

Direct-Block Dependency Tracking / 直接块依赖跟踪　469

Indirect-Block Dependency Tracking / 间接块依赖跟踪　470

Dependency Tracking for New Indirect Blocks　471

新间接块的依赖跟踪

New Directory-Entry Dependency Tracking　472

新目录入口的依赖跟踪

New Directory Dependency Tracking / 新的目录依赖跟踪　474

Directory-Entry Removal-Dependency Tracking /　475

目录入口移除依赖跟踪

File Truncation / 文件截断　476

File and Directory Inode Reclamation /　476

文件和目录Inode复垦

Directory-Entry Renaming Dependency Tracking /　476

目录入口重命名依赖跟踪

Fsync Requirements for Soft Updates / 软更新的Fsync请求　477

File-Removal Requirements for Soft Updates /　478

软更新的文件移除需求

Soft-Updates Requirements for fsck / fsck的软更新需求　480

9．7 Filesystem Snapshots / 文件系统快照　480

Creating a Filesystem Snapshot / 创建一个文件系统快照　481

Maintaining a Filesystem Snapshot / 维护一个文件系统快照　483

Large Filesystem Snapshots / 大型文件系统快照　484

Background fsck / fsck的背景知识　486

User-Visible Snapshots / 用户可见的快照　487

Live Dumps / 实时转储　487

9．8 Journaled Soft Updates / 记录软更新　487

Background and Introduction / 背景和简介　487

Compatibility with Other Implementations /　488

与其他实现的兼容

Journal Format / 记录的格式　488

Modifications That Require Journaling / 需要进行记录的修改　489

Additional Requirements of Journaling /　490

与记录相关的额外需求

The Recovery Process / 恢复进程　492

Performance / 性能　493

Future Work / 后续工作　494

Tracking File-Removal Dependencies / 跟踪文件移除依赖　495

9．9 The Local Filestore / 本地文件存储　496

Overview of the Filestore / 文件存储概述　497

User I/O to a File / 用户对文件的I/O　499

9．10 The Berkeley Fast Filesystem / 伯克利快速文件系统　501

Organization of the Berkeley Fast Filesystem /　502

伯克利快速文件系统的组织

Boot Blocks / 引导块　503

Optimization of Storage Utilization / 存储利用的优化　504

Reading and Writing to a File / 读写文件　505

Layout Policies / 布局策略　507

Allocation Mechanisms / 分配机制　510

Block Clustering / 块聚类　514

Extent-Based Allocation / 基于分区的分配　516

Exercises / 练习　517

References / 参考文献　519

Chapter 10 The Zettabyte Filesystem　523

第10章 泽字节文件系统

10．1 Introduction / 简介　523

10．2 ZFS Organization / ZFS的组织　527

ZFS Dnode / ZFS Dnode　528

ZFS Block Pointers / ZFS块指针　529

ZFS objset Structure / ZFS objset架构　531

10．3 ZFS Structure / ZFS架构　532

The MOS Layer / MOS层　533

The Object-Set Layer / 对象集层　534

10．4 ZFS Operation / ZFS操作　535

Writing New Data to Disk / 将新的数据写入磁盘　536

Logging / 记录日志　538

RAIDZ / RAIDZ　540

Snapshots / 快照　542

ZFS Block Allocation / ZFS块分配　542

Freeing Blocks / 释放块　543

Deduplication / 删除重复数据　545

Remote Replication / 远程复制　546

10．5 ZFS Design Tradeoffs / ZFS设计权衡　547

Exercises / 练习　549

References / 参考文献　549

Chapter 11 The Network Filesystem　551

第11章 网络文件系统

11．1 Overview / 概述　551

11．2 Structure and Operation / 架构和操作　553

The FreeBSD NFS Implementation / FreeBSD FNS的实现　558

Client–Server Interactions / 客户端与服务器的交互　562

Security Issues / 安全问题　564

Techniques for Improving Performance /　565

用于提升性能的技术

11．3 NFS Evolution / NFS的演进　567

Namespace / 名称空间　572

Attributes / 属性　572

Access Control Lists / 访问控制列表　574

Caching， Delegation， and Callbacks / 缓存、委派和回调　574

Locking / 锁定　581

Security / 安全　583

Crash Recovery / 崩溃恢复　584

Exercises / 练习　586

References / 参考文献　587

Part IV Interprocess Communication　591

第IV部分 进程间通信

