Unix内核源码剖析

内容概要

作者简介：

青柳隆宏

日本资深程序员，现在硅谷从事计算机处理芯片的设计工作。曾设计了超级计算机“京”的L1缓存，该计算机在2011年排名世界Top 500超级计算机的第1位，也是人类历史上第一台计算能力跨越1亿亿次每秒的计算系统。作者Email：v6@gachapin.jp。

译者简介：

殷中翔

日本国立九州大学系统信息专业硕士学位。具有十余年软件开发经验，现主要从事企业Web系统服务器端的开发及维护工作。

黄炎

同济大学本科毕业，现供职于上海爱可生，从事数据库高可用软件开发。大学有幸师从陈闳中教授，一窥UNIX V6代码的门径。

周金杰

同济大学硕士，法国国立高等电信学院（TELECOM PARIS）硕士。曾通读并研究UNIX V6源代码，同时参与了面向对象操作系统的移植以及操作系统调试器的开发工作，熟悉系统底层相关的技术知识。崇尚设计，享受编程给生活带来的乐趣。

书籍目录

第I部分

什么是UNIX V6　　1

第1章　UNIX V6的全貌　　2

1.1 　什么是UNIX 　V6　　2

1.2 　UNIX的历史2

1.3 　UNIX 　V6内核　　4

1.4 　构成UNIX V6运行环境的硬件　　4

PDP-11　　5

1.5 　代码　　9

1.6 　手册　　9

1.7 　小结　　10

第II部分

进程　　11

第2章　进程　　12

2.1 　进程的概要　　12

什么是进程　　12

进程的并行执行　　12

进程的执行状态　　14

用户模式和内核模式　　14

交换处理15

2.2 　proc结构体和user结构体　　15

proc结构体　　16

user结构体　　17

2.3 　为进程分配的内存　　21

代码段　　21

数据段　　21

虚拟地址空间　　22

变换地址　　24

2.4 　小结　　26

第3章　进程的管理I　　27

3.1 　进程的生命周期　　27

3.2 　创建进程　　28

进程的复制　　28

父进程和子进程　　29

系统调用fork　　29

newproc()　　32

panic()　　36

3.3 　切换执行进程　　37

中断执行进程　　37

进程的执行状态　　37

选择执行进程的算法　　38

上下文切换　　39

系统调用wait　　39

sleep()　　39

swtch()　　41

swtch() 　的返回位置　　44

setpri()　　51

wakeup() 　51

setrun()　　52

3.4 　执行程序　　53

程序执行文件的格式 　53

系统调用exec　　54

estabur()　　62

sureg()　　65

expand()　　66

3.5 　进程的终止　　68

系统调用exit　　69

系统调用wait　　71

3.6 　数据区域的扩展　　73

系统调用break　　73

3.7 　管理内存和交换空间　　76

map结构体　　76

获取未使用区域　　77

释放区域 　79

3.8 　小结　　81

第4章　交换处理 　82

4.1 　什么是交换处理　　82

代码段和数据段　　82

sched()　　83

xswap()　　87

4.2 　共享代码段的处理　　88

xalloc()　　90

xfree()　　93

xccdec()　　93

4.3 　小结　　94

第III 　部分

中断 　95

第5章　中断与陷入 　96

5.1 　什么是中断与陷入　　96

什么是中断　　96

什么是陷入　　97

5.2 　优先级与向量（Vector）　　98

中断优先级和处理器优先级　　98

中断和陷入向量　　100

5.3 　中断和陷入的处理流程　　100

发生中断或陷入　　101

执行call和trap　　104

5.4 　时钟中断处理函数　　107

时钟设备的规格　　107

时钟中断处理函数的内容　　108

clock()　　113

5.5 　陷入处理函数　　117

trap()　　117

grow()　　122

5.6 　系统调用的处理流程　　123

传递参数的方法　　123

sysent结构体　　124

trap()　　126

5.7 　小结　　128

第6章　信号　　129

6.1 　什么是信号　　129

信号的发送方法　　129

确认接收信号　　129

信号的种类　　130

ssig()　　131

kill()　　132

signal()　　133

psignal()　　133

issig()　　134

psig()　　134

core()　　136

在系统调用处理中处理信号　　136

6.2 　跟踪功能　　137

什么是跟踪　　137

ipc结构体　　138

跟踪的处理流程　　138

stop()　　139

ptrace()　　140

procxmt()　　142

wait()　　143

6.3 　小结　　144

第IV 　部分

块I/O 　系统　　145

第7章　块设备子系统　　146

7.1 　设备的基础　　146

设备的种类　　146

设备驱动　　146

类别和设备编号　　147

特殊文件　　147

7.2 　块设备子系统　　148

缓冲区　　148

b-list和av-list　　150

RAW 　输入输出　　151

7.3 　缓冲区的初始化　　152

binit()　　152

clrbuf()　　153

7.4 　缓冲区的获取和释放　　154

getblk()　　154

notavail()　　156

brelse()　　157

7.5 　读取　　158

读取的种类　　158

bread()　　159

iowait()　　160

iodone()　　160

geterror()　　161

breada()　　161

incore()　　162

7.6 　写入　　163

写入的种类　　163

bwrite()　　164

bawrite()　　165

bdwrite()　　165

bflush()　　166

7.7 　RAW输入输出　　167

physio()　　167

swap()　　169

7.8 　小结　　171

第8章　块设备驱动　　172

8.1 　什么是块设备驱动　　172

块设备驱动表　　172

设备处理队列　　173

处理流程　　173

8.2 　RK-11磁盘驱动　　174

RK11-D　　175

特殊文件　　175

设定bdevsw[]　　176

中断处理函数　　176

RK11-D 　的寄存器　　177

rkstrategy()　　179

rkstart()　　180

rkaddr()　　180

devstart()　　181

rkintr()　　182

RAW 　输入输出　　184

8.3 　小结　　184

第V 　部分

文件系统　　185

第9章　文件系统　　186

9.1 　什么是文件系统　　186

inode　　186

树状结构的命名空间　　187

挂载　　187

访问权限　　188

根磁盘　　189

9.2 　块设备的区域　　189

用于启动的区域　　190

超级块　　190

inode区域　　191

存储区域　　193

9.3 　挂载　　193

mount结构体　　193

系统调用mount　　194

getmdev()　　196

系统调用umount　　197

9.4 　inode的获取和释放　　198

inode[]　　198

iget()　　201

iput()　　203

iupdat()　　204

9.5 　inode与存储区域的对应关系　　205

bmap()　　208

itrunc()　　211

9.6 　分配块设备中的块　　213

ialloc()　　213

ifree()　　216

alloc()　　217

free()　　220

getfs()　　222

badblock()　　222

9.7 　将路径变为inode　　223

目录的内容　　223

namei()　　224

access()　　230

9.8 　初始化与同步　　232

iinit()　　232

update()　　232

9.9 　小结　　234

第10章　文件处理　　235

10.1 　用户程序对文件的处理　　235

10.2　　3 　个结构体　　235

标准输入输出　　237

10.3 　文件的生成和打开处理　　237

系统调用creat　　238

maknode()　　238

wdir()　　239

系统调用open　　240

open1()　　241

falloc()　　242

ufalloc()　　243

openi()　　243

10.4 　文件的读取和写入　　244

系统调用read、write　　244

rdwr()　　245

readi()　　246

writei()　　248

iomove()　　250

getf()　　252

10.5 　指定文件的读写位置　　252

系统调用seek　　252

10.6 　关闭文件　　254

系统调用close　　254

closef()　　254

closei()　　255

10.7 　目录的生成　　255

系统调用mknod　　255

10.8 　文件的链接　　256

系统调用link　　257

suser()　　258

10.9 　删除文件　　258

系统调用unlink　　258

10.10 　小结　　260

第11章　管道　　261

11.1 　什么是管道　　261

使用管道的优点　　262

11.2 　开始管道通信　　262

系统调用pipe　　262

11.3 　收发数据　　264

writep()　　264

readp()　　266

plock()　　267

prele()　　267

11.4 　结束管道通信　　268

closef()　　268

11.5 　建立管道通信的流程　　268

建立父子进程间的通信　　268

系统调用dup　　272

11.6 　小结　　273

第VI 　部分

字符I/O 　系统　　275

第12章　字符设备　　276

12.1 　字符设备驱动　　276

字符设备缓冲区　　277

对缓冲区的操作　　278

初始化缓冲区池　　280

12.2 　LP11设备驱动　　281

什么是LP11　　281

LP11设备驱动的功能　　282

lpopen()　　284

lpwrite()　　285

lpcanon()　　285

lpoutput()　　287

lpstart()　　288

lpint()　　288

lpclose()　　289

12.3 　小结　　289

第13章　电传终端　　290

13.1 　什么是电传终端　　290

电传终端的接口　　290

特殊文件　　291

tty 　结构体　　292

maptab[]　　295

partab[]　　295

KL11/DL11　　296

KL11/DL11设备驱动的规格　　297

KL11/DL11设备驱动函数　　298

13.2 　终端的开启和关闭　　298

klopen()　　298

klclose()　　300

wflushtty()　　300

flushtty()　　301

13.3 　终端的设定　　302

gtty()　　302

stty()　　302

sgtty()　　303

klsgtty()　　304

ttystty()　　304

13.4 　从终端输入文字　　305

klrint()　　306

ttyinput()　　306

13.5 　读取输入的数据　　308

klread()　　309

ttread()　　309

canon()　　310

13.6 　向终端输出数据　　313

klwrite()　　314

ttwrite()　　315

ttyoutput()　　316

ttstart()　　318

ttrstrt()　　319

klxint()　　320

13.7 　小结　　320

第VII 　部分

启动系统　　321

第14章　启动系统　　322

14.1 　启动的流程　　322

start　　323

main()　　326

/etc/init　　329

14.2 　小结　　330

附　录 　参考资料等　　331

A.1　参考文献、网站　　331

A.2　pre 　K&R 　C　　335

后记　　337

索引　　338

作者简介

为什么要阅读内核源代码

● 对计算机系统的全貌有更深入的了解

● 对学到的算法和思路举一反三

● 加深对操作系统的理解

● 提升自身的技术水平

为什么选择UNIX V6？

● 代码行数约为1 万行

● 有充实的资料可参考

● 网罗了操作系统的基本功能

● 简化的设计

● 便于读者对系统有完整的了解

● 有模拟器可供参考

本书是一本Unix内核源代码的阅读指南。作者结合UNIX V6已公开的相关文档，对其内核源码进行详细剖析，旨在让读者更深入地理解进程、中断、块I/O系统、文件系统、字符I/O系统、启动系统等操作系统的基本原理。

本书适合操作系统的初中级学习者阅读，特别适合通过大学课程和其他入门书对操作系统有所了解，但是对具体细节缺乏深入理解的读者，以及那些对操作系统的具体实现有兴趣的读者。

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