Chapter 12 Interprocess Communication　593

第12章 进程间通信

12．1 Interprocess-Communication Model / 进程间通信模型　593

Use of Sockets / 使用套接字　596

12．2 Implementation Structure and Overview / 实现架构和概述　599

12．3 Memory Management / 存储管理　601

Mbufs / Mbufs　601

Storage-Management Algorithms / 存储管理算法　605

Mbuf Utility Routines / Mbuf实用例程　606

12．4 IPC Data Structures / IPC数据结构　606

Socket Addresses / 套接字地址　611

Locks / 锁　612

12．5 Connection Setup / 连接建立　612

12．6 Data Transfer / 数据传输　615

Transmitting Data / 传输数据　616

Receiving Data / 接收数据　617

12．7 Socket Shutdown / 关闭套接字　620

12．8 Network-Communication Protocol Internal Structure /　621

网络通信协议内部架构

Data Flow / 数据流　623

Communication Protocols / 通信协议　624

12．9 Socket-to-Protocol Interface / 套接字与协议之间的接口　626

Protocol User-Request Routines / 协议用户请求例程　627

Protocol Control-Output Routine / 协议控制输出例程　630

12．10 Protocol-to-Protocol Interface / 协议与协议的接口　631

pr_output / pr_output　632

pr_input / pr_input　632

pr_ctlinput / pr_ctlinput　633

12．11 Protocol-to-Network Interface / 协议与网路的接口　634

Network Interfaces and Link-Layer Protocols /　634

网络接口与链路层协议

Packet Transmission / 数据包传输　641

Packet Reception / 数据包接收　642

12．12 Buffering and Flow Control / 缓冲和流控制　643

Protocol Buffering Policies / 协议缓冲策略　643

Queue Limiting / 队列限制　643

12．13 Network Virtualization / 网络虚拟化　644

Exercises / 练习　646

References / 参考文献　648

Chapter 13 Network-Layer Protocols　649

第13章 网络层协议

13．1 Internet Protocol Version 4 / IPv4　650

IPv4 Addresses / IPv4地址　652

Broadcast Addresses / 广播地址　653

Internet Multicast / Internet多播　654

Link-Layer Address Resolution / 链路层地址解析　655

13．2 Internet Control Message Protocols (ICMP) /　657

Internet控制消息协议（ICMP）

13．3 Internet Protocol Version 6 / IPv6　659

IPv6 Addresses / IPv6地址　660

IPv6 Packet Formats / IPv6数据包格式　662

Changes to the Socket API / 更改套接字API　664

Autoconfiguration / 自动配置　666

13．4 Internet Protocols Code Structure / IP代码结构　670

Output / 输出　671

Input / 输入　673

Forwarding / 转发　674

13．5 Routing / 路由　675

Kernel Routing Tables / 内核路由表　677

Routing Lookup / 路由查找　680

Routing Redirects / 路由重定向　683

Routing-Table Interface / 路由表接口　683

User-Level Routing Policies / 用户级路由策略　684

User-Level Routing Interface： Routing Socket /　685

用户级路由接口：路由套接字

13．6 Raw Sockets / 原始套接字　686

Control Blocks / 控制块　686

Input Processing / 输入处理　687

Output Processing / 输出处理　687

13．7 Security / 安全　688

IPSec Overview / IPSec概述　689

Security Protocols / 安全协议　690

Key Management / 密钥管理　693

IPSec Implementation / IPSec实施　698

13．8 Packet-Processing Frameworks / 数据包处理框架　700

Berkeley Packet Filter / 伯克利数据包过滤器　700

IP Firewalls / IP防火墙　701

IPFW and Dummynet / IPFW和Dummynet　702

Packet Filter (PF) / 数据包过滤器（PF）　706

Netgraph / Netgraph　707

Netmap / Netmap　712

Exercises / 练习　715

References / 参考文献　717

Chapter 14 Transport-Layer Protocols　721

第14章 传输层协议

14．1 Internet Ports and Associations / Internet端口和关联　721

Protocol Control Blocks / 协议控制块　722

14．2 User Datagram Protocol (UDP) / 用户数据报协议（UDP）　723

Initialization / 初始化　723

Output / 输出　724

Input / 输入　724

Control Operations / 控制操作　725

14．3 Transmission Control Protocol (TCP) / 传输控制协议（TCP）　725

TCP Connection States / TCP连接状态　727

Sequence Variables / 序列变量　730

14．4 TCP Algorithms / TCP算法　732

Timers / 计时器　733

Estimation of Round-Trip Time / 估算往返时间　735

Connection Establishment / 连接建立　736

SYN Cache / SYN缓存　739

SYN Cookies / SYN Cookie　739

Connection Shutdown / 连接关闭　740

14．5 TCP Input Processing / TCP输入处理　741

14．6 TCP Output Processing / TCP输出处理　745

Sending Data / 发送数据　746

Avoidance of the Silly-Window Syndrome /　746

避免笨窗口综合征

Avoidance of Small Packets / 避免小数据包　747

Delayed Acknowledgments and Window Updates /　748

延迟确认和窗口更新

Selective Acknowledgment / 选择性确认　749

Retransmit State / 重传状态　751

Slow Start / 慢启动　752

Buffer and Window Sizing / 缓存和窗口大小　754

Avoidance of Congestion with Slow Start /　755

带有慢启动的拥塞避免

Fast Retransmission / 快速重传　756

Modular Congestion Control / 模块化拥塞控制　758

The Vegas Algorithm / Vegas算法　759

The Cubic Algorithm / Cubic算法　760

14．7 Stream Control Transmission Protocol (SCTP) /　761

流控传输协议（SCTP）

Chunks / 大数据块　762

Association Setup / 关联建立　762

Data Transfer / 数据传输　764

Association Shutdown / 关联关闭　766

Multihoming and Heartbeats / 多宿主和心跳　767

Exercises / 练习　768

References / 参考文献　770

Part V System Operation　773

第V部分 系统操作

Chapter 15 System Startup and Shutdown　775

第15章 系统启动和关闭

15．1 Firmware and BIOSes / 固件和BIOS　776

15．2 Boot Loaders / 引导加载程序　777

Master Boot Record and Globally Unique Identifier Partition Table /　778

主引导记录和全局唯一标识分区表

The Second-Stage Boot Loader： gptboot /

二级引导加载程序：gptboot　779

The Final-Stage Boot Loader： /boot/loader /

末级引导加载程序：/boot/loader　779

Boot Loading on Embedded Platforms /

在嵌入式平台上引导加载　781

15．3 Kernel Boot / 内核引导　782

Assembly-Language Startup / 启动汇编语言　783

Platform-Specific C-Language Startup /

启动特定于平台的C语言　784

Modular Kernel Design / 模块化内核设计　785

Module Initialization / 模块初始化　785

Basic Kernel Services / 基本的内核服务　787

Kernel-Thread Initialization / 内核线程初始化　792

Device-Module Initialization / 设备模块初始化　794

Loadable Kernel Modules / 可加载的内核模块　796

15．4 User-Level Initialization / 用户级初始化　798

/sbin/init / /sbin/init　798

System Startup Scripts / 系统启动脚本　798

/usr/libexec/getty / /usr/libexec/getty　799

/usr/bin/login / /usr/bin/login　799

15．5 System Operation / 系统操作　800

Kernel Configuration / 内核配置　800

System Shutdown and Autoreboot / 关闭和自动重启系统　801

System Debugging / 系统调试　802

Passage of Information To and From the Kernel /　803

信息在内核中的传递

Exercises / 练习　805

References / 参考文献　806

Glossary　807

术语表

作者简介

本书是FreeBSD内核完整的技术指南，在上一版的基础上进行了全面更新，以涵盖版本FreeBSD 5和版本11之间的所有重大改进。本书大约有1/3的内容是全新的，还有1/3的内容进行了完全重写。

在本书中，三位FreeBSD项目领导人先概述了FreeBSD内核的当前设计和实现，接下来从系统调用级别开始向下（从接口到内核再到硬件）讲解了FreeBSD内核。本书先解释了关键的设计决策，然后剖析了在实现每一个重要系统组件（包括进程管理、安全、虚拟内存、I/O系统、文件系统、socket IPC和网络等）时使用的概念、数据结构和算法。

读者可将本书用作工作参考，或者是深入研究当代杰出的可移植开源操作系统的学习资料。技术和销售支持人员也可以在本书中发现FreeBSD的功能以及局限性；应用开发人员将学到如何有效、高效地与FreeBSD进行交互；系统管理员将学到维护、调优和配置FreeBSD的方法；系统程序员则学到扩展、增强FreebSD以及与FreeBSD进行交互的方法。

本书涵盖了如下内容。

使用FreeBSD jail讲解高度可扩展和轻量级的虚拟化，以及使用Xen和Virtio设备半虚拟化进行虚拟设备加速；

讲解了新的安全特性，比如Capsicum沙箱和GELI加密磁盘保护；

全面支持NFSv4和Open Solaris ZFS；

介绍了FreeBSD增强的卷管理和新的日志软更新；

解释了DTrace精细的过程调试/分析；

讲解了在网络、无线和USB支持方面的主要更新。

 FreeBSD操作系统设计与实现(第2版) 英文版下载